等离子喷涂具有沉积速度快、生产效率高、适用范围广、成本低等优势,是目前国内、外最常用的一种表面工程技术,其在航空航天、能源、机械、冶金等领域得到广泛应用。Ni基自熔性合金涂层性能优良且可喷涂性好,是一类常用的喷涂材料,主要应用于局部要求耐磨、耐热腐蚀及抗热疲劳的材料表面。但现代科技的发展对表面涂层性能的要求愈来愈高,单一Ni基涂层已很难满足某些苛刻工况的要求。陶瓷颗粒增强Ni基涂层能将Ni金属母相材料较高的强度、韧性和良好的工艺性能与增强陶瓷颗粒材料优异的耐磨、耐蚀、耐高温及化学稳定性有机结合起来,极大地提高材料的表面性能。
因此近年来陶瓷颗粒增强Ni基涂层制备成为材料科学研究领域的热点问题之一。WC是耐磨性非常好的硬质相,具有硬度高、高温稳定、塑性好以及与Ni基合金润湿性良好等优点,被广泛用作热喷涂Ni基合金的增强相。本文采用等离子喷涂方法制备了WC颗粒增强Ni60A涂层,分析了涂层的显微组织,测试了涂层抗冲蚀磨损性能,并讨论了复合涂层的冲蚀机理。
实验用基体材料为γ-TiAl基合金(TAC-2),其尺寸为20mm×20mm×8mm。喷涂用镍基合金粉末及增强相分别采用北京矿冶研究院生产的KF-Ni60A自熔性合金粉末及KF-56型镍包碳化钨粉末,将质量配比为2∶1的Ni60A粉末和WC粉末采用机械混合均匀后作为喷涂喂料。在实际使用中用WC复合粉末而不用纯WC粉末,其主要目的是为了提高增强WC粉体相与Ni基合金母相之间的浸润性和降低喷涂过程中WC陶瓷相的氧化、脱碳等现象。等离子喷涂试验在美国普莱克斯公司生产的3710型等离子喷涂系统上进行。
喷涂前试样经打磨、除油、喷砂等预处理。固体粒子冲蚀试验在由喷砂机自行改装的冲蚀试验机上进行等离子喷涂WC颗粒增强Ni60A涂层呈层片状结构,有一定孔隙,WC颗粒在涂层中分布均匀,且与母相结合良好。随着冲蚀角度的增大,涂层冲蚀磨损质量损失先增大后减小,表现为塑性-脆性复合冲蚀磨损特征。