碳化铬基自润滑耐磨涂层材料的制备及表征
超音速火焰喷涂碳化铬-碳化钨涂层的制备与性能分析
Vol.39,No.2 2021年2月中国资源综合利用China Resources Comprehensive Utilization©试验研究超音速火焰喷涂碳化锯-碳化铸涂层的制备与性能分析舒琴，何建洪，丁晋，高芸，熊勇（中国航发贵州黎阳航空动力有限公司，贵阳550014）摘要：碳化銘■-碳化鸽涂层属于碳化物类耐磨涂层，最高使用温度可达7009。
超音速火焰喷涂技术已广泛应用在碳化物类耐磨涂层的制备中。
本文通过超音速火焰喷涂制备碳化辂-碳化鸽涂层，通过扫描电镜、XRD能谱对比分析超音速火焰喷涂碳化俗-碳化鸽涂层的优势，并检测超音速火焰喷涂碳化辂-碳化铸涂层的显微组织、显微硬度、拉伸结合强度；结合Image Pro Plus软件和金相对比法，检测涂层的孔隙率；分析超音速火焰喷涂工艺参数对涂层的组织、硬度、结合强度的影响，为超音速火焰喷涂碳化洛-碳化铸涂层提供喷涂工艺参数和性能指标。
关键词：超音速火焰喷涂；碳化钻■-碳化鸽涂层；耐磨涂层；工艺参数中图分类号：TG178文献标识码：A文章编号：1008-9500（2021）02-0003-03DOI:10.3969/j.issn.l008-9500.2021.02.002Analysis on Preparation and Properties Of high Velocity Sprayed WC-CrC CoatingsSHU Qin,HE Jianhong,DING Jin,GAO Yun,XIONG Yong(AECG-Guizhou Liyang Aero-engin Corp.,Guiyang550014,China)Abstract:The WC-CrC coatings is wear resistance coating of carbide class,it's highest application temperature can be reached700°C.High velocity oxy-fuel(HVOF)technology has been widely used in preparation wear resistance coating of carbide class.In this paper,WC-CrC coatings were prepared by HVOF,and the advantages of supersonic flame spraying WC-CrC coatings were compared and analyzed by scanning electron microscope and XRD energy spectrum,and the microstructure,microhardness and tensile bonding strength of HVOF WC-CrC coatings were tested;the porosity of the coating was detected by combining the Image Pro Plus software and the gold contrast method;the influence of HVOF process parameters on the structure,hardness and bonding strength of the coating was analyzed,and the spray process parameters and performance indicators were provided for HVOF WC-CrC coatings・Keywords：HVOF;WC-CrC coating;wear resistance coating;technological parameter热喷涂技术是利用高速气流将涂层材料加热到熔融或半熔融状态，以一定速度喷射沉积到工件表面的一种增材制造技术，用于提高零件表面的耐腐蚀、耐高温、耐磨损、强度等性能，热喷涂技术有火焰喷涂、等离子喷涂、电弧喷涂等方法，大量应用在航空航天、汽车、石油化工和复合材料等领域叫随着喷涂技术的不断发展，其逐渐衍生出超音速火焰喷涂、高能等离子喷涂、冷喷涂等技术，超音速火焰喷涂技术起源于20世纪80年代初期，因其独特的喷枪和喷嘴结构，焰流速度大于1500mm/s,喷涂时粉末轴向送入高速焰流，将粉末粒子加热至熔融或半熔融状态以近800mm/s 的磁撞击工件表面，适宜制备易氧化的涂层。
底层粉末粒径对碳化铬-镍铬铝钇涂层性能影响
底层粉末粒径对碳化铬-镍铬铝钇涂层性能影响何斐中国航发常州兰翔机械有限责任公司 江苏常州 213022摘要：某中间扩散机匣零件局部表面需喷涂碳化铬-镍铬铝钇涂层以提高其耐磨性能，分别选用两种粒径（53~106μm及23~53μm）的镍铬铝钇粉末作为该涂层底层，并采用爆炸喷涂方法进行底层及面层的喷涂加工，利用扫描电镜（SEM）、显微硬度计和电子拉伸试验机对不同粒径底层粉末喷涂制备的涂层金相组织、组成成分、硬度以及结合强度进行分析比较。
结果表明：两种粒径镍铬铝钇粉末制备的碳化铬-镍铬铝钇涂层性能均能达到技术要求，相较而言，较细粒径粉末制备的镍铬铝钇底层厚度均匀性较好，且未熔颗粒及界面污染含量稍低，而较粗粒径粉末喷涂后形成的底层凸起会产生遮挡效应，影响了底层与面层之间的界面结合，表现为粗粒径粉末制备的涂层结合强度为39.7MPa，硬度为598.1HV；而细粒径粉末制备涂层结合强度可达58.7MPa，硬度为615.9HV。
关键词：爆炸喷涂；镍铬铝钇底层；粉末粒径1 序言某航空发动机中间扩散机匣基体材料为K438高温合金，其局部表面需喷涂碳化铬-镍铬铝钇涂层以提高耐磨性能。
碳化铬-镍铬铝钇涂层是一种常用的高温耐磨涂层，它不仅具有很强的耐磨性能，同时还有优良的抗热腐蚀和抗氧化性能，最高工作温度可达870℃，能够满足零件在高温、剧烈振动等工作环境下的性能要求。
爆炸喷涂是一种先进的致密涂层制备技术，其气流温度高（达3500~4000℃）、冲击力大、粉末飞行速度快（达1200~1500m/s），制备的涂层具有片层状、结构细小、结合力强及孔隙率低等优点[1-3]。
因此，在中间扩散机匣的正式工艺中，采用了爆炸喷涂方法对该零件进行碳化铬-镍铬铝钇涂层的制备，并进行了多批次零件的生产加工。
然而，在发动机研制前期试车过程中，部分中间扩散机匣碳化铬-镍铬铝钇涂层出现不同程度的开裂、剥落现象，失效分析发现涂层剥落处界面存在大尺寸镍铬铝钇底层残留，且底层局部存在较大未熔颗粒，初步结论为底层粉末粒径过大所致。
耐磨涂层
金属陶瓷涂层的研究现状 金属与陶瓷材料各有其独特的优异性能和明显 的性能弱点，如何把金属与陶瓷材料各自的优势性 能结合起来，一直是材料科学与工程界研究的方向。 金属陶瓷复合涂层技术，即在塑性的基体上均匀地 分布着颗粒形状、尺寸大小适当的陶瓷相，成功地 实现金属和陶瓷的优势结合，制备既有金属强度和 韧性，又有陶瓷耐高温、耐磨损、耐腐蚀等优点的 复合材料，大大拓宽了金属材料和陶瓷材料各自的 应用范围，在航空、航天、化工、机械、电力等工 业领域得到成功应用。在工业上应用最广的金属陶 瓷涂层主要有：Cr3C2-NiCr、WC-Co。大多采用 HVOF、等离子及爆炸喷涂工艺。
化学粘接耐磨涂层 （1）环氧树脂耐磨涂层 环氧树脂(EP)是一种性能优异、应用广泛的热固性 树脂，但由于固化后形成较致密的芳香结构，交联 密度大，内聚力高，因此其变形能力差，呈脆性状 态。为克服此缺点，国内外学者对此进行了大量改 性研究。
（2）聚酰亚胺耐磨涂层 聚酰亚胺(PI)作为高性能工程塑料，具有良好的力 学性能，耐高温性能，绝缘性能，以及减摩耐磨性 能，被广泛应用于航空航天、医疗器械等领域。
陶瓷涂层的研究现状 热喷涂陶瓷粉末包括氧化物、碳化物、硼化物、 氮化物及硅化物等，是金属元素和非金属元素组成 的晶体或非晶体化合物。陶瓷涂层具有高熔点、高 硬度和良好的耐磨性、耐腐蚀性以及高温稳定性等 特点。但喷涂陶瓷涂层工艺复杂，成本较高，而且 涂层表面容易出现裂纹，抗热疲劳性能不如金属涂 层;而且涂层的韧性较差，不能用于承受较大的冲击 载荷。目前常用的陶瓷涂层有A12O3、TiO2、 Cr2O3、ZrO2、WC、TiC、Cr3C2、TiB2等，一般 采用等离子喷涂、火焰喷涂、HVOF和爆炸喷涂技术 制备。
采用铝系合金等离子喷涂技术对活塞环、同步 环及气缸等零件进行喷涂时，涂层具有良好的耐磨 性、高结合强度及优异的耐粘着磨损性，在有润滑 油的条件下具有良好的抗咬死性和抗拉伤性能。高 碳钢丝、不锈钢(Crl3型、18-8型等)合金丝是常用的 耐磨耐蚀喷涂材料。具有强度较高、耐磨性好、来 源广泛、价格低廉等特点。NiCr涂层具有较好的耐 热、抗腐蚀及抗冲蚀磨损的性能，可作为电站锅炉 的过热器管和再热器管的防护涂层，采用火焰和等 离子喷涂方法可制备具有不同组织结构的NiCr金属 耐磨涂层，涂层中孔隙率和氧化物含量较高。
镍基合金―碳化铬复合涂层耐磨特性的研究
镍基合金―碳化铬复合涂层耐磨特性的研究摘要：本文研究了一种新型的镍基合金―碳化铬复合涂层的耐磨特性。
通过热喷涂和等离子喷涂技术，在不同的工艺条件下制备了不同类型的复合涂层，采用摩擦磨损试验和磨耗试验研究了这些涂层的耐磨性能。
结果表明，所制备的复合涂层具有优异的耐磨性能，在高温、高压、高速等恶劣环境下具有较高的稳定性和可靠性，可以广泛应用于各种工业领域。
关键词：镍基合金、碳化铬、复合涂层、耐磨性能Introduction：镍基合金和碳化铬是两种重要的材料，在材料科学和工业生产中被广泛应用。
镍基合金具有优异的耐高温和耐腐蚀性能，应用广泛于航空、航天、能源等领域；碳化铬则以其高硬度、高耐磨性能而被应用于机械、汽车、工具制造等领域。
为了充分发挥这两种材料的优点，研究开发一种新型的镍基合金―碳化铬复合涂层，具有优异的耐磨性能，对于提高材料的使用寿命和性能有着重要意义。
Experimental：本研究采用了热喷涂和等离子喷涂技术制备了不同类型的镍基合金―碳化铬复合涂层，其中热喷涂采用了喷焊和喷涂两种方法，等离子喷涂采用了超声波助焊和离子注入等方法。
随后通过摩擦磨损试验和磨耗试验评估了这些涂层的耐磨性能。
Results：所制备的镍基合金―碳化铬复合涂层均具有较好的耐磨性能，其中热喷涂合成涂层的耐磨性能优于等离子喷涂合成涂层。
在高温、高压、高速等恶劣环境下，涂层仍然能够保持较高的稳定性和可靠性。
研究表明，所制备的镍基合金―碳化铬复合涂层在工业领域有广泛的应用前景。
Conclusion：本文研究了一种新型的镍基合金―碳化铬复合涂层的耐磨特性，通过热喷涂和等离子喷涂技术制备了不同类型的复合涂层，并采用摩擦磨损试验和磨耗试验评估了它们的耐磨性能。
结果表明，所制备的复合涂层具有优异的耐磨性能，在高温、高压、高速等恶劣环境下具有较高的稳定性和可靠性，可以广泛应用于各种工业领域。
进一步分析发现，所制备的镍基合金―碳化铬复合涂层具有较高的硬度和耐磨性能，这是由于合成涂层中的碳化铬颗粒可以形成刚性的结构，在摩擦和磨损过程中，有效防止了材料表面的塑性变形和剥蚀。
碳化铬表面增强Q390钢的耐磨与耐腐蚀性研究
性处 理， 复 合 电 沉 积 纳 米 镍 和 Ｎｉ６５Ｃｕ３５ 合 金 后，
Ｑ３９０ 钢的抗拉强度和吸收功均得到保证 ［７］ 。 这类
方法通过在低合金高强钢表面覆盖保护层，依靠保
护层的隔离作用或保护层的高硬度、强耐腐蚀性能，
有效地改善合金钢的综合使用性能。 但是，所得到
量；ｍ ｉ 为第 ｉ 次腐蚀后的质量。
２ 结果与讨论
２ １ 微观组织与界面结合情况
图 １ 为 Ｑ３９０ 工字钢结构表面等离子喷涂高碳
２００ ｍｍ， 送 粉 速 度 为 １５ ｇ ／ ｍｉｎ， 涂 层 厚 度 控 制 在
铬铁粉末后的 ＸＲＤ 分析结果。 可以看出，通过等离
１ ３ 测试表征
１１０ μｍ 的增强层。 增强层与 Ｑ３９０ 钢基体之间结合
时间为 ３０ ｍｉｎ。 将试样表面进行抛光、清洗、摩擦磨
子喷涂工艺可以在 Ｑ３９０ 钢表面获得一层厚度约为
良好。 ＸＲＤ 分 析 结 果 表 明， 增 强 层 内 主 要 物 相 有
状和颗粒状为主。 能谱分析结果表明，板条状碳化
物中碳元素原子百分比为 ３３ ８４，铬和铁原子的原
子百分比为 ６６ １６，两者近似 ３∶ ７；而颗粒状碳化物
Ｍｉ Ｙｏｎｇｇａｎｇ Ｚｈａｎｇ Ｈａｉｌｏｎｇ
（ Ｘｉｊｉｎｇ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ， Ｘｉ’ ａｎ ７１０１２３， Ｃｈｉｎａ）
ＡＢＳＴＲＡＣＴ： Ｂａｓｅｄ ｏｎ ｔｈｅ ｉｎ⁃ｓｕｉｔ ｒｅａｃｔｉｏｎ ｂｅｔｗｅｅｎ ｃｈｒｏｍｉｕｍ ａｎｄ ｃａｒｂｉｄｅ ｏｆ ｈｉｇｈ ｃａｒｂｏｎ ｆｅｒｒｏｃｈｒｏｍｅ ａｔ ｈｉｇｈ
κｉ ＝
１１４
ｍ０ － ｍ ｉ
耐磨涂层
镁合金耐磨涂层的制备方法 热喷涂技术热喷涂技术是表面防护和强化的技 术之一，是表面工程中一门重要的学科。所谓热喷 涂就是利用某种热源，如电弧、等离子弧、燃烧火 焰等将粉末状或丝状的金属和非金属涂层材料加热 到熔融或半熔融状态，然后借助焰流本身的动力或 外加的高速气流雾化，并以一定的速度喷射到经过 预处理的基体材料表面，与基体材料结合而形成具 有各种功能的表面覆盖涂层的一种技术。
得到的有机硅聚酰亚胺酸加 热脱
（3）聚氨酯耐磨涂层 聚氨醋树脂是一种性能介于塑料和橡胶之 间的特种弹性体，具有较好的耐磨性、抗撕裂 和耐冲击性能。但由于聚氨醋分子中含有一 NCO、一OH和脲等强极性基团，表面能相对较 高，滑动摩擦系数偏大，易产生摩擦热。因此， 在～些要求减摩耐磨领域的应用受到了限制 11410用聚醚多元醇与甲苯二异氰酸醋反应，合 成分子链末端带有一NCO基团的预聚体，按不 同的配方加入不同的添加剂，可以制得多种耐 磨聚氨酯涂料””。在聚氨醋中添加有机硅、 有机蜡、含氟材料、无机添加剂均可改善聚氨 酯的耐磨性能。
耐磨涂层
Байду номын сангаас
•定
•研 究 背
义
景
•组
•成 •研
成
膜 究
及
分
机 进
类
理 展
耐磨涂层（resistant coating）指的是 一种用具有耐摩擦力的防粘涂层涂敷的基材， 该涂层厚度与所说的陶瓷颗粒的最长直径之 比为0.8～2.0。 另一种用具有耐摩擦力的防粘涂层涂 敷的基材，该涂层包括底涂层与面涂层，底 涂层与面涂层的总厚度与陶瓷颗粒的最长直 径之比为0.8～2.0。 还包括一种能在平滑的基材上形成附 着涂层并显示耐磨性的组合物，其中陶瓷颗 粒的量足以提供在由所说的组合物形成的涂 层的每1厘米长的横截面上至少为3个这样 的颗粒。其用途是为了为降低物料对设备部 件冲刷造成的磨损，在设备部件表面涂敷一 层耐磨材料起到保护设备部件基材的作用。
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碳化铬基自润滑耐磨涂层材料的制备及表征
一、研究背景与意义
自润滑耐磨涂层作为一种新型复合材料，在机械制造、汽车工业及航空航天等领域具有广泛应用。
碳化铬基自润滑耐磨涂层作为一种新型涂层材料，不仅能够提高机械零件的耐磨性能，还具有优良的自润滑性能和高温稳定性。
因此，碳化铬基自润滑耐磨涂层的制备及表征具有重要的研究意义与应用价值。
二、制备方法
本研究采用磁控溅射技术制备碳化铬基自润滑耐磨涂层。
具体步骤如下：
1. 超声清洗基材，保证基材表面干净。
2. 稀释Ar气体，排除污染气体，确保真空度，达到制备要求。
3. 在真空溅射室中，加热衬底，使其达到预定温度。
4. 通过调整扩散电压、工作气压以及衬底加热功率等参数，调节碳化铬基材料的沉积速率。
5. 通过磁控溅射技术，在基材表面均匀沉积碳化铬基材料。
6. 通过退火工艺使得碳化铬基材料形成一定的晶粒尺寸。
三、表征方法
为了全面、准确地评估碳化铬基自润滑耐磨涂层的性能，本研究将采用以下表征方法：
1. 扫描电子显微镜（SEM）：观察涂层表面形貌，评估涂层沉积质量、均匀性等。
2. X射线光电子能谱（XPS）：分析涂层元素组成，评估涂层化学成分以及元素之间的化学键情况。
3. 摩擦学测试：测试涂层的摩擦系数、磨损性能等指标。
4. 硬度测试：测试涂层表面硬度。
5. 厚度测试：通过光学显微镜（OM）或X射线衍射（XRD）等方法
确定涂层的厚度。
四、预期研究结果
本研究预期能够通过磁控溅射技术制备出质量优良的碳化铬基自润滑
耐磨涂层。
经表征测试后，涂层表面形貌光滑，无孔洞、无裂纹，表
面硬度高、磨损性能优良。
同时，涂层元素组成符合预期，并且具有
显著的自润滑性能和高温稳定性。
这将推动碳化铬基涂层的应用进一
步扩大。