用等离子喷涂工艺制备GCr15 钢表面镍基合金涂层

http://www.pf.hc360.com2014年12月29日13:27 来源:中钢网T|T

    慧聪表面处理网讯:镍基合金具有良好的高温性能和耐磨耐蚀性能,是较为理想的涂层材料。在钢铁材料表面采用等离子喷涂技术制备镍基合金涂层,能够大幅度的提高材料的耐磨、耐蚀、抗氧化和耐热冲击性能,是减少机器部件损耗的有效方法,有望明显提高钢铁材料部件的使用寿命。最近,江苏科技大学采用等离子喷涂工艺在GCr15钢基体上制备Ni60B合金涂层,取得了良好结果。试验用的涂层材料为KF-Ni60B粉末,粒度约为-140~+325目,粉末的化学成分为0.5~1.0C、3.0~4.5B、3.5~5.5Si、15.0~20.0Cr、<5.0Ni,余量Fe(质量分数,%)。在喷涂前对试样进行预处理:打磨—超声波清洗—石英砂喷砂—酒精清洗。等离子喷涂时,采用氩气作为载气,氮气为辅气。通过正交试验法分析了喷涂工艺参数对涂层的结合强度的影响,发现其影响顺序自强至弱依次为功率、送粉速率、主气流量、喷涂距离。

    从分析分析结果看,对结合强度影响最大的是功率。通常功率过小会造成粉末熔化不良,涂层夹杂生粉较多,沉积效率低。当功率为30kW时得到的涂层强度达到50MPa以上,但功率继续增大到35MPa及以上时涂层强度急剧下降,表明热喷涂时功率要精确控制,且不可过高。结果表明,功率达30kW时,已经达到熔融粉末的效果。如功率不断上升甚至过高时,粉末存在烧蚀,涂层的层间会有烟尘,严重影响结合强度,故可判断在30kW时,合金粉末熔合较好,撞击基体时变形也良好。一般而言,粉末在等离子焰流中加热和加速都需要一段时间,需一个合适的喷涂距离。距离过近,会因粉末加热不良,撞击变形不充分;距离过远则粉末熔化后又冷却,飞行速度也降低,都会影响涂层质量。但由于镍基粉末为自熔性材料,粉末熔点相对较低,易于熔化,在喷涂距离为90~120mm范围内时,飞行中一直保持熔融状态,且与基体润湿性较好,所以喷涂距离对涂层影响不大。

    正交试验结果表明,喷涂功率为30kW,送粉速率为30g·min-1,主气流量为75L·min-1,喷涂距离为105mm时,能达到最佳结合强度。在本试验条件和最优组合下,涂层的结合强度可达近59MPa。

    涂层与基体的结合性能是涂层的一个重要指标,是其发挥作用的前提,也是优化涂层制备工艺参数的一个重要依据,涂层的失效部位多在涂层与基体的结合处。显微组织观察表明:等离子喷涂涂层是由变形的颗粒层层堆叠而成的。涂层中存在两种结构组织,一种是原料未熔化,但由于撞击而有一定变形的粉末,另一种是原料完全熔化,高速冷却后平铺在基体或先沉积的涂层上。喷涂前后,涂层粉末并没有发生明显的相变,保持了原始粉末的相结构,因而保留了高硬度等特点。经过参数优化,涂层间间隙和孔洞数量明显减少,结合更加致密,增大了涂层与基体以及涂层间的接触面积,提高了涂层结合强度及其质量。

责任编辑:郑必佳

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