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国际图书分类号:620 密级:公开

工学硕士学位论文

低功率等离子喷涂 WC 涂层工艺及性能研究

硕士研究生:许银平
导师:孙跃教授
申请学位:工学硕士
学科:材料学
所在单位:航天学院
答辩日期:2011 年 6 月
授予学位单位:哈尔滨工业大学
Classified Index: TB34
: 620

Dissertation for the Degree of master in Engineering

RESEARCH ON PROCESS AND PROPERTIES OF
LOW POWER PLASMA SPRAYING WC COATING

Candidate:
Supervisor: Prof. Sun yue
Academic Degree Applied for: Master of Engineering
Speciality: Material Science
Affiliation: Center posite material
Date of Defence: June, 2011
Degree-Conferring-Institution: Harbin Institute of Technology
摘要
摘要
碳化钨涂层因其具有高硬度、高耐磨性能和良好的韧性而对提高零部件表
面的耐磨性能及修复摩擦副工作面具有特殊的工程意义,因此广泛地应用于机
械、航空航天、汽车、水利及印刷等行业。等离子喷涂因工艺成本相对低廉,
是制备碳化钨涂层的一种被广泛关注的工艺方法。然而 WC 粉末在喷涂过程中
易受热脱碳分解而生成 W2C 和 CoxWyCz 等脆性相,严重时甚至分解生成金属
钨从而导致涂层的硬度、耐磨性及断裂韧性大大降低。涂层中碳化钨的类型、
微观形貌等组织结构因素直接影响涂层的物理和力学性能,而这些重要的成分
及微观组织结构特征强烈地依赖喷涂工艺参数。
采用低功率等离子喷涂技术对获得具有高硬度、高耐磨性的碳化钨涂层极
为有利,但相关的工艺细节研究尚不够深入。本研究旨在利用低功率等离子喷
涂设备所持有的燃弧电压低的特点,探求适宜于制备高硬度、高耐磨性碳化钨
涂层的工艺参数,并研究形成理想组织结构的微观机制。
本文通过调整喷涂电参数,在 42CrMo 基体材料上制备 WC 涂层。采用光
学显微分析方法研究基体材料不同热处理状态的微观组织特征;通过 X-射线衍
射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、能谱分析(EDS)对 WC 粉体、涂层的
相成分和微观组织进行分析研究,总结喷涂工艺参数对 WC 涂层的结构、致密
度和相成分的影响规律,对涂层的形成机理、基体与涂层的结合机制进行了分
析。对不同电压条件下制备的四种涂层,采用纳米力学探针、维氏硬度和摩擦
磨损试验对涂层的硬度和耐磨性能进行分析研究。研究结果表明所制备的涂层
中 WC 呈典型的层状结构,扁平颗粒相互堆叠结合在一起;涂层层间为冶金结
合,基体与涂层之间的作用以机械锚合为主,同时存在冶金结合点。当喷涂功
率提高,WC 颗粒的熔化效果好,扁平颗粒的铺展程度好。随着电压、电流的
增加,WC 涂层中出现 W2C 和 CoxWyCz 脆性相,发生脱碳现象,喷涂功率提
高,脱碳现象严重,W2C 的相对含量增加,而孔隙率下降,涂层更加致密,孔
隙对 WC 涂层的硬度有很大影响;本研究在电压为 50-55V 时获得了高硬度、
耐磨性能良好的 WC 涂层,WC 涂层的磨损机理以磨粒磨损为主,磨损过程中
由于应力的作用,层片间粘结开裂,涂层中的扁平粒子产生纵向裂纹,发生脆
断剥落,成为硬质磨粒。

关键词:WC;等离子喷涂;微观结构;硬度;耐磨

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Abstract
Abstract
Because of its high hardness ,wear resistance and good toughness ,tungsten
carbide coatings have been widely used in mechanical, aerospace, automotive, water
conservancy and printing industries etc. Which has a special project signific