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Ti6Al4V合金表面超音速火焰喷涂WC-12Co涂层组织及相分析

姬寿长 , 李争显 , 杜继红 , 柏林 , 黄春良 , 王宝云 , 罗小峰 , 华云峰 , 王彦锋

稀有金属材料与工程

采用超音速火焰喷涂在Ti6Al4V合金表面制备WC-12Co涂层,用扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射(XRD)、能谱(EDS)对涂层的组织形貌、物相结构、成分进行试验分析.结果表明:涂层中无层状分布,涂层整体致密,孔隙率低,与基体结合良好 ;涂层中呈团聚状的粒子与粒子之间结合紧密,颗粒为弥散分布.这是因为超音速粒子的速度高能弥补堆垛不规则造成的孔隙,降低孔隙率,提高致密度 ;高速粒子变形充分,利于提高活性区域的面积,利于粒子与基体、粒子与涂层的结合.涂层中组成相除WC外,有少量Co3W3C和微量的W2C,未见金属Co,Co在涂层中变成非晶态.分析认为:W2C的产生是在喷涂过程中由于WC热分解,脱碳而生成的产物 ;Co3W3C是Co和WC在有氧环境下的反应产物,Co3W3C含量少是由于粉末在燃烧室中停留时间短.

关键词: 超音速火焰喷涂(HVOF) , 涂层 , 组织 , 相组成 , W2C , WC热分解 , Co3W3C

粒子浓度对C/C复合材料烧蚀行为的影响

柏林 , 林浩 , 高双林 , 罗雷 , 张博文 , 朱杰堂 , 孙振生

材料工程 doi:10.11868/j.issn.1001-4381.2016.07.016

为研究不同粒子浓度侵蚀条件下C/C复合材料的烧蚀机理及性能,采用自主研发的氧-煤油烧蚀实验系统对轴棒法编织的C/C复合材料进行烧蚀/侵蚀实验,实验的粒子浓度分别为0,1.37%,2.22%,2.64%。采用扫描电镜(SEM)观察实验后试样的微观形貌,测算了试样的烧蚀率,研究了粒子浓度对材料烧蚀率的影响规律,分析了材料的烧蚀机理。结果表明:不加粒子时试样的质量烧蚀率仅为0.159g/s,线烧蚀率为0.175mm/s,加入粒子后质量烧蚀率与线烧蚀率的最小值分别为0.432g/s和0.843mm/s,且随粒子浓度的增加,烧蚀率均加速增加。粒子的侵蚀作用加剧了试样的烧蚀,冲刷面上径向纤维的烧蚀梯度随粒子浓度的增加而增大。

关键词: 粒子浓度 , C/C复合材料 , 质量烧蚀率 , 线烧蚀率

超音速火焰喷涂硅酸盐玻璃涂层工艺研究

占君 , 陈桂明 , 张倩 , 柏林 , 刘新年

材料科学与工艺

采用超音速火焰喷涂技术制备了硅酸盐玻璃涂层,通过扫描电镜、能谱、衍射和强度试验研究了涂层的组织特征、机械性能等.研究表明,制备玻璃涂层的最佳工艺为:粉末颗粒尺寸为25~50 μm,氧气流量34~36 m3/h,煤油流量13~14 L/h,喷涂距离25 cm;涂层组织较致密,玻璃涂层厚度可达到0.5 mm以上;涂层基本呈非晶态,热喷涂后玻璃涂层冷却速度对涂层的析晶行为有一定影响;涂层与基体之间的结合形式为机械结合,涂层的内聚强度约为8 MPa,其拉伸断裂形式为宏观脆性断裂,涂层具有一定硬度和抗冲击性能.

关键词: 超音速火焰喷涂 , 硅酸盐玻璃 , 工艺 , 强度

超音速火焰喷涂参数及粉末粒度对WC-12Co涂层弹性模量的影响

柏林 , 高双林 , 乔素磊 , 黄定园 , 袁小阳 , 林浩

材料工程 doi:10.11868/j.issn.1001-4381.2015.04.016

利用多功能超音速火焰喷涂(HVO-AF)焰流温度的特点(1400~2800℃)分别在三种条件下(HVOF,HVO-AF和HVAF)制备WC-12Co涂层.用Knoop压痕法对涂层的弹性模量进行测试,并测量涂层的显微硬度.采用扫描电镜(SEM)、能谱分析(EDS)、X射线衍射(XRD)探讨涂层的显微结构、成分和相组成.结果表明:与微米结构涂层相比,纳米结构涂层组织均匀、致密,孔隙率低,显微硬度与弹性模量均大幅提高,其中HVO-AF状态下制备的纳米结构WC-Co涂层平均硬度与弹性模量最高,分别为1515MPa和308GPa,而HVOF与HVAF状态下的纳米WC-Co涂层平均硬度与弹性模量分别为1390MPa,286GPa和1469MPa,270GPa;HVO-AF状态下的微米结构涂层平均硬度与弹性模量为1065MPa和242GPa.在HVO-AF状态下,焰流温度适中,可有效控制纳米WC-12Co粉末的分解,测得的涂层弹性模量最高.

关键词: HVO-AF , WC-12Co , 纳米结构涂层 , 弹性模量

多功能超音速火焰喷涂WC10Co4Cr涂层磨损性能研究

袁晓静 , 王汉功 , 柏林 , 侯根良 , 刘雪锋

材料科学与工程学报 doi:10.3969/j.issn.1673-2812.2004.02.013

应用自行研制的多功能超音速火焰喷涂设备,在HVOF、HOV/AF、HVAF不同工况下成功制备WC10Co4Cr涂层,并测试了涂层性能.分析表明,HVAF工况下,碳化物几乎没有分解,涂层的显微硬度明显较高;二种工况中,涂层的磨粒磨损机制主要为碳化物颗粒的剥落,冲蚀磨损的失效行为主要表现为脆性材料的冲蚀磨损机制.相比之下,随着燃气温度的降低,涂层的耐磨粒磨损性能增强,涂层的抗冲蚀磨损性能与燃气流量和温度有关.

关键词: 超音速火焰喷涂 , 涂层 , 磨损失效机制

超音速电弧喷钛涂层研究

柏林 , 王汉功

材料保护 doi:10.3969/j.issn.1001-1560.2001.04.012

用超音速电弧喷涂设备制备了钛涂层,并对涂层的显微组织、相结构、结合强度和显微硬度进行了试验分析。实验结果表明,涂层层状结构明显,与基体结合良好,孔隙率较高;涂层主要由钛和钛的氧化物组成,涂层的粘结强度大于内聚强度;涂层硬度高,平均显微硬度达到770 HV2.0 N。

关键词: 电弧喷涂 , 孔隙率 , 结合强度 , 显微硬度

低温超音速火焰喷涂铜涂层断裂特性的研究

江礼 , 袁晓静 , 王汉功 , 柏林 , 侯根良

材料保护 doi:10.3969/j.issn.1001-1560.2007.12.004

采用低温超音速火焰喷涂技术在不锈钢、防锈铝基体上制备了铜涂层,并采用拉伸试验研究了铜涂层在单轴拉伸应力下的断裂情况.结果表明,涂层的结合强度在10~20 MPa分布,基体对涂层的结合强度有一定影响;喷涂过程中,塑性变形的粒子铺展沉积于涂层表面,粒子与基体、粒子与粒子之间的边界和微孔成为涂层断裂源,裂纹源沿粒子边界扩展造成断裂;涂层的断裂过程为弹性断裂,没有明显的塑性变形过程,表明涂层与基体、涂层内部的结合主要以机械结合为主.

关键词: 低温超音速火焰喷涂 , 铜涂层 , 结合强度 , 断裂 , 微裂纹

多功能超音速火焰喷涂雾化喷嘴的设计

王汉功 , 柏林

材料保护 doi:10.3969/j.issn.1001-1560.2002.05.016

对多功能超音速火焰喷涂系统的雾化原理与影响因素进行了分析,采用专门设计的射流雾化喷嘴,加工安装方便、雾化效果好.雾化的影响因素有:喷口大小、喷嘴压降、雾化介质的理化性质和燃烧室的压力与温度等.点火阶段为低速射流雾化,喷涂阶段为高速射流雾化.

关键词: 雾化 , 喷嘴 , 喷涂

多功能超音速火焰喷涂的燃烧特性研究

王汉功 , 柏林

材料保护 doi:10.3969/j.issn.1001-1560.2002.04.011

分析了多功能超音速火焰喷涂燃烧过程、燃烧不稳定性,设计了燃烧室,并计算了燃烧室出口的燃气温度和成分.燃烧室分为基本雾化区、混合气回流区、燃烧区和燃烧产物区4个区,燃烧不稳定性主要与燃烧室压力、燃烧室几何参数、雾化喷嘴的工作参数等有关.燃烧室出口的燃气主要由HO2、CO、CO2组成.设计的桶形燃烧室点火性能好,燃烧效率高.

关键词: 喷涂 , 燃烧室 , 雾化

氧气含量对超音速火焰喷涂燃烧特性的影响

袁晓静 , 王汉功 , 侯根良 , 柏林

材料科学与工艺 doi:10.3969/j.issn.1005-0299.2007.02.012

超音速火焰喷涂过程中,火焰特征对涂层的形成产生重要的影响,应用β-PDF(Probability DensityFunction)湍流燃烧模型对喷枪燃烧室的燃烧过程进行了数值模拟,研究了混合状态与燃烧状态之间的关系.研究表明,随着氮气含量的增加,燃气温度下降,燃烧的最高温度点向低混合分数靠近,温度梯度增大,最高理论燃烧温度从3417K下降到2000 K;燃烧过程中存在大量中间产物,随着氮气的增加,燃烧过程中大量的单质碳析出,燃烧过程向低温燃烧转化.随着氮气含量和燃油的增加,燃烧产物中CO2的含量在最高温度点附近出现最高点,H2O次之,最后生成CO,C的含量呈现逐步递增的趋势.

关键词: 超音速火焰喷涂 , 燃烧 , 温度 , 成分 , 数值模拟

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