Cr12MoV鋼表面等離子噴涂NiCrCoAl合金涂層的研究

覃群+王天國

摘 要：本文通過在Cr12MoV鋼表面上進行NiCrCoAl合金的等離子噴涂，研究工藝參數對合金涂層的性能影響，以期獲得優化的噴涂工藝參數，從而提高涂層的結合性。

關鍵詞：等離子噴涂； Cr12MoV；金涂層

等離子噴涂等離子噴涂是一種材料表面強化和表面改性的技術，可以使基體表面具有耐磨、耐蝕、耐高溫氧化、電絕緣、隔熱、防輻射、減磨和密封等性能。 等離子涂技術是采用由直流電驅動的等離子電弧作為熱源，將陶瓷、合金、金屬等材料加熱到熔融或半熔融狀態，并以高速噴向經過預處理的工件表面而形成附著牢固的表面層的方法。本文通過在Cr12MoV鋼表面上噴涂一層NiCrCoAl涂層，研究工藝參數對等離子噴涂NiCrCoAl合金涂層的組織結構和性能的影響。

1 實驗過程

試驗采用的基體材料為Cr12MoV鋼，選用等離子噴涂的打底層材料為NiCrCoAl+氧化釔復合粉末，其粒度范圍為140μm～350μm。用鋸條將噴涂后的試樣切開。取切割后的試樣依次在粒度為280#，320#，400#的砂紙上粗磨，然后在600#，1000#的砂紙上細磨，磨至表面十分光滑、僅有均勻細微劃痕為準。然后用粒度為2.5μm的拋光劑在拋光機上拋磨好的試樣，至表面為光滑鏡面反射無劃痕為準。拋光完成后將試樣沖洗干凈并吹干。經腐蝕后在光學顯微鏡下觀察確認試樣符合要求后，用金相顯微鏡拍攝金相照片。利用金相照片進行金相分析。

2 實驗結果分析

圖1是NiCrCoAl粉末的SEM圖片。從圖中可以看出，顆粒團聚在一起形成規則條狀，粒度分布較均勻，范圍約為50～140um。

圖1 NiCrCoAll粉末的SEM照片

等離子噴涂涂層的厚度是衡量涂層質量的重要指標之一。涂層的厚度在很大程度上影響著產品的可靠性和使用價值。通過對涂層厚度的檢測，除了評定有公差指標或修復尺寸要求的工件是否合理外，還能直接或間接地評估涂層的耐蝕性、耐磨性等性能。因此它是在涂層質量檢驗和工藝研究中普遍采用的一個指標。圖a、b、c、d其余噴涂參數一樣，電流分別為300A、350A、370A、400A，可以看出他們的涂層厚度呈遞增趨勢，說明電流的增大使涂層厚度增加，噴涂粉末熔化率升高，涂層沉積性趨于好轉。

（a） （b）

（c） （d）

硬度是材料抵抗堅硬物體的壓入所表現的變形和破裂的抗力。抗力越大，硬度越高，所以硬度是材料的一種重要的機械性能，在等離子噴涂涂層硬度檢驗中，常用顯微硬度法來檢測等離子噴涂材料的硬度。實驗操作時需仔細小心，施加載荷要盡量平穩、均勻，不得有沖擊和震動。測試時，所得壓痕應為輪廓清晰的棱形，壓痕的測量務求準確，以保證檢驗結果的精度。

本實驗硬度測量方法采用顯微硬度法（維氏硬度）。顯微硬度法是采用顯微硬度計上特制的金剛石壓頭，在一定靜負荷的作用下，壓入試樣涂層表面，得到相應的正方角錐體壓痕。然后用硬度計上測微目鏡將壓痕放大一定的倍率，再測量其壓痕對角線長度。測量10次取平均值。

由表1可以看出，a、b、c、d試樣的顯微硬度，這四個試樣均是以氬氣作為主氣進行噴涂，電流分別為300A、350A、370A、400A，其余參數相同。由實驗結果可以看出，隨著電流密度增大，樣品的硬度有增大的趨勢，結合孔隙率分析，c試樣的涂層最為致密，孔隙率最低。顯微硬度與孔隙率有很大相關性，孔隙率越大，涂層組織越松散，顯微硬度越小。

表1 顯微硬度均值

試樣 a b c d

平均值/HV 215.65 224.52 246.82 238.15

3 結論

本文通過設計不同參數進行等離子噴涂，對等離子噴涂NiCrCoAl的工藝參數進行了優化；研究了NiCrCoAl涂層的涂層組織和性能，得出以下結論：

3.1 對于不同的噴涂電流，電流越大，等離子焰流的熱焓越高，粉末融化越充分，粉末沉積效率更高。但是電流過高會導致粉末燒損，且對基體熱影響大，影響涂層的結合力。

3.2 通過本次試驗研究，等離子噴涂NiCrCoAl粉末的最佳參數為電流400A，電壓36V，氬氣流量3000L/h，氫氣流量20L/h，噴距為100mm，送粉度率為6，噴槍移動速度為5mm/s。

參考文獻

[1] 張東輝，郝勇超.國內外等離子噴涂設備現狀及發展趨勢[J].航空制造技術，2003，7：23-24.

[2] 韓蜂，王豫躍，楊冠軍等.電弧功率對液料等離子噴涂TiO2納米涂層結構的影響 [J].中國表面工程，2003，3：36-40.

[3] 杜今忠，董世運，徐維普.高能高速熱噴涂工藝的發展及應用[J].焊接技術，2004， 33（2）：26-28.

[4] 周靜，韋云隆，張隆平等.等離子噴涂耐磨層及熱障涂層的新進展[J].表面技術，2001，30（2）：23-25.

[5] 賈光耀，王耀明，張聯盟.等離子噴涂金屬基熱障涂層的研究[J].陶瓷科學與技術，2002，1：4-6.

[6] 彭坤，王飚，諸小麗.等離子噴涂陶瓷復材的性能和應用及其展望[J].昆明理工大學學報，2001，2（26）：41-45.

[7] 徐雪霞，閻殿然.等離子噴涂梯度耐熱陶瓷涂層的研究展望[J].河北工業科技，2002，1（19）：1-3.

[8] 吳子健，張虎寅，呂艷紅.熱噴涂納米涂層制備方法及材料的研究現狀和展望[J].材料保護，2005，10（38）：44-47.

基金項目： 湖北省教育廳科學技術研究計劃指導性項目（B20102006）。

作者簡介：覃群（1981- ），女，講師，研究方向：金屬材料。

摘 要：本文通過在Cr12MoV鋼表面上進行NiCrCoAl合金的等離子噴涂，研究工藝參數對合金涂層的性能影響，以期獲得優化的噴涂工藝參數，從而提高涂層的結合性。

關鍵詞：等離子噴涂； Cr12MoV；金涂層

等離子噴涂等離子噴涂是一種材料表面強化和表面改性的技術，可以使基體表面具有耐磨、耐蝕、耐高溫氧化、電絕緣、隔熱、防輻射、減磨和密封等性能。 等離子涂技術是采用由直流電驅動的等離子電弧作為熱源，將陶瓷、合金、金屬等材料加熱到熔融或半熔融狀態，并以高速噴向經過預處理的工件表面而形成附著牢固的表面層的方法。本文通過在Cr12MoV鋼表面上噴涂一層NiCrCoAl涂層，研究工藝參數對等離子噴涂NiCrCoAl合金涂層的組織結構和性能的影響。

1 實驗過程

試驗采用的基體材料為Cr12MoV鋼，選用等離子噴涂的打底層材料為NiCrCoAl+氧化釔復合粉末，其粒度范圍為140μm～350μm。用鋸條將噴涂后的試樣切開。取切割后的試樣依次在粒度為280#，320#，400#的砂紙上粗磨，然后在600#，1000#的砂紙上細磨，磨至表面十分光滑、僅有均勻細微劃痕為準。然后用粒度為2.5μm的拋光劑在拋光機上拋磨好的試樣，至表面為光滑鏡面反射無劃痕為準。拋光完成后將試樣沖洗干凈并吹干。經腐蝕后在光學顯微鏡下觀察確認試樣符合要求后，用金相顯微鏡拍攝金相照片。利用金相照片進行金相分析。

2 實驗結果分析

圖1是NiCrCoAl粉末的SEM圖片。從圖中可以看出，顆粒團聚在一起形成規則條狀，粒度分布較均勻，范圍約為50～140um。

圖1 NiCrCoAll粉末的SEM照片

等離子噴涂涂層的厚度是衡量涂層質量的重要指標之一。涂層的厚度在很大程度上影響著產品的可靠性和使用價值。通過對涂層厚度的檢測，除了評定有公差指標或修復尺寸要求的工件是否合理外，還能直接或間接地評估涂層的耐蝕性、耐磨性等性能。因此它是在涂層質量檢驗和工藝研究中普遍采用的一個指標。圖a、b、c、d其余噴涂參數一樣，電流分別為300A、350A、370A、400A，可以看出他們的涂層厚度呈遞增趨勢，說明電流的增大使涂層厚度增加，噴涂粉末熔化率升高，涂層沉積性趨于好轉。

（a） （b）

（c） （d）

硬度是材料抵抗堅硬物體的壓入所表現的變形和破裂的抗力。抗力越大，硬度越高，所以硬度是材料的一種重要的機械性能，在等離子噴涂涂層硬度檢驗中，常用顯微硬度法來檢測等離子噴涂材料的硬度。實驗操作時需仔細小心，施加載荷要盡量平穩、均勻，不得有沖擊和震動。測試時，所得壓痕應為輪廓清晰的棱形，壓痕的測量務求準確，以保證檢驗結果的精度。

本實驗硬度測量方法采用顯微硬度法（維氏硬度）。顯微硬度法是采用顯微硬度計上特制的金剛石壓頭，在一定靜負荷的作用下，壓入試樣涂層表面，得到相應的正方角錐體壓痕。然后用硬度計上測微目鏡將壓痕放大一定的倍率，再測量其壓痕對角線長度。測量10次取平均值。

由表1可以看出，a、b、c、d試樣的顯微硬度，這四個試樣均是以氬氣作為主氣進行噴涂，電流分別為300A、350A、370A、400A，其余參數相同。由實驗結果可以看出，隨著電流密度增大，樣品的硬度有增大的趨勢，結合孔隙率分析，c試樣的涂層最為致密，孔隙率最低。顯微硬度與孔隙率有很大相關性，孔隙率越大，涂層組織越松散，顯微硬度越小。

表1 顯微硬度均值

試樣 a b c d

平均值/HV 215.65 224.52 246.82 238.15

3 結論

本文通過設計不同參數進行等離子噴涂，對等離子噴涂NiCrCoAl的工藝參數進行了優化；研究了NiCrCoAl涂層的涂層組織和性能，得出以下結論：

3.1 對于不同的噴涂電流，電流越大，等離子焰流的熱焓越高，粉末融化越充分，粉末沉積效率更高。但是電流過高會導致粉末燒損，且對基體熱影響大，影響涂層的結合力。

3.2 通過本次試驗研究，等離子噴涂NiCrCoAl粉末的最佳參數為電流400A，電壓36V，氬氣流量3000L/h，氫氣流量20L/h，噴距為100mm，送粉度率為6，噴槍移動速度為5mm/s。

參考文獻

[1] 張東輝，郝勇超.國內外等離子噴涂設備現狀及發展趨勢[J].航空制造技術，2003，7：23-24.

[2] 韓蜂，王豫躍，楊冠軍等.電弧功率對液料等離子噴涂TiO2納米涂層結構的影響 [J].中國表面工程，2003，3：36-40.

[3] 杜今忠，董世運，徐維普.高能高速熱噴涂工藝的發展及應用[J].焊接技術，2004， 33（2）：26-28.

[4] 周靜，韋云隆，張隆平等.等離子噴涂耐磨層及熱障涂層的新進展[J].表面技術，2001，30（2）：23-25.

[5] 賈光耀，王耀明，張聯盟.等離子噴涂金屬基熱障涂層的研究[J].陶瓷科學與技術，2002，1：4-6.

[6] 彭坤，王飚，諸小麗.等離子噴涂陶瓷復材的性能和應用及其展望[J].昆明理工大學學報，2001，2（26）：41-45.

[7] 徐雪霞，閻殿然.等離子噴涂梯度耐熱陶瓷涂層的研究展望[J].河北工業科技，2002，1（19）：1-3.

[8] 吳子健，張虎寅，呂艷紅.熱噴涂納米涂層制備方法及材料的研究現狀和展望[J].材料保護，2005，10（38）：44-47.

基金項目： 湖北省教育廳科學技術研究計劃指導性項目（B20102006）。

作者簡介：覃群（1981- ），女，講師，研究方向：金屬材料。

摘 要：本文通過在Cr12MoV鋼表面上進行NiCrCoAl合金的等離子噴涂，研究工藝參數對合金涂層的性能影響，以期獲得優化的噴涂工藝參數，從而提高涂層的結合性。

關鍵詞：等離子噴涂； Cr12MoV；金涂層

等離子噴涂等離子噴涂是一種材料表面強化和表面改性的技術，可以使基體表面具有耐磨、耐蝕、耐高溫氧化、電絕緣、隔熱、防輻射、減磨和密封等性能。 等離子涂技術是采用由直流電驅動的等離子電弧作為熱源，將陶瓷、合金、金屬等材料加熱到熔融或半熔融狀態，并以高速噴向經過預處理的工件表面而形成附著牢固的表面層的方法。本文通過在Cr12MoV鋼表面上噴涂一層NiCrCoAl涂層，研究工藝參數對等離子噴涂NiCrCoAl合金涂層的組織結構和性能的影響。

1 實驗過程

試驗采用的基體材料為Cr12MoV鋼，選用等離子噴涂的打底層材料為NiCrCoAl+氧化釔復合粉末，其粒度范圍為140μm～350μm。用鋸條將噴涂后的試樣切開。取切割后的試樣依次在粒度為280#，320#，400#的砂紙上粗磨，然后在600#，1000#的砂紙上細磨，磨至表面十分光滑、僅有均勻細微劃痕為準。然后用粒度為2.5μm的拋光劑在拋光機上拋磨好的試樣，至表面為光滑鏡面反射無劃痕為準。拋光完成后將試樣沖洗干凈并吹干。經腐蝕后在光學顯微鏡下觀察確認試樣符合要求后，用金相顯微鏡拍攝金相照片。利用金相照片進行金相分析。

2 實驗結果分析

圖1是NiCrCoAl粉末的SEM圖片。從圖中可以看出，顆粒團聚在一起形成規則條狀，粒度分布較均勻，范圍約為50～140um。

圖1 NiCrCoAll粉末的SEM照片

等離子噴涂涂層的厚度是衡量涂層質量的重要指標之一。涂層的厚度在很大程度上影響著產品的可靠性和使用價值。通過對涂層厚度的檢測，除了評定有公差指標或修復尺寸要求的工件是否合理外，還能直接或間接地評估涂層的耐蝕性、耐磨性等性能。因此它是在涂層質量檢驗和工藝研究中普遍采用的一個指標。圖a、b、c、d其余噴涂參數一樣，電流分別為300A、350A、370A、400A，可以看出他們的涂層厚度呈遞增趨勢，說明電流的增大使涂層厚度增加，噴涂粉末熔化率升高，涂層沉積性趨于好轉。

（a） （b）

（c） （d）

硬度是材料抵抗堅硬物體的壓入所表現的變形和破裂的抗力。抗力越大，硬度越高，所以硬度是材料的一種重要的機械性能，在等離子噴涂涂層硬度檢驗中，常用顯微硬度法來檢測等離子噴涂材料的硬度。實驗操作時需仔細小心，施加載荷要盡量平穩、均勻，不得有沖擊和震動。測試時，所得壓痕應為輪廓清晰的棱形，壓痕的測量務求準確，以保證檢驗結果的精度。

本實驗硬度測量方法采用顯微硬度法（維氏硬度）。顯微硬度法是采用顯微硬度計上特制的金剛石壓頭，在一定靜負荷的作用下，壓入試樣涂層表面，得到相應的正方角錐體壓痕。然后用硬度計上測微目鏡將壓痕放大一定的倍率，再測量其壓痕對角線長度。測量10次取平均值。

由表1可以看出，a、b、c、d試樣的顯微硬度，這四個試樣均是以氬氣作為主氣進行噴涂，電流分別為300A、350A、370A、400A，其余參數相同。由實驗結果可以看出，隨著電流密度增大，樣品的硬度有增大的趨勢，結合孔隙率分析，c試樣的涂層最為致密，孔隙率最低。顯微硬度與孔隙率有很大相關性，孔隙率越大，涂層組織越松散，顯微硬度越小。

表1 顯微硬度均值

試樣 a b c d

平均值/HV 215.65 224.52 246.82 238.15

3 結論

本文通過設計不同參數進行等離子噴涂，對等離子噴涂NiCrCoAl的工藝參數進行了優化；研究了NiCrCoAl涂層的涂層組織和性能，得出以下結論：

3.1 對于不同的噴涂電流，電流越大，等離子焰流的熱焓越高，粉末融化越充分，粉末沉積效率更高。但是電流過高會導致粉末燒損，且對基體熱影響大，影響涂層的結合力。

3.2 通過本次試驗研究，等離子噴涂NiCrCoAl粉末的最佳參數為電流400A，電壓36V，氬氣流量3000L/h，氫氣流量20L/h，噴距為100mm，送粉度率為6，噴槍移動速度為5mm/s。

參考文獻

[1] 張東輝，郝勇超.國內外等離子噴涂設備現狀及發展趨勢[J].航空制造技術，2003，7：23-24.

[2] 韓蜂，王豫躍，楊冠軍等.電弧功率對液料等離子噴涂TiO2納米涂層結構的影響 [J].中國表面工程，2003，3：36-40.

[3] 杜今忠，董世運，徐維普.高能高速熱噴涂工藝的發展及應用[J].焊接技術，2004， 33（2）：26-28.

[4] 周靜，韋云隆，張隆平等.等離子噴涂耐磨層及熱障涂層的新進展[J].表面技術，2001，30（2）：23-25.

[5] 賈光耀，王耀明，張聯盟.等離子噴涂金屬基熱障涂層的研究[J].陶瓷科學與技術，2002，1：4-6.

[6] 彭坤，王飚，諸小麗.等離子噴涂陶瓷復材的性能和應用及其展望[J].昆明理工大學學報，2001，2（26）：41-45.

[7] 徐雪霞，閻殿然.等離子噴涂梯度耐熱陶瓷涂層的研究展望[J].河北工業科技，2002，1（19）：1-3.

[8] 吳子健，張虎寅，呂艷紅.熱噴涂納米涂層制備方法及材料的研究現狀和展望[J].材料保護，2005，10（38）：44-47.

基金項目： 湖北省教育廳科學技術研究計劃指導性項目（B20102006）。

作者簡介：覃群（1981- ），女，講師，研究方向：金屬材料。