等离子喷涂WCCo涂层的脱碳机理研究.pdfVIP

摘 要 热喷涂制备 WC-Co 涂层已经在航空航天、发电、冶金等行业中得到了广泛 的应用，具有成本低，沉积效率高等很多优点。然而在喷涂过程中过高的温度和 氧化性气氛会导致 WC 脱碳分解，生成的脆性相严重地降低了涂层的耐磨性能。 本文采用大气等离子喷涂技术，以 WC-12Co 为原始粉末，运用 X 射线衍射 仪，扫描电子显微镜，X 射线光电子能谱仪，高温差示扫描量热仪等设备对水收 集喷涂粒子，扁平粒子和涂层进行了深入的研究，以了解喷涂过程中发生的物相 反应和微观结构演变。结果表明粒子在飞行过程中的受热状态差异是导致涂层结 构不均匀的主要因素。等离子喷涂 WC-Co 涂层存在很多缺陷，在喷涂过程中大 部分 WC 颗粒发生了严重的相变分解，生成 W C，金属W 和参与形成 Co 基固 2 溶体，并且涂层中还存在很多非晶相。 等离子喷涂 WC-Co 过程中主要有两种脱碳分解机制：粒子表面的 WC 颗粒 直接被氧化脱碳；内部的 WC 颗粒在高温下受热分解并溶解进入液相 Co 基体中， C 元素从 Co 基体中不断扩散至粒子表面而被氧化。 W C 和金属 W 既可以是在粒子飞行过程中由表面的WC 颗粒直接氧化脱碳 2 生成，也可以是在粒子冷却过程中从缺碳的液相中沉淀析出。涂层中的 W C 沿 2 着 WC 颗粒的界面外延生长并呈现出包覆结构，而金属 W 则大多分布在扁平粒 子边缘处。根据液相成分的不同还可以析出相和 γ相。 等离子喷涂 WC-Co 的喷涂工艺参数以及原始粉末特性都对喷涂过程中的脱 碳行为产生影响。通过 XRD 定性分析和 Rietveld 定量分析方法进行了对比研究， 结果表明喷涂功率越大，脱碳程度越严重，并且涂层的显微硬度值也随之下降。 在喷涂距离为 8cm 时脱碳程度最小，只有 37%的WC 颗粒发生了分解。随着喷 涂距离的增加，越来越多的 WC 颗粒发生了脱碳分解。在空冷条件下 WC 颗粒 几乎消失殆尽。采用 Co 包覆粉会比单独喷涂 WC 粒子脱碳程度要小 10 个百分 点左右。 关键词： 等离子喷涂；WC-12Co ；脱碳分解；定量分析 ABSTRACT Thermal sprayed WC-Co coatings have been widely applied in various industries. Decarburization is the most common problem for the coatings due to the high temperature and oxidizing atmosphere experienced by the WC-Co powders during the spraying. The newly formed brittle phases greatly degrade the wear resistance of the coatings. In the present study, WC-12Co powders were used as the starting material sprayed by atmospheric plasma spray. The as-sprayed powders, coatings and splats were collected for understanding the phase transformation mechanisms and microstructure evolution behaviors by using X-ray diffraction (XRD) , scanning electron microscopy (SEM) , X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) and differential scanning calorimeter (DSC). The results showed that during the spraying, the different heated behaviors of the