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）image pro plus
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）02-0003-03
DOI:10.3969/j.issn.l008-9500.2021.02.002
Analysis on Preparation and Properties Of high Velocity Sprayed WC-
CrC Coatings
SHU 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。
超音速火焰喷涂具有高速、高能、低温的特点，验着雄航空航天领域的重要性，在航空航天发动机部件中的叶片上使用超音速火焰喷涂技术已基本标准化，此外，超音速火焰喷涂的WC-12C。涂层耐磨损性能《^的三倍以上。超音速火焰喷O1备的涂层具备涂层致密、低孔隙率、高结合强度、高硬度、低残余应
收稿日期：2020-12-09
作者简介：舒琴（1986-），女，云南昭通人，硕士，工程师，研究方向：金属材料科学与工程。
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代试验研究中国资源综合利用第2期
力和低氧含量的优势，已经成为喷涂碳化物涂层的标准 技术，碳化铮-碳化鹄涂层属于碳化物类涂层，可承受
的最高温度达700兀，具有耐高温、耐磨损的性能，主 要应用在航空发动机涡轮支撑磨损部位，用于提高基体
的耐磨损性能，延长涡轮支撑部件的使用寿命。
1试验过程1.1粉末成分
试验用碳化珞-碳化鹄粉末的牌号是KF-66, 成分如表1所示。
表1碳化锯-碳化鹄粉末成分
成分 Ni  Cr  C 总 亍含量（％ ） 5.5 ~ &5 15.5 〜19.5 5.5 ~ &5 余量
1.2试验材料准备
喷涂碳化箔-碳化物涂层的基体材料选用高温
合金系列中的GH99，拉力试样为①25 mm 的拉力棒, 其样尺寸为 40 mm  X  25 mm  X  3 mm o
喷涂涂层前，基体材料表面先进行除油和清洁
处理，确保表面无油等污染物，以免影响涂层的沉积,
再用白刚玉砂对试样待喷涂表面进行喷砂粗化处理, 吹砂面粗糙度符合相应标准要求。1.3喷涂工艺参数
超音速火焰喷涂设备选用JP-8000，燃料为航空 煤油，气体是氧气和氮气，具体喷涂参数如表2所示, 喷涂参数的选取以涂层的性能检测结果和焰流颜进
行判断，确保煤油和氧气成比例，比例不适当将影响
涂层的性能，若焰流颜为黄，则说明煤油量过高,
若焰流颜为蓝，则说明氧气过高。
_________________表2喷涂工艺参数_________________
组别 煤油（L/h  ）氧气（mVh  ）氮气（m 3/h  ）送粉转速（r/min  ）1.4涂层性能检测
A 18.183 14033.96  3.5
B 25.003 39635.65  4.5
C 27.283 65037.35  5.5
试样性能检测用到莱卡金相显微镜、显微维氏 硬度计、拉力试验机和扫描电镜等设备检测涂层的显
微组织、显微硬度HV o .3，结合强度、组织结构等性 能。涂层的热震性能试验温度为700 r  ±10 r ，抗 热震次数不少于io 次。涂层的热稳定性能试验温度 为700弋± 10兀，试样最长保温时间为100 ho
2试验结果和分析2.1涂层形貌和氧含量
超音速火焰喷涂的碳化辂-碳化鹄涂层致密，
粒子以超音速的速度撞击试样表面，动能大，结合能 高变形充分，涂层表面平整，无明显的起伏，涂层表 面形貌如图1所示。涂层试样加热恒温状态下，经检
测，其粗糙度小于4Ra o
图1涂层形貌图
超音速火焰喷涂过程中，粒子速度高，喷喷 射出的粒子在空气中停留时间短，氧化程度小。XRD
能谱分析显示，超音速火焰喷涂涂层的氧含量为 6.01wt%，等离子喷涂涂层的氧含量为11.90wt%，两
者是近2倍的关系，因此超音速火焰喷涂技术在制备 易氧化的涂层方面具有低氧含量的优势。2.2显微组织和显微硬度
显微组织试样检测发现，若喷涂参数选取不当，
则形成的涂层组织中孔隙较多，孔隙率超标，不能满 足耐磨涂层的使用要求。通过调整参数，获得如图2
所示的涂层组织，组织均匀，无分层和裂纹，粉末熔
化充分，无未熔颗粒。通过图像分析软件Image  Pro  Plus 计算测量和金相对比法得出超音速火焰喷涂制备 的碳化钻-碳化鹄涂层的孔隙率v  2%o
图2涂层显微组织
显微维氏硬度计检测超音速火焰喷涂态的碳化
珞-碳化鹄涂层硬度HV o .3，每组参数的一个试样上 检测10点，硬度值随喷涂参数的变化趋势如图3所示, 硬度最小值为800 HV o .3，最大值为1 500 HV 0 3, C 组
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第2期舒 琴等：超音速火焰喷涂碳化銘-碳化钩涂层的制备与性能分析©试验研究
参数的硬度值最高，硬度值随氧气和煤油流量的增加 而增大。从喷功率卩=矽0(9为煤油流量)何可以 看出，提高煤油流量，可提高喷功率，功率越大， 喷涂过程中粉末熔化越充分，粒子速度越大，动能越
大，涂层越致密，硬度越高。
(8S  )
o  o  O
o  o  O 5 3 11 1 19070
♦A
-■-B -A-C
7V
Liem  寸 S9 卜 86
图3涂层显微硬度
2.3结合强度
超音速火焰喷涂的碳化锯-碳化鹄试样检测结 果显示，涂层的结合强度高于80 MPa，其硬度值曲 线如图4所示。
.2
N
值
均 平1
N
3
N 图4结合强度
涂层在拉伸过程中未剥落或与基体分离，断裂 处发生在粘接的胶上，因为超音速火焰喷涂过程中燃 烧室压力大，高速的焰流和粒子速度将熔融/半熔融
态的粒子高能沉积到基体表面，形成高结合强度的碳
化锯-碳化餌涂层，拉伸试验过程中涂层完好地留在 原基体上，未被拉下来，有文献冋显示，超音速火焰 喷涂制备涂层的结合强度值可达185 MPa，对于耐磨 涂层，最重要的性能是确保基体与涂层之间有
足够的
结合强度，对于超音速火焰喷涂制备的耐磨涂层来说, 其结合强度高于等离子喷涂制备的涂层，因此碳化
铮-碳化铸耐磨涂层的制备宜采用喷射粒子速度高、 涂层致密的方法。
2.4热震和热稳定性能
在试验条件下测试涂层的热震性能，结果发现，
涂层经11次冷热交替处理后，涂层状态未发生变化， 涂层无翘起和剥落现象，与基体保持原有的结合。涂
层在700 ±10乜的温度环境下保温处理100 h，涂
层的热稳定性能良好，显微组织指标与喷涂态一致， 显微硬度HV o .3大于850 HV 03较喷涂态有所提高，涂
层长时间处于高温环境，组织中有碳化物类强化相析
出，硬质相增多，结晶相析出引起局部体积收缩，大
气孔减少叫涂层变得致密。
3结论
超音速火焰喷涂碳化锯-碳化铸涂层的工艺参 数中，氧气和煤油流量是影响涂层性能的关键因素。 超音速火焰喷涂制备的碳化锯-碳化铸涂层组织均
匀，孔隙率小于2%，无未熔颗粒。超音速火焰喷涂 制备的碳化铮-碳化鹤涂层结合强度大于80 MPa o
超音速火焰喷涂制备的碳化锯-碳化铸涂层显微硬度
值高于800 HV 0.3，且涂层具有优异的抗热震和热稳定 性能。超音速火焰喷涂制备的碳化珞-碳化餌涂层氧 含量低。
参考文献
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