超音速火焰喷涂钴_碳化钨涂层替代爆炸喷涂工艺分析与验证.pdf
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1、 TECHNOLOGY AND INFORMATION工业与信息化科学与信息化2023年9月下 149超音速火焰喷涂钴/碳化钨涂层替代爆炸喷涂工艺分析与验证蒋玉平 罗朝勇 张策中国航发成都发动机有限公司 四川 成都 610503摘 要 本文通过分析超音速火焰喷涂与爆炸喷涂的不同特点,确定了采用超音速火焰喷涂替代爆炸喷涂的工艺方案。由于目前国内外不同厂家生产的钴/碳化钨(Co/WC)材料存在喷涂性能参差不齐的现状,需要开展工艺试验确定可用粉末材料。通过试验验证,超音速火焰喷涂工艺制备的钴/碳化钨涂层性能与爆炸喷涂钴/碳化钨涂层的性能指标相当,能够满足零件使用要求,并且超音速火焰喷涂效率更高、环境
2、影响较小,因此具有更好的应用前景和推广价值。关键词 超音速火焰喷涂;爆炸喷涂;钴/碳化钨Analysis and Verification of High Velocity Oxy-fuel Spraying Process of Tungsten Carbide/Cobalt Coating Replacing Explosion Spraying ProcessJiang Yu-ping,Luo Chao-yong,Zhang CeAECC Chengdu Engine Co.,Ltd.,Chengdu 610503,Sichuan Province,ChinaAbstract Thisp
3、aperanalyzesthedifferentcharacteristicsofhighvelocityoxy-fuelsprayingandexplosionspraying,anddeterminestheprocessschemeofreplacingexplosionsprayingwithhighvelocityoxy-fuelspraying.Duetothecurrentsituationofunevensprayingperformanceofcobalt/tungstencarbide(Co/WC)materialsproducedbydifferentmanufactur
4、ersathomeandabroad,processtestsarerequiredtodeterminetheavailablepowdermaterials.Throughtestverification,theperformanceofcobalt/tungstencarbidecoatingpreparedbyhighvelocityoxy-fuelsprayingprocessiscomparabletothatbyexplosionspraying,andcanmeettherequirementsofparts.Inaddition,highvelocityoxy-fuelspr
5、ayinghasahigherefficiencyandlessenvironmentalimpact,soithasbetterapplicationprospectsandpromotionvalue.Key words highvelocityoxy-fuelspraying;explosionspraying;cobalt/tungstencarbide引言爆炸喷涂是利用可燃气体爆炸产生的冲击波能量,将待涂覆的粉末颗粒加热加速,轰击到基体表面形成涂层的方法。超音速火焰喷涂(HighVelocityOxy-fuelSprayingProcess,HVOF),它是在爆炸喷涂基础上发展而来的
6、一种新喷涂技术。超音速火焰喷涂是将助燃气体与燃烧气体在燃烧室中连续燃烧,燃烧的火焰在燃烧室内产生高压并通过与燃烧室出口连接的膨胀喷嘴产生高速焰流,喷涂材料被送入高速射流中被加热、加速喷射到经预处理的基体表面形成涂层的方法1。超音速火焰喷涂以其超高的焰流速度和相对较低的温度,在喷涂金属碳化物和合金等材料方面具有明显优势2。某型轴承座零件由于需要在高抗耐磨条件下使用,因此设计采用爆炸喷涂钴/碳化钨(Co/WC)涂层。目前公司无爆炸喷涂加工设备,但考虑到超音速火焰喷涂是在爆炸喷涂基础上发展而来的一种新喷涂技术,且公司目前拥有多台超音速喷涂设备,具备丰富的超音速喷涂加工经验,因此拟采用超音速火焰喷涂钴
7、/碳化钨作为爆炸喷涂钴/碳化钨的替代工艺。同时,随着国内外涂层材料生产能力的飞速发展,具备热喷涂用钴/碳化钨(Co/WC)粉末制造能力的供应商越来越多,但各供应商生产的粉末材料性能参差不齐,目前国内对不同供应商生产的粉末材料喷涂工艺性能差异研究较少2。本文拟采用进口HVOF设备,选取国内外热喷涂粉末材料优质供应商生产的钴/碳化钨粉末进行喷涂工艺试验,开展工艺性能对比,确定性能最佳的粉末以及可用备选粉末,并对比分析超音速火焰喷涂钴/碳化钨涂层与爆炸喷涂钴/碳化钨涂层性能,最终确认可用超音速火焰喷涂钴/碳化钨涂层替代爆炸喷涂钴/碳化钨涂层,为后续产品加工提供技术参考。TECHNOLOGY AND
8、INFORMATION工业与信息化150 科学与信息化2023年9月下1 试验材料与方法1.1 试验材料试验粉末采用北京矿冶科技集团有限公司金属材料研究所、自贡长城硬面材料有限公司、欧瑞康美科公司不同粉末,主要成分、粒度组成见表1。试片材料选择Inconel718,金相试样和硬度试样的尺寸为25.4mm25.4mm2.5mm,黏接拉力强度试样的尺寸为256mm。表1 各粉末材料成分、粒度分布粉末牌号粉末厂家Co(%)C(%)W(%)Fe(%)其他(%)+63(%)-63+45(%)-45(%)碳化钨/钴聚合粉末北京矿冶研究总院11.385.5681.80.0097103.796.3ZTC425
9、2CA自贡长城硬面材料有限公司12.595.3981.340.4610.10.999.1Metco 72F-NS欧瑞康美科12.125.3282.270.140.1501.498.6Metco 73F-NS欧瑞康美科17.95.0177.1000.320.7791.2 试验方法和内容采用HVOF分别制备高硬度高结合强度的钴碳化钨(Co/WC)涂层。HVOF喷涂设备采用美国DeloroStellite公司Jet-Kote,喷枪JK3000。采用ABB机械手自动喷涂。气体采用高纯度的Ar、H2和O2,送粉气体为氩气。喷涂前先用丙酮清洗试样表面,然后采用自动吹砂机60#的棕刚玉对试样表面进行粗化处理
10、。不同粉末采用HVOF喷涂优化工艺参数分别制备钴碳化钨(Co/WC)涂层,使其性能硬度达到10501350HV100gf以上,结合强度65Mpa。再检测其金相组织、性能,其中孔隙率1.5%3。采用WDW-100拉伸试验机ASTMC633标准检测涂层结合强度;显微硬度值取10次测量的平均值。采用Apreo S扫描电镜(SEM)和能谱分析仪(EDS)对试样涂层断口形貌及成分进行分析;采用图像分析法测量涂层孔隙率,为10次测量的平均值;氧化物含量采用图像分析法测量,为10次测量平均值;采用LM-700AT显微硬度计测量涂层显微硬度,载荷为100g,加载时间为10s,测量结果为十点平均值。2 试验结果
11、和分析2.1 采用美科Metco72F-NS粉末采用超音速火焰喷涂Metco72F-NS,按已成熟应用的工艺参数表2进行喷涂4,试样按HB 7627-1998检测,其结果见表3,从结果来看涂层显微硬度、结合强度、富钴相等满足要求,但涂层孔隙率难以达到小于1.5%的要求,同时显微组织中偶尔会出现裂纹,不满足HB 7627-1998要求5。表2 Metco72F-NS喷涂工艺参数序号氢气流量(SCFH)氧气流量(SCFH)喷涂距离(mm)送粉载气流量(SCFH)送粉转速(rpm)11150-1160580-590180-18558-602.5-2.7表3 Metco72F-NS喷涂试验结果粉末牌号
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