陳志聰,黃 超,劉 威,沈利民,2

(1.中國礦業(yè)大學(xué)化工學(xué)院,徐州 221116;2.國家煤加工與潔凈化工程技術(shù)研究中心,徐州 221116)

復(fù)合層能夠有效提高零部件的表面質(zhì)量、降低維護(hù)成本并延長使用壽命,因此廣泛用于石油化工、工程機(jī)械、航海等領(lǐng)域零部件的表面性能改善等[1-2]。碳化鎢材料具有良好的熱穩(wěn)定性、化學(xué)穩(wěn)定性、抗氧化性,還具有熔點(diǎn)高、硬度大,耐磨性好的特點(diǎn),因此常用作表面涂層。然而,純碳化鎢的潤濕性較差,不能直接用于涂層制備,因此常將Co、Ni等金屬作為黏結(jié)金屬與純碳化鎢粉末混合,制造硬質(zhì)合金和耐磨涂層。筆者以碳化鎢涂層的制備技術(shù)為基礎(chǔ),綜述了超聲速火焰噴涂、等離子噴涂、等離子熔覆、激光熔覆和真空熔覆等碳化鎢涂層制備技術(shù)的國內(nèi)外研究進(jìn)展,討論了涂層的耐磨性和耐蝕性,分析了各種制備方法的優(yōu)缺點(diǎn)和未來的發(fā)展趨勢。

1 超聲速火焰噴涂

超聲速火焰噴涂技術(shù),又稱高速氧燃料火焰(HVOF)(噴涂)技術(shù),是一種基于高速度粒子獲得涂層的技術(shù)。利用特制的燃燒室或特殊的噴嘴,噴射引燃燃?xì)饣蛞后w燃料形成高速、高壓、高溫的燃燒焰流,金屬粉末經(jīng)惰性氣體送入焰流中加熱,熔融的金屬粉末加速撞擊基體表面并快速凝固,連續(xù)沉積從而形成涂層。

1.1 工藝參數(shù)對涂層性能的影響

姚舜暉[3]采用HVOF 技術(shù)制備了碳化鎢(WC,質(zhì)量分?jǐn)?shù)為20%)增強(qiáng)鎳基合金涂層,研究表明WC顆粒的幾何形狀對于涂層耐磨性影響較大,對于圓形WC 顆粒來說,在一定粒徑范圍內(nèi),其耐磨增強(qiáng)效果與顆粒直徑正相關(guān)。趙文勝[4]分析了粉末粒徑和噴涂道次對涂層耐磨性和耐蝕性的影響,結(jié)果表明,所得涂層的孔隙率均小于1.5%,顯微硬度為1 000 HV,粉末粒徑越小,涂層的孔隙率越低,且粉末粒徑為5～15μm,噴涂8道次條件下所得涂層在3.5%(質(zhì)量分?jǐn)?shù))氯化鈉溶液中的耐蝕性較好。王大鋒等[5]研究了納米結(jié)構(gòu)、亞微米結(jié)構(gòu)和常規(guī)結(jié)構(gòu)的WC-10Co-4Cr涂層,發(fā)現(xiàn)涂層的脫碳率和孔隙率呈現(xiàn)先增大后減小的趨勢,納米結(jié)構(gòu)涂層的顯微硬度最高,亞微米結(jié)構(gòu)涂層的顯微硬度最低。趙立英等[6]研究表明,在HVOF噴涂過程中添加丙烷,可有效降低涂層的氧化和脫碳問題,涂層硬度和附著力隨丙烷流量提高呈現(xiàn)出先升高后降低的趨勢、而涂層孔隙率則先降低后升高。張磊等[7]的研究結(jié)果表明:涂層的孔隙率隨送粉速率和噴涂距離的增大先降低后升高,隨噴涂角度和丙烷流量的升高而降低;涂層顯微硬度隨噴涂角度的增大而升高,隨丙烷流量、噴涂距離和送粉速率的增大先升高后降低。劉杰等[8]分析了煤油流量對于WC-12Co/NiCr BSi復(fù)合涂層的影響,結(jié)果表明,隨著煤油流量提高,涂層硬度提高,涂層孔隙率和耐磨性先降低后升高,涂層孔隙率最低為0.11%,硬度為927 HV。韓旭等[9]研究發(fā)現(xiàn),粒子速度、溫度和直徑不沿火焰中心線對稱,并且粒徑越小,速度越高。SONESTEDT 等[10]研究發(fā)現(xiàn)隨著粉末粒徑的增大和火焰功率的減小,涂層中Ti2AlC 的含量增加,但涂層厚度減小,黏結(jié)性降低。CABRALMIRAMONTES等[11]研究發(fā)現(xiàn)涂層厚度隨著噴射距離的增加而減小,火焰中粒子的溫度隨著噴射距離增加而升高,最佳噴射距離為229～254 mm。MéNDEZ-MEDRANO 等[12]分析了火焰類型(還原性、中性和氧化性)和噴槍噴嘴出口區(qū)域?qū)τ谕繉咏M織、晶體結(jié)構(gòu)的影響后發(fā)現(xiàn),WC顆粒在噴涂過程中發(fā)生了相當(dāng)程度的脫碳和溶解,相變程度取決于火焰化學(xué)成分,涂層的微觀結(jié)構(gòu)主要受噴嘴的影響。JONDA 等[13]分析了基于HVOF 制備的AZ31基體上WC-Co-Cr 涂層的相組成、殘余應(yīng)力,結(jié)果表明相組織的峰值與WC有關(guān),殘余應(yīng)力為壓應(yīng)力。

1.2 涂層的耐磨耐蝕性

代雪婷等[14]采用HVOF技術(shù)在AF1410鋼表面制備了厚200～220μm的WC-10Co-4Cr涂層,并與電鍍硬Cr涂層進(jìn)行對比,結(jié)果表明WC-10Co-4Cr涂層的摩擦因數(shù)低于后者,磨損質(zhì)量和磨損深度也遠(yuǎn)低于后者,但是二者的耐蝕性無明顯區(qū)別。劉福朋[15]采用HVOF技術(shù)在304不銹鋼基體上制備了WC-Co 和NiCr-Cr3C2合金涂層,其硬度為1 100～1 400 HV,硬質(zhì)相和黏結(jié)相相互錯(cuò)落分布,WC-Co在H2SO4中的腐蝕速率與H2SO4溫度和濃度呈現(xiàn)正相關(guān)規(guī)律。劉建武等[16]采用HVOF技術(shù)制備了WC-10Co4Cr涂層,其硬度為1 315 HV,孔隙率為0.33%,與傳統(tǒng)鍍鉻層相比,硬度和耐磨性分別提高了約2倍和3.6倍。此外,WC-10Co4Cr涂層結(jié)構(gòu)致密、結(jié)合強(qiáng)度高,具有良好的抗鹽霧腐蝕性能。黃博等[17]研究發(fā)現(xiàn)WC-10Co-4Cr涂層的硬度隨噴涂距離增大而提高,但是涂層孔隙率隨噴涂距離增大而降低,涂層硬度最高為1 100～1 400 HV,此時(shí)涂層孔隙率小于1%,且在鹽溶液中,涂層的耐磨性比304不銹鋼高2個(gè)數(shù)量級。范俊等[18]研究發(fā)現(xiàn)WC-Co-Ni涂層中 的WC 相較多,力學(xué)性能較均衡,抗電化學(xué)腐蝕性能較好。KOMAROV 等[19]討論了不同粒徑碳化鎢粉末和顆粒組合對涂層疏水性的影響。結(jié)果表明,粗粉和超細(xì)碳化鎢顆粒組合可用于制備高疏水性硬質(zhì)涂層,通過化學(xué)改性可使涂層進(jìn)一步變?yōu)槌杷杂操|(zhì)涂層。JIN 等[20]分析了表面載荷對于HVOF 技術(shù)制備的WC-12Co 涂層耐磨性的影響。結(jié)果表明Fe和W 在涂層與基體界面處的相互擴(kuò)散使涂層具有良好的附著力,摩擦因數(shù)隨著表面載荷增加而增大。ASL等[21]研究發(fā)現(xiàn),采用HVOF 技術(shù)所得WC-17Co涂層結(jié)構(gòu)致密,厚度為500μm,但后續(xù)進(jìn)行真空熱處理易導(dǎo)致涂層附著失效。

2 等離子噴涂

等離子噴涂(PS)是一種以直流驅(qū)動(dòng)的等離子弧為熱源的熱噴涂技術(shù)。

2.1 工藝參數(shù)對涂層性能的影響

宋超群等[22]研究發(fā)現(xiàn)當(dāng)噴涂功率過低時(shí),WC顆粒融化程度低;而當(dāng)噴涂功率過大時(shí),WC又會(huì)出現(xiàn)脫碳現(xiàn)象,最佳噴涂功率為65 k W,此時(shí)涂層孔隙率最低(0.87%)。李萬青等[23]研究發(fā)現(xiàn)采用PS技術(shù)所得納米結(jié)構(gòu)涂層的致密性和結(jié)合強(qiáng)度高于微米涂層,前者孔隙率僅為0.56%,兩者硬度相差不大。黎紅英等[24]對比分析了大氣等離子噴涂(APS)和HVOF技術(shù)的工藝參數(shù)對WC-Ni涂層性能的影響。結(jié)果表明,較大功率下,APS所得涂層致密,但脫碳程度大;當(dāng)噴涂距離較小時(shí),HVOF 技術(shù)所得涂層致密,脫碳程度小。AFZAL等[25]研究發(fā)現(xiàn),在一定范圍內(nèi),較遠(yuǎn)噴涂距離條件所得涂層的孔隙率較低,厚度較小,界面良好。鮑君峰等[26]研究發(fā)現(xiàn)0.8μm 粒徑條件下,WC-17Co涂層的力學(xué)性能最好,隨著WC粒徑增大,涂層孔隙率增大,結(jié)合強(qiáng)度和硬度降低,磨損量增大。富偉等[27]研究發(fā)現(xiàn),在適當(dāng)?shù)膰娡烤嚯x下,涂層脫碳程度和致密度隨噴涂功率上升而上升。安連彤等[28]分析發(fā)現(xiàn),提高電弧電壓有利于粉末的融化,提高涂層耐磨性和硬度,但電壓過高會(huì)反而使Wc-Co涂層質(zhì)量劣化。伏利等[29]利用高焓等離子噴涂法所得WC-10Co-4Cr涂層的孔隙率為0.77%,硬度達(dá)到1 210 HV,耐磨性為0Cr13Ni4Mo鋼基體的143 倍,適當(dāng)提高粒子速率和溫度可提高涂層結(jié)合強(qiáng)度。KUZMIN 等[30]基于超音速空氣等離子噴涂噴槍,制作了孔隙率小于0.4%的WC-10Co-4Cr涂層,其硬度也比HVOF 所得涂層更高。ANWAR 等[31]采用氮?dú)獍麮O2激光對WC-12Co涂層進(jìn)行表面處理后發(fā)現(xiàn),表面涂層的附著力和基體硬度顯著提高,且表面無缺陷。

2.2 涂層的耐磨耐蝕性

梁存光等[32-33]的研究表明噴涂距離太近,WC涂層的脫碳行為嚴(yán)重,耐磨性較差,而噴涂距離過遠(yuǎn),涂層結(jié)合強(qiáng)度低,抗沖蝕及磨蝕能力差。徐一等[34]分析了基于超音速等離子噴涂的 WC-10Co4Cr涂層在不同條件下的耐磨行為,結(jié)果表明:涂層中存在未融化顆粒,涂層硬度達(dá)到1 408.2 HV,干燥條件下涂層磨損以磨料磨損為主,濕潤條件下以黏著磨損為主,后者磨損率遠(yuǎn)低于前者。袁曉靜等[35]研究發(fā)現(xiàn)采用PS所得納米結(jié)構(gòu)WC-10Co4Cr涂層在高低溫下的摩擦因數(shù)和磨損率優(yōu)于微米結(jié)構(gòu)涂層,可有效提高1Cr18Ni9Ti鋼在3.5%(質(zhì)量分?jǐn)?shù))NaCl溶液中的腐蝕電位。JIANG等[36]對比分析了基于APS和HVOF技術(shù)制備的Al2O3-40 TiO2和WC-10Co-4Cr兩種涂層在NaCl溶液中的耐蝕性,結(jié)果表明,短期內(nèi)WC-10Co-4C涂層的耐蝕性更好,但是Al2O3-40TiO2涂層的長期耐蝕性更好。HOU 等[37]研究了噴涂功率對WC-(W,Cr)2C-Ni涂層性能的影響,結(jié)果表明中等噴涂功率下所得涂層的斷裂韌性最高,界面結(jié)合力最強(qiáng),耐磨性最好。

3 等離子熔覆

等離子熔覆技術(shù)的原理在于將等離子弧熱源作用在預(yù)制的熔覆層粉末或者同步送粉,使熔融的粉末與部分熔化的基體呈現(xiàn)冶金結(jié)合。

3.1 工藝參數(shù)對熔覆層的影響

盧金斌等[38]利用等離子熔覆技術(shù)在Q235碳鋼表面制備了含50%(質(zhì)量分?jǐn)?shù))Ni-WC 的Fe-Cr-BSi合金涂層,其顯微硬度為560～820 HV。屈平等[39]采用等離子熔覆技術(shù)在Q235碳鋼表面制備了Ti(C,N)-WC 涂層,結(jié)果表明在一定范圍內(nèi),涂層硬度和耐磨耐蝕性隨碳化鎢含量提高而提高,并且當(dāng)碳化鎢質(zhì)量分?jǐn)?shù)為12%時(shí),涂層的耐磨耐蝕性最優(yōu)。王笑生[40]采用等離子熔覆技術(shù)在Q235鋼板上制備了鎳基碳化鎢熔覆層,并分析了鑄造和單晶碳化鎢含量對鎳基合金防護(hù)性能的影響。結(jié)果表明在Ni25合金熔覆層中加入60%(質(zhì)量分?jǐn)?shù))鑄造碳化鎢,涂層耐磨性最佳,單晶碳化鎢熔覆層的耐磨性較低。PENG 等[41-42]研究發(fā)現(xiàn)隨著WC 含量的增加,FeCoCr Ni高熵合金/碳化鎢復(fù)合涂層的組織變得更加復(fù)雜,當(dāng)WC 質(zhì)量分?jǐn)?shù)為60%時(shí),涂層具有最佳的耐磨性,硬度為690 HV。

3.2 熔覆層的耐磨耐蝕性

XIE等[43]研究表明,三種鎳基WC 涂層表面無裂紋且孔隙率極低(＜1%)。等離子熔覆層的維氏顯微硬度隨熔覆WC 量的增加而增加。熔覆層的顯微硬度和電化學(xué)行為與鍍鎳WC 粉的含量有關(guān),熔覆層的腐蝕可能是熔覆層中相間的微鍍鋅腐蝕。胡明強(qiáng)[44]采用等離子熔覆技術(shù)在高錳鋼表面制備碳化鎢-鎳基合金復(fù)合涂層,結(jié)果表明熔覆涂層厚度可達(dá)1～2 mm,且涂層質(zhì)量好,表面無缺陷,涂層表面硬度最高為621.77 HV。吳磊等[45]利用等離子熔覆技術(shù)制備了涂層,研究碳化鎢含量對于鎳基碳化鎢涂層組織性能的影響,結(jié)果表明涂層表面無氣孔缺陷,在一定范圍內(nèi),涂層耐磨性和硬度隨碳化鎢含量顯著提高,當(dāng)碳化鎢質(zhì)量分?jǐn)?shù)為50%時(shí),涂層硬度和耐磨性最好,硬度達(dá)到1 024 HV。XIE等[46]研究發(fā)現(xiàn)在室溫下,涂層的耐磨性隨著WC含量的增加而逐漸提高,硬度最高達(dá)到954.64 HV,隨著溫度的升高,涂層的耐磨性下降,碳化鎢/鈷基涂層的磨損機(jī)制為氧化磨損。

4 激光熔覆

激光熔覆(LC)是將高功率密度激光束輻照到基材表面,使基材與熔覆層材料迅速熔化凝固,獲得與基材冶金結(jié)合的涂層。

4.1 工藝參數(shù)對熔覆層的影響

張煜等[47]對比分析了超高速和低速激光熔覆技術(shù)對涂層的影響,結(jié)果表明采用超高速激光熔覆技術(shù),可以在保證冶金結(jié)合的同時(shí),大大抑制基體元素對涂層稀釋,同時(shí)抑制涂層中WC 顆粒熱損傷和空隙的形成,降低殘余應(yīng)力,避免裂紋產(chǎn)生。邱煥霞等[48]通過數(shù)值模擬方法發(fā)現(xiàn)預(yù)熱可明顯降低激光熔覆層的溫度梯度和冷卻速度,抑制表面裂紋生成,且最優(yōu)預(yù)熱溫度為200℃。劉澤[49]研究了不同尺度WC 對Ni基熔覆層微觀結(jié)構(gòu)的影響,結(jié)果表明在微米尺度涂層的界面結(jié)合力和晶粒尺寸隨熱處理溫度的提高而升高,但是硬度和耐蝕性則隨熱處理溫度的提高而下降;亞微米結(jié)構(gòu)涂層的摩擦因數(shù)和磨損率隨熱處理溫度的升高呈現(xiàn)出先降低后增加的現(xiàn)象;微納米結(jié)構(gòu)涂層的沖蝕磨損速率分別為微米和亞微米結(jié)構(gòu)涂層的1/24、1/6。朱繼祥[50]研究發(fā)現(xiàn),當(dāng)WC 質(zhì)量分?jǐn)?shù)為20%～50%時(shí),WC 鐵基涂層的硬度值隨WC含量的上升而提高,且當(dāng)WC 質(zhì)量分?jǐn)?shù)為30%時(shí),涂層的耐磨性最優(yōu)。采用數(shù)值模擬方法研究發(fā)現(xiàn)熔覆層與基材結(jié)合處存在較大殘余拉應(yīng)力,易產(chǎn)生縱向裂紋。樊帥奇等[51]討論了Ni60+30%(質(zhì)量分?jǐn)?shù))WC涂層和Ni60+30%(質(zhì)量分?jǐn)?shù))Ni涂層中WC 初始形態(tài)對涂層性能的影響。結(jié)果顯示,前者內(nèi)部存在少量孔洞和微裂紋,后者組織均勻致密,無氣孔和裂紋。ZHOU 等[52]研究發(fā)現(xiàn)激光熔覆涂層的裂紋主要源于熔覆層和基體的界面,提高激光熔覆速率可以降低復(fù)合涂層的孔隙率,此外,提高基體預(yù)熱溫度可大大降低涂層出現(xiàn)裂紋可能性。ERFANMANESH 等[53]對比分析了鍍鎳WC-12Co粉末和商用WC-12Co粉末對激光熔覆層性能的影響,結(jié)果發(fā)現(xiàn)前者能顯著降低復(fù)合涂層的孔隙率,獲得高質(zhì)量的復(fù)合涂層。BARTKOWSKI等[54]分析了工藝參數(shù)對于Fe/WC金屬基復(fù)合涂層性能的影響,結(jié)果表明:復(fù)合層厚度隨著激光功率和進(jìn)粉速度提升而增厚,當(dāng)送料速度為12.50 g/min 時(shí),復(fù)合涂層的顯微硬度達(dá)到1 400 HV,涂層的耐蝕性隨著涂層中WC含量的增大而增強(qiáng)。

4.2 熔覆層的耐磨耐蝕性

李禮等[55]在Cr12Mo V 鋼表面激光熔覆Ni60A-35%WC涂層,研究顯示涂層與基體間無裂紋和氣孔缺陷,硬度為基體的1.7倍。涂層的磨損機(jī)理為疲勞磨損和磨粒磨損,而基體則為黏著磨損和磨粒磨損。肖奇等[56]研究發(fā)現(xiàn)在一定范圍內(nèi),WC可細(xì)化Ni60A-WC 涂層晶粒,Ni60A-WC 涂層在不同p H 環(huán)境中的耐蝕性與WC 加入量呈負(fù)相關(guān),復(fù)合涂層在中性、堿性和酸性腐蝕環(huán)境中的耐蝕性依次遞減。楊行等[57]分析了WC 含量對于WCCr覆層耐磨性影響,結(jié)果表明25WC-1.5C 覆層的顯微硬度達(dá)到666.3 HV,磨損率僅為基體的30%。何波等[58]研究發(fā)現(xiàn)碳化鎢/鈷基合金復(fù)合涂層的顯微硬度和耐磨性比Co基合金涂層明顯提高,且磨損質(zhì)量損失量僅為后者的48%。

5 真空熔覆

真空熔覆技術(shù)是將具有需某種特殊性能的金屬粉末涂敷在預(yù)處理后的零件表面,在一定真空度下,經(jīng)一段時(shí)間高溫?zé)坪?涂覆層與基體間產(chǎn)生分子間結(jié)合或化學(xué)結(jié)合,進(jìn)而提高零件的使用性能和壽命的技術(shù)。

5.1 參數(shù)對熔覆層的影響

路王珂等[59-60]分析了WC 含量、熔覆溫度對鎳基真空熔覆層的影響。結(jié)果表明隨著WC 質(zhì)量分?jǐn)?shù)從20%增大到40%,熔覆層的耐磨性提高,但是結(jié)合力出現(xiàn)先增后降趨勢,當(dāng)WC質(zhì)量分?jǐn)?shù)為40%時(shí),WC顆粒之間或者周圍出現(xiàn)大量孔洞。熔覆層厚度隨熔覆溫度升高而增厚,但若溫度過高,WC顆粒會(huì)分解嚴(yán)重,熔覆層耐磨性下降,最優(yōu)熔覆溫度為1 225℃。馬世博等[61]研究發(fā)現(xiàn),當(dāng)WC 質(zhì)量分?jǐn)?shù)小于60%時(shí),涂層缺陷較少,耐磨性、顯微硬度均隨WC 含量上升而增強(qiáng);但當(dāng)WC 質(zhì)量分?jǐn)?shù)超過60%,涂層出現(xiàn)氣孔和未浸潤缺陷,結(jié)合力下降。何力[62]分析指出WC-10Ni/NiCr BSi涂層中WC的適宜加入量(質(zhì)量分?jǐn)?shù))為30%～45%,此時(shí)涂層與基體達(dá)到冶金結(jié)合,當(dāng)WC 含量過少時(shí)涂層表面成型較差,當(dāng)過多時(shí)涂層與基體潤濕反應(yīng)較差,無法形成有效冶金結(jié)合。蘇科勇等[63]研究發(fā)現(xiàn)能與正火態(tài)45鋼基體形成有效冶金結(jié)合的WC 質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10%～40%,隨著WC含量提高,WC顆粒周圍孔洞增多,涂層耐蝕性降低,最佳WC質(zhì)量分?jǐn)?shù)為30%。姚永強(qiáng)等[64]分析了真空和基體預(yù)熱溫度對于WCNi基涂層性能的影響,結(jié)果表明基體預(yù)熱和真空環(huán)境中涂層顯微硬度低于大氣環(huán)境中氮?dú)獯祾吆筒活A(yù)熱的涂層,但是前者的穩(wěn)定摩擦因素僅為0.5,且耐磨性更高。YANG 等[65-66]研究發(fā)現(xiàn)基于真空熔覆技術(shù)制備的Ni/WC復(fù)合涂層由復(fù)合層、過渡層、熔合層和擴(kuò)散影響層組成,復(fù)合層的顯微硬度為基體的6倍、整個(gè)復(fù)合材料熔覆層的形成主要取決于燒結(jié)頸的形成和長大、WC 顆粒的浸潤以及其隨溫度和保溫時(shí)間的增加而完全融合。TAO 等[67]研究表明,原位合成的WC增強(qiáng)相在復(fù)合層中的分布比外部添加的WC相更加均勻,并且后者易發(fā)生斷裂和WC顆粒脫落。

5.2 熔覆層的耐磨耐蝕性

黃新波等[68]研究發(fā)現(xiàn)當(dāng)添加15%(質(zhì)量分?jǐn)?shù))WC時(shí)涂層的耐蝕性最佳,在10%(質(zhì)量分?jǐn)?shù))鹽酸溶液中,涂層耐蝕性為45鋼基體的10倍,腐蝕出現(xiàn)在基體和涂層界面處。周新星[69]研究發(fā)現(xiàn)熔覆層硬度隨WC含量提高而提高,少量WC 可以增強(qiáng)涂層的耐蝕性,但WC 量過大會(huì)導(dǎo)致位錯(cuò)和點(diǎn)陣畸變,降低涂層耐蝕性。張喜冬[70]研究表明當(dāng)熔覆溫度為1 225℃,WC 質(zhì)量分?jǐn)?shù)為30%時(shí),熔覆層的耐磨性和耐蝕性分別為基體45鋼的6倍和10倍。ZHANG 等[71]在制備真空熔覆WC/NiCr BSi層的過程中發(fā)現(xiàn),原位合成WC 增強(qiáng)相和外部添加WC增強(qiáng)相涂層的耐蝕性都高于316L 不銹鋼基材,但是前者WC顆粒與基體緊密結(jié)合,其錨定作用可防止微裂紋的形核和擴(kuò)展,故前者的耐蝕性、抗空化能力更強(qiáng)。HAN 等[72]分析了熔覆溫度和WC含量對于NiFeCr BSi/WC熔覆層硬度和耐磨性的影響,表明熔覆溫度越高,WC 溶解越嚴(yán)重,當(dāng)熔覆溫度為1 225℃時(shí),涂層的耐磨性隨WC 含量的增加先增大后減小,當(dāng)熔覆層WC 質(zhì)量分?jǐn)?shù)為30%時(shí),其耐磨性較好。

6 結(jié)束語

超聲速火焰具有較低的溫度和高速的焰流優(yōu)點(diǎn),所制備的WC 涂層具有硬度高、孔隙率低、氧化物、脫碳少和耐磨性好等特點(diǎn),因此可用于快速制備大面積且厚度可控的梯度耐磨涂層。但是由于設(shè)備運(yùn)行成本高且粉末價(jià)格較高,因此WC 涂層的制備成本較高,且涂層容易存在夾雜和副產(chǎn)物。等離子噴涂由于噴涂溫度較高,涂層具備結(jié)合強(qiáng)度高、工作環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)優(yōu)點(diǎn),且在制備過程中輔助惰性氣體保護(hù),因此粉末不易被氧化,但是涂層制備成本比較高,設(shè)備比較復(fù)雜?；诘入x子噴涂技術(shù)制備的金屬涂層與基體的結(jié)合屬于機(jī)械結(jié)合范疇,涂層中的硬質(zhì)顆粒很容易脫落。激光熔覆技術(shù)具備速度快、熱影響區(qū)域小、工件形變小、熔覆層稀釋率小等特點(diǎn),因此環(huán)保、高效、靈活,自動(dòng)化程度高,但是由于其能量集中、能量大,因此涂層中會(huì)存在較大的殘余應(yīng)力,且容易產(chǎn)生裂紋和氣孔缺陷。等離子熔覆技術(shù),其熔化速度快,涂層和基體結(jié)合力強(qiáng),硬度均勻,孔隙率低,不容易產(chǎn)生質(zhì)量缺陷,且涂層中的氧化物與雜質(zhì)相對較少,因此涂層更厚、耐磨性和耐蝕性也更高,但存在涂層質(zhì)量控制比較困難,涂層精度難以精準(zhǔn)控制、實(shí)際性能難以滿足預(yù)期目標(biāo)等缺點(diǎn)。

如何進(jìn)一步優(yōu)化工藝參數(shù),提高涂層的致密度、強(qiáng)化涂層與基體的結(jié)合力,是不同WC 涂層制備技術(shù)后續(xù)發(fā)展的重點(diǎn)。當(dāng)前涂層耐磨性和耐腐蝕性的研究主要針對單一因素,比如干摩擦或者濕摩擦,或者單一腐蝕環(huán)境。但在涂層實(shí)際服役過程中,可能是腐蝕、磨損和疲勞等多因素協(xié)同作用,因此有必要對復(fù)雜服役環(huán)境中涂層的性能開展深入研究。