ACHVAF喷涂Ni60WC复合涂层组织及性能研究

硬质相弥散分布于涂层中，部分区域硬质相达到了２００—８００ｎｍ；涂层硬度分布不均匀，平均硬度为６８５ＨＶ；涂
层具有优异的耐磨耐蚀性，其磨损体积是ＯＣｒｌ３ＮｉＳＭｏ不锈钢的１／８．８，平均腐蚀速度是０Ｃｒｌ３ＮｉＳＭｏ不锈钢的
１／２；涂层的磨损机理以疲劳磨损为主，弥散分布的硬质相是涂层硬度以及耐磨性提高的主要因素。
活性燃烧高速燃气（ＡＣ．ＨＶＡＦ）喷涂工艺是近几 年发展起来的超音速火焰喷涂的一种新技术，其特点 是通过压缩空气与燃料燃烧产生高速气流加热粉末， 但并未使之完全熔化，同时将粉末加速至７００ｍ／ｓ以 上，撞击基体，形成极低氧化物含量和极高致密度的 涂层。这种喷涂工艺过程对喷涂材料的热退化影响 非常低，制备的涂层表现出卓越的耐磨损及耐腐蚀特 性；此技术另一个突出的特点是生产效率高，其生产 效率较传统超音速火焰喷涂有很大程度的提高。所 有这些特点使ＡＣ．ＨＶＡＦ在很大程度上降低了涂层的
第３期
马 光等：ＡＣ－．ＨＶＡＦ喷涂Ｎｉ６０／ＷＣ复合涂层组织及性能研究
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Ｆｉｇ．２
图２ Ｎｉ６０／ＷＣ涂层截面ＳＥＭ ＳＥＭ ｏｆ ｔｈｅ ｃｒｏｓｓ ｏｆ ｔｈｅ Ｎｉ６０／ＷＣ ｃｏａｔｉｎｇ
成分为Ｎｉ、Ｆｅ、ｃｒ，ｓｉ元素，根据ＸＲＤ分析黑色Ａ区域 为Ｎｉ和Ｆｅ所形成的Ｆｅ．Ｎｉ固溶体，ｓｉ固溶于Ｆｅ．Ｎｉ 中，而Ｃｒ峰的出现可能是受周围弥散分布的Ｃｒ的化 合物的影响（图２（Ｃ）Ｄ区域）。浅灰色Ｂ区域则为 Ｎｉ、Ｆｅ、ｃｒ，ｗ，根据ＸＲＤ分析应为Ｃｒ０】９Ｆｅｏ．７Ｎｉｏ】１，Ｗ元 素的出现是受周围ＷＣ或Ｍ。Ｃ相的影响。白色大块 以及小亮点ｃ区域为富ｗ区，根据ＸＲＤ分析可以判 断为ＷＣ以及Ｍ。ｃ（Ｎｉ：Ｗ４ｃ，Ｆｅ，Ｗ，Ｃ）相。经测量，较 大的硬质相的尺寸为１—３ｔｔｍ，细小的硬质相其尺寸 达到了２００～８００ｎｔｏ，细小的硬质相区域对涂层的硬 度及耐磨性的提高十分有益。弥散分布的黑色小点 Ｄ区域为富ｃｒ相，根据ＸＲＤ分析为ｃｒ的化合物Ｃｒ２６ Ｃ，，ＣｒＢ：，这些硬质相同对样涂层起强化作用。
ａｎｄ ｃｏｒｒｏｓｉｏｎ ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ，ａｎｄ ｔｈｅ ｗｏｒｎ ｖｏｌｕｍｅ ｕｎｄｅｒ ｓａｎｌｅ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ ｉｓ １ １８．８ ｏｆ ｔｈａｔ ｏｆ ｔｈｅ ０Ｃｒｌ３Ｎｉ５Ｍｏ ｓｔｅｅｌ，ａｎｄ ｔｈｅ ａｖｅｒａｇｅ ｃｏｒｒｏｓｉｏｎ ｒａｔｅ ｉｓ １／ ２ ｏｆ ｔｈａｔ ｏｆ ｔｈｅ ＯＣｒｌ３Ｎｉ５Ｍｏ ｓｔｅｅｌ．Ｔｈｅ ｗｅａｌ＂ｍｅｃｈａｎｉｓｍ ｉｓ ｍａｉｎｌｙ ｆａｔｉｇｕｅ Ｗｅａｒ．Ｈａｒｄ ｐｈａｓｅｓ ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ ｉｎ ｔｈｅ ｃｏａｔｉｎｇ ｄｉｓｐｅｒｓｅｄｌｙ ａｒｅ ｔｈｅ ｍａｉｎ ｆａｃｔｏｒｓ ｌｅａｄｉｎｇ ｔｈｅ ｈｉｓｈ ｈａｒｄｎｅｓｓ ａｎｄ ｗｅａｒ ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ ｏｆ ｔｈｅ ｃｏａｔｉｎｇ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ＡＣ—ＨＶＡＦ；Ｎｉ６０／ＷＣ ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ ｃｏａｔｉｎｇ；ｍｉｃｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅ；ｗｅａｒ ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ；ｃｏｒｒｏｓｉｏｎ ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ
涂层经抛光后，采用上海材料试验机厂生产的 ＨＶＳ一１０００型显微硬度计测量涂层截面的显微硬度， 载荷为９．８Ｎ，加载时间为２０ｓ，测量７次，取平均值。
采用ＯＰＴＩＭＥＬ公司的ＳＲＶ高温磨损试验机进行 室温无润滑摩擦磨损试验，运动形式为往复运动，接 触形式为点接触。试样尺寸为庐２４ｍｍ×７．８８ｍｍ，对 磨球试样为ｊ＆１０ｍｍ的Ｇ８硬质合金，振幅为０．８ｍｍ，
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材料热处理学报
备涂层，其工艺参数见表２。
表１ Ｎｉ（ｄ）／ＷＣ粉末成分（帆％） Ｔａｂｌｅ １ Ｃｈｅｍｉｃａｌ ｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ ｏｆ Ｎｉ６０／ＷＣ
ｐｏｗｄｅｒ（叭％）
第２８卷
Ａｉｒ ｐｒｅｓｓ Ｆｕｅｌ １ Ｐｒｅｓｓ Ｆｕｅｌ ２ ｐｒｅｓｓ Ｓｐｒａｙｉｎｇ ｄｉｓｔａｎｃｅ Ｓｅｎｄｉｎｇ ｖｅｌｏｃｉｔｙ ｏｆ
收稿日期： ２００６—０６．２９； 修订日期： ２００６．０９．１８ 基金项目： 北京市重大科技项目子项目（Ｈ０２０４２００５００２１） 作者简介： 马光（１９７９一），男，北京科技大学，在读博士研究生 主要从事材料表面工程研究，Ｅ－ｍａｉｌ：ｑＩｌｅｅ“ｙｙ＠１６３．ｃｏｒｎ。
万方数据
加工成本，更有利于超音速喷涂技术的推广应用口’２ Ｊ。 Ｎｉ基涂层因其良好的耐磨、耐蚀性受到人们的
广泛关注，本文利用先进的热喷涂工艺——Ａｃ．ＨＶＡＦ 在０Ｃｒｌ３Ｎｉ５Ｍｏ不锈钢（水轮机叶片用材料）基体上喷 涂Ｎｉ６０／ＷＣ涂层，对涂层的微观组织以及耐磨耐蚀性 能进行了研究。
１ 试验材料及方法
１．１喷涂材料和涂层制备 实验采用的喷涂材料为成都大光热喷涂材料有
限公司生产的Ｎｉ６０＋３５％ＷＣ（以下简称Ｎｉ６０／ＷＣ）， 粉末粒度为一３００目，化学成分如表１所示。基体为 ０Ｃｒｌ３Ｎｉ５Ｍｏ不锈钢。喷涂前对基体表面进行除锈、 除油等清洁处理，然后进行喷砂粗化，采用超音速喷 涂新技术一活性燃烧高速燃气（ＡＣ—ＨＶＡＦ）喷涂技术制
ｃｏａｔｉｎｇ ｉｓ ａｂｏｕｔ ２．５％．ＷＣ，Ｍ６Ｃ（Ｎｉ２ Ｗ４ｃ ｏｒ Ｆｅ３Ｗ３Ｃ），Ｃｒ２６Ｃ３ ａｎｄ ＣｒＢ２ ｐｈａｓｅｓ ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅ ｉｎ ｔｈｅ ｃｏａｔｉｎｇ ｄｉｓｐｅｒｓｅｄｌｙ，ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｓｉｚｅ ｏｆ２００ｎｍ ｔｏ
８００ｎｍ ｆｏｒ ｔｈｅ ｐｈａｓｅｓ ｉｎ ｓｏｍｅ ｌｏｃａｔｉｏｎｓ．Ｔｈｅ ｈａｒｄｎｅｓｓ ｏｆ ｔｈｅ ｃｏａｔｉｎｇ ｉｓ ｎｏｔ ｕｎｉｆｏｒｍ ａｎｄ ｔｈｅ ａｖｅｒａｇｅ ｈａｒｄｎｅｓｓ ｉｓ ６８５ＨＶ．Ｔｈｅ ｃｏａｔｉｎｇ ｈａｓ ｇｏｏｄ Ｗｅａｒ
第２８卷 第３期 ２ ００ ７年 ６月
材料热处理学报
ＴＲＡＮＳＡＣＴＩＯＮＳ ＯＦ ＭＡＴＥＲＩＡＬｓ ＡＮＤ ＨＥＡＴ ＴＲＥＡＴＭＥＮＴ
Ｖ０１．２ ８ Ｊｕｎｅ
Ｎｏ．３ ２００７
ＡＣ．ＨＶＡＦ喷涂Ｎｉ６０／ＷＣ复合涂层组织及性能研究
马 光， 孙冬柏， 樊自拴， 王国刚， 刘胜林， 孟惠民， 俞宏英
２试验结果及分析
２．１ ＸＲＤ分析 图１为ＡＣ．ＨＶＡＦ喷涂Ｎｉ６０／ＷＣ涂层表面的ＸＲＤ
图，可以看出，自熔合金粉末Ｎｉ６０＋３５％ＷＣ经ＡＣ一
万方数据
图１ ＡＣ．ＨＶＡＦ Ｎｉ６０／ＷＣ涂层的ＸＲＤ图谱 Ｆｉｇ．１ ＸＲＤ ｐａｔｔｅｒｎｓ ｏｆ Ｎｉ６０／ＷＣ ｃｏａｔｉｎｇ
ＨＶＡＦ喷涂后，涂层主要由Ｆｅ．Ｎｉ固溶体以及Ｃｒｏ．，。 Ｆｅｏ．７Ｎｉｏ．１ｌ，ＷＣ，Ｍ６Ｃ（Ｎｉ２Ｗ４Ｃ或Ｆｅ３Ｗ３Ｃ），Ｃｒ２６ Ｃ３，ＣｒＢ２ 等相组成。涂层中未发现其他Ｉ－ＩＶＯＦ［３１或等离子等 喷涂Ｈ１所出现Ｗ，ｃ相以及ｗ相。一般来说，ＷＣ在 高温氧化性气氛中易发生分解产生Ｗ２Ｃ，而ＡＣ． ＨＡＶＦ技术火焰温度较传统超音速火焰的喷涂温度 低，用空气做动力，因而极大避免了Ｗ２ｃ脆性相的形 成，这对涂层的韧性以及耐磨性是很有好处的ｂ’６１。 Ｍ。Ｃ相（Ｎｉ：ｗ。Ｃ，Ｆｅ３Ｗ，ｃ）是ＷＣ在喷涂过程中与Ｎｉ， Ｆｅ所形成的硬质相。这些ＷＣ，Ｍ。Ｃ（Ｆｅ，Ｗ３ｃ， Ｎｉ：Ｗ４ｃ）硬质相弥散分布在涂层中（见图２（Ｃ）），提高 了涂层硬度及耐磨性。除了ＷＣ，地Ｃ硬质相外，Ｂ，ｓｉ 等元素对涂层有着固溶强化作用，Ｂ元素一部分固溶 于固溶体中，其余与ｃｒ元素形成ＣｒＢ：相，这些ＣｒＢ：相 与ｃｒ２３ｃ。弥散分布于固溶体中，起到弥散强化作用。 ２．２显微组织分析
／ＭＰａ
／ＭＰａ
／ＭＰａ
／ｍｍ
Ｐｏｗｄｅｒｓ／（ｇ／ｍｉｎ）
０．５９５
０．５１ｌ
０．２６６
１５０
６５
１．２实验方法
采用ＦＩ本理学（Ｒｉｇａｋｕ）公司的Ｄ／Ｍａｘ．ＲＢ型ｘ射 线衍射仪（ＸＲＤ）分析了涂层的相组成，工作电压为 ４０ｋＶ，工作电流为１５０ｍＡ。采用采用灰度法测量涂层 的孑Ｌ隙率，测量１０次，取平均值。采用英国ＬＥ０１４５０ 型扫描电镜（ｓＥＭ）对涂层的组织形貌进行了观察，并 结合能谱、ＸＲＤ分析确定涂层的相分布。
Ｎｉ６０／ＷＣ ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ ｃｏａｔｉｎｇ
ＭＡ Ｇｕａｎｇ， ＳＵＮ Ｄｏｎｇ－ｂａｉ， ＦＡＮ Ｚｉ—ｓｈｕａｎ， ＷＡＮＧ Ｇｕｏ—ｇａｎｇ， Ｌｉｕ Ｓｈｅｎｇ－ｌｉｎ， ＭＥＮＧ Ｈｕｉ－ｍｉｎ， ＹＵ Ｈｏｎｇ·ｙｉｎｇ
（Ｃｏｒｒｏｓｉｏｎ ａｎｄ Ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ Ｃｅｎｔｅｒ，Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｂｅｒｉｎｇ，Ｂｅｒｉｎｇ １０００８３，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｎｉ６０／ＷＣ ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ ｃｏａｔｉｎｇ ｗａｓ ｐｒｅｐａｒｅｄ ｕｓｉｎｇ ＡＣ－ＨＶＡＦ ｓｐｒａｙｉｎｇ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｏｎ ０Ｃｒｌ３Ｎｉ５Ｍｏ ｓｔａｉｎｌｅｓｓ ｓｔｅｅｌ．Ｔｈｅ ｍｉｃｍｓｔｒｕｃｔｕｒｅ，ｗｅａｒ ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ ａｎｄ ｃｏｒｒｏｓｉｏｎ ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ ｏｆ ｔｈｅ ｃｏａｔｉｎｇ ｗｅｒｅ ｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｅｄ．Ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｃｏａｔｉｎｇ ｃｏｎｓｉｓｔｓ ｏｆ Ｆｅ—Ｎｉ ｓｏｌｉｄ ｓｏｌｕｔｉｏｎ ａｎｄ Ｃｒ０ １９ Ｆｅｏ．７ 心１１，ＷＣ，阮Ｃ（Ｎｉ２ Ｗ４Ｃ ｏｒ№Ｗ３ｃ），Ｃ‰Ｃ３，ＣｒＢ２ ｐｈａｓｅｓ．Ｔｈｅ ｃｏａｔｉｎｇ ｉｓ ｗｅｌｌ ｂｏｎｄｅｄ ｗｉｔｈ ＯＣｒｌ３Ｎｉ５Ｍｏ ｓｔａｉｎｌｅｓｓ ｓｔｅｅｌ．Ｔｈｅ ｐｏｒｏｓｉｔｙ ｏｆ ｔｈｅ
（北京科技大学腐蚀与防护中心，北京１０００８３）
摘要：利用活性燃烧高速燃气（ＡＣ—ＨＡＶＦ）喷涂技术在ＯＣｒｌ３ＮｉＳＭｏ不锈钢上制备了Ｎｉ６０／ＷＣ复合涂层，研
究了其微观组织及耐磨耐蚀性能。结果表明：涂层主要由Ｆｅ—Ｎｉ固溶体以及Ｃｒ０．。，Ｆｅｏ．，Ｎｉｏ．ｕ，ＷＣ，魄Ｃ（Ｎｉ２Ｗ４Ｃ
或如Ｗ３Ｃ），Ｃ‰Ｃ，，ｃｒＢ２等相组成；涂层与基体结合很好，涂层的孔隙率约为２．５％；ＷＣ，Ｍ６Ｃ，Ｃ‰Ｃ３，ｃｒＢ２等
试验载荷２０Ｎ，频率１０Ｈｚ，时间５ｍｉｎ。采用Ｔａｌｙｓｕｒｆ ５Ｐ．１２０表面形貌轮廓仪测定涂层试样的磨痕截面积， 进而计算涂层的磨损体积。
采用ＣＨｌ６６０Ｂ电化学工作站测定涂层的电化学 特性，在３．５％ＮａＣｌ溶液中浸泡２０ｍｉｎ后对涂层进行 电化学试验。利用Ｔａｆｅｌ ｐｌｏｔ技术确定涂层的腐蚀电 流，。。以及腐蚀速度ｙ，扫描范围为：Ｅ～一１００ｍＶ～＋ ｌＯＯｍＶ，扫描速度为１ ｍＶ／ｓ，测量三次取平均值。利 用动电位扫描技术对涂层的电化学特征进行定性分 析，扫描范围为一１．５Ｖ～１．５Ｖ，扫描速度同样为１ ｍＶ／ｓ。试验所用的参比电极为饱和甘汞电极，辅助电 极为铂电极，试样未抛光。
图２为Ｎｉ６０／ＷＣ涂层截面的ＳＥＭ图，涂层厚度 大约为２５０ｔｔｍ（图２（ａ））。由图２（ｂ）可以看出，Ｎｉ６０， ＷＣ涂层与０Ｃｒｌ３Ｎｉ５Ｍｏ基体结合良好。涂层呈层状 分布，孔隙率较低，但是有个别地方存在相对较大的 孔隙缺陷（图２（ｂ）孔处），原因主要是喷涂粒子的相 互搭接堆积与熔融粒子的体积收缩，以及喷涂时溶解 于熔融粒子中的气体在涂层冷却至室温后的析出，另 外，喷涂粒子在基体上快速冷却，使金属液体不可能 完全充满整个粒子间的接触部分，并且涂层在喷涂后 冷却时，产生了残余应力，使其表面产生部分很小的 微裂纹，进而形成孔隙¨１。由图２（Ｃ）可以看出，带状 组织分布着很多白色的块状组织，白块的大小不等， 除了一部分较大的块以外，还弥散分布着很多细小的 白色亮点（图２（Ｃ）左上方ｃ区域）。ＥＤＸ能谱分析 Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ点可以看到（图３），基体Ａ点黑色区域主要
关键词：ＡＣ．ＨＶＡＦ； Ｎｉ６０／ＷＣ复合涂层； 微观结构； 耐磨性； 耐蚀性
中图分类号：ＴＧｌ７４．４４；ＴＧｌｌ３
Baidu Nhomakorabea文献标识码：Ａ
文章编号：１００９—６２６４（２００７）０３．０１２５．０５
Ｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｉｏｎ ｏｆ ｍｉｅｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ａｎｄ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ｏｆ ＡＣ—ＨＶＡＦ ｓｐｒａｙｅｄ