超音速火焰噴涂金屬陶瓷涂層的抗磨損和耐腐蝕性能研究.pdf

1、本文基于超音速火焰噴涂替代傳統(tǒng)電鍍硬鉻技術(shù)的研究，以解決飛機(jī)起落架、輪軸等部件上的高效耐磨防護(hù)涂層的制備與應(yīng)用性能考評。首先采用超音速火焰噴涂技術(shù)在高強(qiáng)結(jié)構(gòu)鋼表面上制備WC-10Co4Cr涂層和Cr3C2-25NiCr涂層，采用OM、SEM、EDS、XRD等分析手段研究了涂層的顯微組織與物相結(jié)構(gòu)以及摩擦磨損等常規(guī)表征，最后重點研究了涂層在水和沙礫環(huán)境介質(zhì)中的摩擦磨損行為，系統(tǒng)考察了環(huán)境介質(zhì)、摩擦副、載荷等不同服役條件下涂層的磨損行為及其

2、影響規(guī)律，同時與傳統(tǒng)硬鉻鍍層進(jìn)行了對比研究，旨在為碳化物涂層替代硬鉻鍍層應(yīng)用于海水、沙塵等環(huán)境氣候的關(guān)鍵零部件表面防護(hù)提供理論基礎(chǔ)，為航空材料涂層設(shè)計和性能提高提供參考數(shù)據(jù)。
　　 研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)，經(jīng)過優(yōu)化工藝制備的WC-10Co4Cr涂層和Cr3C2-25NiCr涂層組織均勻致密與基材結(jié)合良好，孔隙率較低。WC-10Co4Cr涂層的主要物相為WC硬質(zhì)相以及粘結(jié)相Co。而Cr3C2-25NiCr涂層主要由Cr3C2硬質(zhì)相和NiCr

3、粘結(jié)相組成，噴涂過程中粉末中的碳化物在高溫焰流中發(fā)生了少量脫碳。砂帶摩擦磨損試驗表明，30CrMnSiA鋼與SiC砂帶摩擦過程中發(fā)生嚴(yán)重的粘著磨損使得磨損量加大，抗磨損性能不足;表面沉積陶瓷涂層可以顯著增加其抗摩擦磨損性能，其中WC-10Co4Cr涂層由于高硬度的WC顆粒與高韌性的Co基結(jié)合良好使其具有優(yōu)異的抗摩擦磨損性能。硬鉻鍍層則由于SiC磨粒的疲勞磨損使鍍層表面出現(xiàn)裂紋和層狀破碎，抗磨損性能較差。
　　 球盤干磨損試驗表明

4、，GCr15摩擦副由于硬度偏小以及鐵元素潤濕涂層材料，在磨擦過程中發(fā)生嚴(yán)重的粘著磨損，導(dǎo)致摩副材料大量轉(zhuǎn)移至涂層摩擦表面，并使摩擦系數(shù)處于較高水平。以Al2O3作對摩副時，載荷因素對WC-10Co4Cr涂層的影響較小，摩擦系數(shù)保持在0.65左右，體積磨損率低于3×10-8mm3/N·m。而Cr3C2-25NiCr涂層和硬鉻鍍層由于在表面潤滑膜生成和微凸體變化，使得摩擦系數(shù)呈現(xiàn)先增大后減小，磨損率則隨著載荷加大而明顯加大。
　　

5、電化學(xué)和鹽霧試驗表明，涂層和硬鉻鍍層對基體的腐蝕電位都有所提高，腐蝕電流則提高了1～2個數(shù)量級。陶瓷涂層在中性鹽霧腐蝕試驗中表現(xiàn)出良好的抗腐蝕性能，耐腐蝕水平明顯高于硬鉻鍍層。
　　 砂礫-水環(huán)境下球盤磨損試驗表明，水的潤滑能夠顯著降低Cr3C2-25NiCr涂層的摩擦系數(shù)。隨著載荷增大，涂層的摩擦失重機(jī)制由微切削向裂紋擴(kuò)展及分層剝落轉(zhuǎn)變。砂粒介質(zhì)的尺寸影響著磨粒在摩擦中的參與程度，一定大小的的沙礫能夠和陶瓷球摩副形成協(xié)同磨損機(jī)