热喷涂WC-Co涂层的摩擦学特性研究
文献类型：学位论文
| 作者 | 王瑞雪 |
| 学位类别 | 博士 |
| 答辩日期 | 2007-04-23 |
| 授予单位 | 中国科学院金属研究所 |
| 授予地点 | 金属研究所 |
| 导师 | 李曙 |
| 关键词 | 热喷涂 WC-Co涂层 温度 动态加载 纳米结构 摩擦磨损行为 |
| 其他题名 | Study on Tribological Characteristics of Thermally Sprayed WC-Co coatings |
| 学位专业 | 材料学 |
| 中文摘要 | 热喷涂WC-Co涂层以其优异的抗滑动磨损、磨粒磨损、冲蚀磨损及微动磨损性能被广泛用作航天航空、汽车、矿山等领域的耐磨防护涂层。 用热喷涂方法制备纳米结构涂层是当前热喷涂领域的一个研究热点，但将爆炸喷涂工艺用于纳米结构WC-Co涂层的制备尚属少见；目前针对WC-Co涂层摩擦磨损性能的研究更多地集中在室温条件下，但实际工况中温度的变化是一个十分重要的影响因素；另外，人们通常用平稳加载的实验方法来评价WC-Co涂层在工程应用条件下的摩擦学行为，然而实际工况却要复杂得多。本文工作主要包括：对采用爆炸喷涂方法制备的纳米和普通结构的WC-Co涂层进行摩擦学特性的对比研究；结合工程背景研究爆炸喷涂WC-Co涂层的高温摩擦磨损性能；采用几种摩擦磨损实验方法考察由不同热喷涂工艺（超音速火焰喷涂、低压等离子喷涂、等离子喷涂）获得的WC-Co涂层的摩擦学行为。 对爆炸喷涂纳米结构WC-12Co涂层的研究结果表明，采用爆炸喷涂技术，通过控制氧气/乙炔流量比、喷涂距离及原料粉末粒子尺寸等工艺条件，可以制备均匀、致密，相纯度高，显微硬度分散性小的纳米结构涂层，有可能获得较好的耐磨性。本研究中，喷涂粉末粒子的尺寸对涂层结构和摩擦学性能的影响最大。在相同的喷涂条件下，爆炸喷涂工艺制备的纳米结构涂层比相应的WC-12Co普通涂层均匀、致密，显微硬度与普通涂层相近，但纳米结构涂层的滑动磨损耐磨性并未显示出优于普通涂层的特点，尤其在重载条件下，主要原因仍在于其相对严重的脱碳倾向。纳米结构涂层在轻载下，以塑性变形为主要磨损机制；重载下，则发生纳米粒子和粘结相的共同去除，并在脱碳导致的层间结合薄弱处发生片状剥落。普通涂层的滑动磨损机制为微切削，且因其较高的钴保有量使得抗冲击磨损性能优于纳米结构涂层。 对爆炸喷涂WC-25Co涂层高温摩擦磨损性能的研究得到如下结论：在高温摩擦磨损中生成的氧化产物对涂层的摩擦磨损规律产生重要影响；涂层的磨损失重与配副材料有密切关系，在WC-25Co涂层的对磨中，从室温到500℃随温度升高涂层的耐磨性提高；摩擦系数随温度的变化与涂层和配副氧化产物的摩擦特性有关，氧化产物的形成温度为300℃，升降温过程中摩擦系数在300~750℃区间变化不大。此外，WC-25Co原料粉末的粒径分布及颗粒形状对爆炸喷涂工艺及涂层的高温摩擦学性能均有明显影响，粒度为-63mm + 30mm、非球形与球形混合的颗粒形态有益于喷涂工艺性的改善及涂层高温摩擦磨损性能的提高。 在冲击加载磨损条件下，超音速火焰喷涂WC-12Co涂层（H12）、超音速火焰喷涂WC-17Co涂层（H17）、低压等离子喷涂WC-12Co涂层（L12）、低压等离子喷涂WC-17Co涂层（L17）和等离子喷涂WC-12Co涂层（A12）的耐磨性排序为：H12＞H17＞L17＞L12＞A12。A12涂层的磨损机制为塑性变形和层状剥离，H17、L17和L12涂层随冲击载荷增加经历从犁削到塑性变形的转变，H12涂层在犁削和塑性变形之间会经历一个以萌生裂纹的方式释放应力的过渡。在滑动磨损条件下，五种涂层耐磨性的排序为：H17＞H12＞L17＞L12＞A12，与显微硬度值有很好的对应关系。在低应力磨粒磨损条件下，H17涂层的耐磨性优于电镀铬镀层，涂层中的硬质颗粒可以有效地阻断磨粒的切削，粘结相的性能对耐磨性影响较大。采用正交优化实验方法初步研究了WC-Co涂层滑动摩擦系数变化的影响因素，按照影响程度的排序为：润滑条件、涂层制备工艺、载荷、对摩副、速度，这一结果对于设计摩擦实验和预测热喷涂WC-Co涂层滑动摩擦系数有重要参考价值。 |
| 语种 | 中文 |
| 公开日期 | 2012-04-10 |
| 页码 | 145 |
| 源URL | [http://ir.imr.ac.cn/handle/321006/16918]  |
| 专题 | 金属研究所_中国科学院金属研究所 |
| 推荐引用方式 GB/T 7714 | 王瑞雪. 热喷涂WC-Co涂层的摩擦学特性研究[D]. 金属研究所. 中国科学院金属研究所. 2007. |
入库方式： OAI收割
来源：金属研究所
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