M152钢基体超音速火焰喷涂WC_17Co涂层性能研究

M 152钢基体超音速火焰喷涂WC -17C o 涂层性能研究

崔永静，陆

峰，汤智慧，王长亮，郭孟秋

(北京航空材料研究院，北京100095)

摘

要：采用超音速火焰喷涂技术在M 152钢上制备了WC -17C o 涂层。对WC -17C o 涂层的耐磨性能和耐蚀性能进

行了研究。结果表明超音速火焰喷涂WC -17C o 涂层显著提高了M 152钢基体的抗盐雾腐蚀性能，同时WC -17C o 涂层具有优异的抗氧化性能和耐磨性能，可用于M 152钢零件中温区域的耐磨、耐蚀防护。

关键词：超音速火焰喷涂；WC -C o 涂层；磨损；腐蚀

中图分类号：TG 174.4文献标识码：A 文章编号：1674-7127（2012）03-0023-05D OI 10.3969/j .issn .1674-7127.2012.03.005

Performance of WC-17Co Coatings Fabricated

by High Velocity Oxy-Fuel Thermal Spray on M152Steel

CUI Yong-jing ，LU Feng ，TANG Zhi-hui ，WANG Chang-liang ，GUO Meng-qiu

（Beijing Institute of Aeronautical Material,Beijing 100095,China)

Abstract:WC-17Co coating was fabricated by high velocity oxy-fuel (HVOF)spraying on M152steel.The wear and corrosion properties of the coating were investigated.The results indicated that WC-17Co coating substantially improved the salt spray corrosion performance of M152,and WC-17Co coating showed excellent resistance of wear and oxidation.Obviously,the WC-17Co coating has great potential in protecting M152steel in media temperature.

Keywords:HVOF ；WC-Co coating ；Wear ；Corrosion

作者简介：崔永静（1984-），男，河北唐县人，工程师，硕士.E-mai l :c u i y o n g jin g @126.c o m

M 152

（1Cr 12N i 3M o2VN ）合金钢是一种马氏体耐热钢，主要应用于超超临界机组汽轮机末级叶片及紧固件，燃气轮机及航空发动机机匣部件[1]。它的使用温度达到400℃以上，M 152钢中温区的耐磨损、耐腐蚀防护问题成为限制M 152钢应用的关键。WC 系列涂层是应用最为广泛的耐磨耐蚀防护涂层之一，它具有较高的硬度，优异的耐磨、耐蚀性能，使用温度高达540℃，另外还可以替代耗能高、污染严重的电镀硬铬，成为耐磨、耐蚀涂层防护领域研究的热点。

超音速火焰喷涂（H V O F ）工艺是20世纪八十年代初期，由美国B r o wnin g E n g in ee rin g 公司推出的一种新型热喷涂技术。H V O F 的焰流温度可达

2700℃，焰流速度可达2000m/s 。相对于等离子喷

涂工艺来说，H V O F 较低的焰流温度和较高的焰流速度可以减少在喷涂过程中WC 粉末颗粒的脱碳、氧化等反应。因而，H V O F 工艺制备的WC -C o 涂层具有高硬度，低孔隙率，与基体结合强度高（>70

M P a ）等优点；与电镀硬铬涂层相比，耐磨性更好，

对环境更加友好，对基体疲劳性能影响低。因此，在

第4卷第3期

2012年9月

热喷涂技术Thermal Spray Technology

Vol.4，No.3Sep.，2012

热喷涂技术4卷

国内外尤其是航空领域得到了深入的研究和广泛的应用，已成为制备WC系列耐磨涂层的首选工艺[2-3]。

本工作采用超音速火焰喷涂技术在M152不锈钢基体上喷涂WC-17C o涂层，研究WC-17C o 涂层对M152钢耐蚀性能的影响，并对涂层的磨损性能、中温区的氧化行为进行了研究，为超音速火焰喷涂WC-17C o涂层在M152钢零件防护上的应用提供理论依据。

1实验

1.1喷涂粉末及喷涂工艺

本实验喷涂粉末选用苏尔寿·美科公司生产的团聚烧结WC-17C o粉末，粉末粒径分布为10~45μm。M152试片经最终热处理后，将试样进行超声除油，采用刚玉砂进行喷砂处理，然后采用压缩空气除掉基体表面镶嵌的砂粒。各试样采用D J2700超音速火焰喷涂设备制备涂层，其中丙烷和氧气为燃气。

1.2测试方法

采用Q u an t a600型环境扫描电子显微镜观察粉末和涂层的显微形貌。采用S t r u e rs D u ramin型显微硬度计测试涂层的显微硬度，载荷为2.94N，加载时间15s，每个试样测10个点，结果取10次的平均值。涂层孔隙率测试采用金相处理软件，连续选取10张涂层截面图谱分析求取平均值作为孔隙率值。

按G B/T10125盐雾试验进行涂层的耐蚀性研究，盐雾耐腐蚀试样尺寸100mm×50mm×3mm；依据H B5258进行中温氧化行为研究，中温腐蚀试样50mm×30mm×3mm，选取5个平行试样，记录试样增重的平均值；依据AS T M G99，采用MM W-1A型摩擦磨损试验机进行球-盘式摩擦磨损试验，记录涂层的摩擦系数和磨损失重情况；电化学试验试样尺寸为50mmх15mmх1mm，通过测量涂层在3.5%N aC l溶液中的电化学腐蚀行为来表征涂层的耐蚀性，电化学试验采用三电极系统，参考电极选用饱和甘汞电极，辅助电极选用碳棒，非测试区用3M胶带密封，测试区面积为1cm2，扫描速度为1m V/s，利用动电位极化曲线的Taf el区确定腐蚀电位和腐蚀电流密度，各试样表面光洁度为R a0.8。2结果与讨论

2.1喷涂粉末的形貌

图1为WC-17C o粉末的扫描电子显微（SE M）图像，其中图1a为粉末的二次电子图谱，图1b为相应的背散射电子图像。观察WC-17C o粉末的二次电子图像，可以看到粉末颗粒呈现不规则球形，内部较为松散，为典型的团聚烧结形貌，同时可以观测到较大的WC颗粒，如图1中箭头所示。对比粉末的XR D图谱，可以发现粉末主要由WC相和少量C o相组成。

图1WC-17Co粉末的SEM图

F i g.1SE M ima g e s o f t h e WC-17C o po w d e r

（a）SE ima g e；（b）BSE ima g e

2.2涂层的截面形貌与相组成

图2为WC-17C o粉末及其涂层的XR D图谱，涂层主要有WC相和富C o相组成，且与粉末中WC相晶体结构保持一致。对比涂层和粉末的XR D 图谱，可以发现涂层中出现W2C峰，这是由于在喷涂过程中WC相在高于1250℃发生脱碳反应造成的[4]。W2C相为脆性相，降低涂层的各项性能[4-5]，在喷涂过程中应尽量降低WC相的分解。同时可以发现相对于粉末中尖锐的C o峰，涂层中的C o峰呈现漫散状态，表明C o相在喷涂过程中存在一定的非（a）二次电子图谱

（b）背散射电子图谱

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