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    WC-Co系金屬陶瓷涂層

    更新:2016-8-10 10:28:14      點擊:
    • 產品品牌   抗耐牌
    • 產品型號   KN-WC-Co
    • 產品描述

      WC-Co系金屬陶瓷涂層制備方法包括爆炸噴涂、等離子噴涂與HVOF超音速火焰噴涂法,其中JP8000是碳化鎢陶瓷涂層中最常用的一種噴涂設備。...

    產品介紹

    WC-Co系金屬陶瓷涂層簡介:

    WC-Co系金屬陶瓷為最常用的耐磨硬質合金涂層材料,涂層制備方法包括爆炸噴涂、等離子噴涂與高速火焰噴涂法。高速火焰噴涂法(HVOF)又稱超音速火焰噴涂法。WC-C〇硬質合金涂層的結構取決于初始粉末的結構、噴涂工藝方法與具體工藝參數。隨著HVOF技術的發展,等離子噴涂制備WC-Co涂層工藝已經逐漸被HVOF所取代,因為HV-OFWC-Co涂層的耐磨損性能明顯優于等離子噴涂層。

    圖(一)金屬陶瓷涂層制作的混料攪拌葉片

    WC-Co系金屬陶瓷涂層鈷的作用:

    如前所述,常用鈷基WC-Co系噴涂合金的成分為含Co(質量分數)12%與17%兩類,而早期的爆炸噴涂用粉末的Co含量為9%~11%,鈷包覆大顆粒WC粉末的Co含量為18%。盡管粉末的成分相同,因制備方法與工藝不同,粉末的結構會明顯不同,由此制備的涂層的結構與性能也將明顯不同。圖24所示4種制備工藝獲得的4種粉末的XRD衍射圖譜,盡管,a型與b型粉末的制備方法與成分相同,但其粘接相分別為復合碳化物(W3C〇3C,又稱η相)與金屬鈷相,這兩種粉末均呈現致密的斷面結構,即WC硬質顆粒被粘結相致密地連接在一起。c型粉末則是由金屬Co將WC顆粒松散地聚合在一起,另一方面,d型粉末屬于典型的鈷包WC粉末,在較大顆粒的WC表面包覆了一層金屬鈷。

    圖24 四種不同結構WC-CO粉末制備的HYVOF涂層的XRD圖譜
    圖25為用4種粉末采用HVOF制備的涂層的斷面組織,噴涂采用Jet-Kote噴槍系統。由圖可見,4種粉末制備的涂層都呈現致密的斷面組織,盡管顆粒含量不同,但WC顆粒均勻分布在涂層斷面。對涂層晶體結構分析表明(圖26),盡管涂層都呈現非常致密的斷面組織,但涂層中的WC硬質顆粒的含量與粘接相的結構明顯不同。a型粉末經HVOF噴涂后,涂層中出現了大量的金屬鎢與W2C,同時存在部分卩相,說明噴涂過程中大量的WC發生了分解。另一方面,d型粉末制備的涂層的X射線圖譜中出現了顯著的漫散射峰,這種漫散射峰表明了涂層中形成了大量的非晶相,在其上疊加著WC的峰。比較圖25所示的斷面組織,在d型粉末制備的涂層中基體相分布著WC顆粒,說明XRD所示的非晶相對應于涂層中的粘接相。觀察其他粉末制備的涂層的XRD譜發現,在其他涂層中也產生了以金屬Co的衍射主峰為中心的漫散射峰,這是由于在噴涂過程中,熔化的粘結相溶解了部分WC,在粒子碰撞基體后的急冷過程形成了非晶相。
    由d型粉末制備涂層時,由于大顆粒的固態WC顆粒碰撞基體不能被粘接相所凝聚,將產生反彈脫落,致使碳化物發生損失。
    比較a型粉末與b型粉末的成分與結構可以看出,兩者差別主要在于a型粉末中的粘接相為η相,而b型粉末中的粘接相為金屬鈷。在同樣噴涂條件下,以T)相為粘接相的粉末中的WC顆粒的分解要比以鈷為粘接相中的WC分解嚴重的多。為了確認粘接相的影響采用高速等離子噴涂制備了4種WC-Co涂層,分析了涂層結構特征。采用4種粉末用等離子噴涂的涂層的XRD圖譜表明,除了d型粉末制備的涂層與HVOF顯著不同外,其他粉末制備的涂層均表現出與HVOF噴涂同樣的特征。成分相同的a型與b型在等離子噴涂時,同樣表現出a型粉末極易發生WC分解的特征,而b型粉末噴涂時的分解很有限。

    圖(二)金屬表面噴砂后再噴涂碳化鎢陶瓷涂層,北京耐默公司有兩個噴砂房
    噴涂過程中WC的分解包括熱分解與氧化分解,在常壓條件下噴涂時由于同時存在熱與氧的作用,較難分清兩者的作用。采用低氣壓惰性(Ar)保護氣氛噴涂前述極易分解為金屬W的a型粉末,其XRD圖譜如圖27所示,發現盡管WC也發生了分解,但與圖所示的結果相比,只發生了向W2C的分解,進一步向金屬鎢的分解并沒有發生。這一結果意味著熱噴涂條件下WC的熱分解反應主要為以下反應:
    2WC→W2C+C (5.7-2)
    而在有氧存在的條件下,將通過下列反應發生向金屬鎢的轉變
    W2C+〇2→2W+C〇2 (5.7-3)

    圖25 HVOF WC-CO涂層的斷面組織

    圖26 4種WC-CO涂層的XRD圖譜

    圖27 采用a型粉末用低氣壓等離子噴涂涂層的XRD圖譜
    由于熱分解與粉末的加熱程度有關,粉末粒子在熱源中的加熱溫度越高,上述反應式(5.7-2)越容易發生。因此,為了降低分解程度,保留更多的硬質耐磨顆粒,需要增加粒子的速度并降低加熱程度。HVOF與等離子噴涂相比,溫度低而速度高,適合于制備致密而碳化物分解程度較低的硬質合金涂層。

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