HVOF喷涂参数对WC-Co涂层力学性能的影响

目的研究HVO下在不锈钢上热喷涂WC-Co合金涂层喷涂参数如速度和靶距对涂层力学性能的影响,揭示其对表面残余应力,表面硬度的影响机理,优选最佳工艺参数.方法使用HVOF在不锈钢表面喷涂WC-Co合金形成耐磨涂层,通过使用显维硬度测量和钻孔方法来测量不同加工参数下的涂层硬度和残余应力分布.结果涂层和基体上存在3个区域,在这3个区域内硬度和残余应力完全不同的,但它们的变化趋势是一致的.涂层最大硬度并不是在表面,而是距离表面为40μm.结论通过比较不同参数下的涂层力学性能,可以确定最佳加工参数,通过试验发现喷枪速度小,靶矩小,涂层内部残余应力加大,同时显微硬度也有所提高.     

HVOF燃料混合比对粒子飞行特性及涂层性能的影响

目的 研究在HVOF热喷涂中不同的氧气(O)与燃料(F)的体积混合比对WC-Co合金粉末颗粒飞行速度和温度及涂层表面性能的影响.用实验和理论分析方法确定合理的氧气与煤油的体积混合比例,取得最佳涂层质量.方法 采用Spray Watch系统对HVOF喷涂过程中WC-Co合金粉末颗粒飞行速度和温度进行测量,建立在不同氧气与煤油的体积混合比条件下颗粒飞行速度和温度与喷嘴距离关系,同时采用实验分析方法对涂层的硬度、摩擦系数和表面粗糙度进行了测量和分析.结果 粒子的飞行速度和温度受到HVOF热喷涂中氧气与煤油的体积混合比的影响,当O/F为0.9时,粒子的速度和温度相对于O/F比值为1和1.1的要大.结论 WC-Co合金粉末在喷涂过程中为液固两相流,粒子距喷嘴100～250mm范围内温度和速度都达到最大值.O/F比值对表面硬度和粗糙度影响较大.     

APS/HVOF热喷涂WC基金属陶瓷涂层的微观组织与性能

WC基涂层由于具有较高的硬度、优异的耐磨性、较好的抗腐蚀性,广泛应用于石油等工业中提高零件的磨损和腐蚀性能。随着现代化工业中工件服役环境日趋复杂,对制备性能优异的WC基涂层要求越来越高。在热喷涂技术中,热喷涂大气等离子热喷涂(APS) 喷涂温度范围广,可以提高至数万温度,在喷涂难容材料方面具有无与伦比的优势,而超音速火焰喷涂(HVOF)由于具有较高的焰流速度,粒子动能较高,同时由于喷涂过程中N2等冷却喷涂材料,近来在涂层制备中具有广泛的应用。本文利用APS与HVOF两种热喷涂方法在45钢表面制备WC-10Co-4Cr、WC-17Co两种涂层,对不同方式制备的涂层截面硬度、金相组织、与基体结合能力、涂层脱碳情况进行分析。结果表明：HVOF 涂层在喷涂中粒子未充分熔化,但粒子动能较高,表面相比于APS喷涂方式更加平整,与基体的结合性能好于APS制备的涂层。通过HVOF制备的两种涂层的孔隙率均低于APS制备的涂层,其中HVOF 制备的WC-17Co具有最小的孔隙率(0.65%)。此外,HVOF涂层的硬度均高于APS制备的涂层,由于具有较少的粘结相,通过HVOF制备的WC-10Co-4Cr涂层具有最高的截面硬度。相比于HVOF,APS具有较高的喷涂温度和较低的焰流速度导致涂层在喷涂过程中氧化脱碳现象较为严重,出现大量的W2C及少量的Co3W3C、Co6W6C等脆性η相。因此,HVOF更适合于喷涂WC-10Co-4Cr、WC-17Co两种涂层。     

表面热喷涂技术的发展与应用

简要介绍了表面热喷涂技术的原理、方法和发展方向，总结了燃气法、气体放电法、电热法和激光热源法的组成、加工步骤．针对热喷涂技术中的共性问题：涂层质量控制．涂层体系设计进行了分析，探讨了热喷涂技术中新材料，新工艺的发展。     

磨料水射流喷头的研究

在磨料水射流加工中，喷头性能对加工影响很大．本文对射流喷头进行了结构参数设计和性能实验，得出了动力泵压力P与磨料水射流出口处均匀速度V4和磨料喷嘴直径d4的经验公式．与作者推导的理论公式相比，经验公式更符合实际，可以作为设计喷嘴和调整加工状态的依据．试验还证明了现有计算水喷嘴直径的公式是切实可行的，以及喉管距Lc和混合腔直径d3在一定范围内变化时，其加工状态稳定．     

电弧喷涂马氏体不锈钢涂层残余应力分析

热喷涂涂层的残余应力对涂层与基体金属间的结合以及涂层的使用性能都有显著的影响.为了研究热喷涂工艺参数以及沉积涂层温度对涂层残余应力的影响,使用4Cr13马氏体不锈钢作为喷涂材料,分析了在喷涂过程中保持试件处于180～390℃温度范围条件下形成涂层的应力分布状况,采用电测法测定了涂层的杨氏模量和泊松比.结果表明,当沉积涂层温度保持在大约260℃时,形成的涂层到室温时有最小的残余应力.高于此温度,获得拉应力涂层;低于此温度,涂层处于压应力状态.电弧喷涂4Cr13马氏体不锈钢涂层的杨氏模量为53.1GPa,涂层的泊松比为0.1028,涂层的杨氏模量小于原始喷涂材料.     

磨料水射流在大理石切割中的应用

使用石榴石磨料，在高压磨料水射流数控切割机床上，研究了切割参数（压力、靶距、切割速度）对大理石切割性能（切口宽度、切口锥角、余纹角度）的影响．结果表明：切割速度越大，余纹角度越大；压力越大余纹角度越小．靶距对余纹角度影响不大，余纹曲线相互之间大体平行，且不规则；锥角与喷嘴切割速度成正比，与系统压力和靶距成反比，即欲得到较小锥角需采用小的速度，大的系统压力，小靶矩；切割缝隙宽度与压力、速度成反比，与靶矩成正比．     

冷却塔表面温度场的理论计算

建立了冷却塔表面温度场的理论计算模型．针对三维网格的每一单元，建立了热平衡方程，其中考虑了太阳辐射、地球反射太阳的辐射、大气和地面的辐射、对流换热、表面各个单元之间的辐射及各个单元之间的热传导．采用4阶龙格-库塔法对热平衡方程组进行求解，得到了冷却塔表面的温度分布，并且分析了影响冷却塔表面温度的各种因素．     

热电偶涂层对导向叶片温度测量影响的数值研究

为分析涂层测温结构对航空发动机涡轮导向叶片表面温度测量精度的影响,建立了测温结构的数学模型。以热流耦合理论为基础,采用SST-γ-θ湍流模型求解动量和能量方程,研究了涂层位置、涂层厚度和前缘形状对叶片待测区域温度的影响。研究表明:考虑转捩的SST-γ-θ具有较好的数值计算精度,其温度计算结果与试验误差不超过10%;当涂层前缘位于转捩点附近时,涂层对测量精度的影响较大;与叶盆中部和叶背前缘相比,涂层对叶背中部和叶背尾缘的测温精度影响较小;当涂层厚度小于总温边界层厚度时,测量精度几乎不受影响;将涂层前缘加工成圆角可以有效减小涂层对叶盆面测温精度的影响。     

WC-Co涂层磨削过程中的温度与相变

针对WC-Co涂层在磨削中磨削温度会引起相变,进而导致磨削缺陷的问题,以DMU70V数控铣床为平台进行WC-Co涂层磨削实验,利用K型热电偶和DGF40N光纤式红外测温仪测量磨削温度,借助x-射线衍射仪分析磨削前后WC-Co涂层物相组成.实验结果表明,利用热电偶测得的磨削温度与根据磨削过程中WC-Co涂层物质相变推测得到的磨削温度相差较大,利用WC-Co涂层物质相变推测的磨削最高温度与DGF40N光纤式红外测温仪测得的磨削最高温度一致,说明可以利用WC-Co涂层物质相变来推测磨削最高温度,为一些不能直接测量磨削温度的场合提供了新方法.WC晶粒在WC-Co涂层干磨削时大多异质生核,磨削后产生的WC晶粒粒度大,从而导致WC-Co涂层的强度下降,WC-Co涂层不宜干磨削.     

变参数下的空气喷枪涂层厚度分布建模

首先分析了影响空气喷枪涂层厚度及喷涂机器人作业过程中的可调和常变因素,然后利用BP神经网络方法对平板直行喷涂实验获得的实验数据加以拟合,建立以喷涂距离、喷枪移动速度、喷枪流量和测量点与喷枪轴线距离作为输入的喷枪喷涂模型。与传统模型相比,该模型用相对少量的实验数据就可以预测不同喷涂距离、喷枪移动速度和喷枪流量下的涂层厚度分布。实验数据表明,该模型准确、有效。     

枪速对热障涂层组织性能及残余应力的影响

为了研究等离子喷涂制备热障涂层(TBCs)时不同枪速对陶瓷面层组织性能和残余应力的影响,在GH4169高温合金基体上采用超音速火焰喷涂(HVOF)Ni Co Cr Al Y粘结层(BC层)和大气等离子喷涂(APS)8YSZ陶瓷层(TC层).通过对比不同参数样品的微观组织以及显微硬度、残余应力和热震性能差异,研究了枪速对热障涂层的影响.结果表明:枪速过低或过高时,涂层表面残余应力较大,热震性能较低;随着枪速的增大,涂层表面粗糙度逐渐增大,而孔隙率和显微硬度逐渐减小;枪速过低时,涂层出现纵向裂纹,热震失效方式为整体剥落;而枪速较大时,涂层从边缘向中心不断剥落,涂层表面出现白点.     

AP40生物活性玻璃陶瓷HVOF喷涂层的结构和性能

采用高速火焰(HVOF)喷涂技术,在Ti6Al4v基体上制备了AP40玻璃陶瓷涂层.利用光学显微镜、SEM和XRD对喷涂层形貌、显微组织结构和相组成进行了研究.探讨了热处理工艺对涂层组织结构及其性能的影响.按德国DIN EN 582—1994标准进行涂层的拉伸强度试验.结果表明:HVOF喷涂AP40玻璃陶瓷涂层具有层状结构,含有少量孔隙和未熔化的颗粒;涂层主要由羟基磷灰石、氟磷灰石、硅灰石、方石英及部分玻璃相组成,喷涂工艺对涂层的孔隙率有较大的影响;合适的热处理工艺可提高涂层的结晶度,使涂层变得致密,使孔隙明显减少,使涂层结合强度得到明显提高.     

超音速火焰喷涂涂层耐磨性能研究进展

从超音速火焰喷涂工艺特点和涂层耐磨性能,综述了超音速火焰喷涂耐磨涂层研究进展.指出超音速火焰喷涂技术在航空航天、石油机械、液压传动、燃气涡轮机轴类零部件制造和修复中的应用,并展望了超音速火焰喷涂的发展方向.     

等离子喷涂过程数值计算与实验研究

应用流体控制方程、传热传质方程、粒子输运方程、Maxwell电磁场方程建立多场耦合数学模型,研究普通等离子喷枪内外的流场特性.计算中考虑等离子气体的电离与复合反应,以及非局域热平衡效应,在此基础上,采用新的三维模型分析气流中粉末颗粒的速度和温度分布,并与DPV2000诊断系统测量值进行对比,结果显示二者的相对误差小于10%.分析结果表明：颗粒的速度和温度在喷涂距离70～90 mm范围内同时达到最大,可选择此范围为最佳喷涂距离.颗粒的加热加速行为研究为其最终的沉积和扁平化奠定了基础,对工艺参数优化和喷枪结构优化提供理论指导.     

超音速火焰喷涂WC-10Co4Cr 涂层组织及耐磨耐蚀性研究

采用超音速火焰喷涂工艺在不同喷涂距离下制备了WC-10Co4Cr涂层,并对其组织结构及耐磨耐腐蚀性能进行了研究。利用金相显微镜、扫描电子显微镜、X射线衍射仪分析了涂层的组织结构和相组成,并测试了涂层显微硬度、孔隙率;对涂层磨损表面进行了观察分析,探讨了涂层的失效形式。结果表明,喷涂距离对涂层的组织结构及耐磨性具有一定影响。适当增加喷涂距离,粒子由于在焰流中停留时间增加而使熔化程度加大,撞击基体后扁平化现象明显。因此,涂层的致密度、耐磨性、耐腐蚀性都有所提高。当喷涂距离为380mm 时,涂层呈现出较好的耐磨性及耐腐蚀性。     

爆炸喷涂Al2O3陶瓷涂层的摩擦磨损性能

爆炸喷涂是提高材料表面性能的表面喷涂技术之一.本文旨在通过表面喷涂提高45钢基体表面的耐磨性、耐冲击性等性能.采用爆炸喷涂方法在45钢基体材料上喷涂Al2O3陶瓷和团聚陶瓷涂层,在摩擦磨损试验机上进行Al2O3陶瓷涂层的磨损试验,X衍射仪测试涂层表面结构,JB/T7509—94铁试剂方法测试涂层的孔隙率.通过分析和比较45钢基材与爆炸喷涂Al2O3陶瓷涂层的摩擦磨损性能,实验结果表明,喷涂Al2O3陶瓷涂层可以改善基材45钢的耐磨损性能,延长其使用寿命.此外,研究发现,团聚Al2O3陶瓷涂层比Al2O3陶瓷涂层要更耐磨;而爆炸喷涂Al2O3涂层的质量要好于等离子喷涂和火焰喷涂Al2O3陶瓷涂层.     

锅炉受热面NiCr涂层抗高温热腐蚀机制与性能的研究

针对电站锅炉受热面高温腐蚀的影响,通过采用电弧喷涂工艺,研究了Q235钢板表面电弧喷涂PS45、FeCrAl、4Cr13合金涂层后在高温条件下的热腐蚀机制与性能.热腐蚀动力学试验和分析结果显示,在700℃下腐蚀77 h、Na2SO4＋K2SO4盐膜量为3-4 mg/cm2的试验条件下,测试得到的PS45、FeCrAl、4Cr13合金涂层的热腐蚀速度分别为υ=0.38t-0.59、υ=1.35t-0.12和υ=1.79t-0.23.涂层表面的成分和组织分析结果表明,Q235钢板表面的PS45涂层之所以表现出比FeCrAl、4Cr13涂层更高的抗热腐蚀（Na2SO4/K2SO4）性能,其原因在于PS45镍基合金中含有最多的Cr,涂层表面的Cr2O3膜层具有较高的连续性、致密性和稳定性.     

锅炉受热面NiCr涂层抗高温热腐蚀机制与性能的研究

针对电站锅炉受热面高温腐蚀的影响,通过采用电弧喷涂工艺,研究了Q235钢板表面电弧喷涂PS45、FeCrAl、4Cr13合金涂层后在高温条件下的热腐蚀机制与性能.热腐蚀动力学试验和分析结果显示,在700℃下腐蚀77 h、Na2SO4+K2SO4盐膜量为3~4 mg/cm2的试验条件下,测试得到的PS45、FeCrAl、4Cr13合金涂层的热腐蚀速度分别为υ=0.38t-0.59、υ=1.35t-0.12和υ=1.79t-0.23.涂层表面的成分和组织分析结果表明,Q235钢板表面的PS45涂层之所以表现出比FeCrAl、4Cr13涂层更高的抗热腐蚀(Na2SO4/K2SO4)性能,其原因在于PS45镍基合金中含有最多的Cr,涂层表面的Cr2O3膜层具有较高的连续性、致密性和稳定性.