添加剂铜在等离子喷涂WC-12Co涂层中的作用研究(图文)

4Cu+O2→2Cu2O(3)

2Cu2O+O2→4CuO(4)

在WC-Co粉末中添加了Cu180，Cu180在喷涂过程中与等离子焰流中的氧反应，致使与WC熔滴外壳上的碳反应的氧较少，相对于单独喷涂WC-Co粉末弥散于熔滴外壳的碳含量增多，而化学反应均是可逆的，导致WC脱碳反应中W2C向W的反应受阻，减少涂层中W的含量；同时由于W2C分解的受阻，熔滴外壳W2C的含量增多，又进一步抑制了WC的分解。

3.3 添加剂铜的作用机理讨论

涂层形成是一个颇为复杂的、带相变的流动与传热过程[7]。由于表面张力的作用，高速喷射加热到熔融状态的颗粒在到达工件前通常可认为是球形，撞击到基体或已固化的涂层表面时，熔滴因动能的冲击压力而变形、润湿、铺展，液态颗粒迅速变形并摊开成薄圆片，称之为“摊片”，最后凝固冷却形成碟形或薄饼形的变形颗粒[8]。喷涂熔滴对基体的碰撞、变形与堆积，在颗粒与颗粒之间，颗粒与基体粗糙表面之间，颗粒片层与片层结构之间，都可能未被熔体填充满而产生孔隙，孔隙与片层状结构则直接导致陶瓷涂层力学性能的弱化。

图1中，a、b为WC颗粒撞击到基体表面的扁平化形貌，c、d为Cu颗粒撞击到基体表面的扁平化形貌。图6a中WC颗粒处于半熔化状态，只有表面几处尖角处熔融呈现出球形面，而且颗粒间有孔洞，这是在造粒过程中由于脱胶而形成的疏松结构，而1b中的颗粒熔化完全，撞击到基体表面后摊开形成薄圆片。图1c、1d中Cu颗粒均熔化完全，在表面摊开成薄圆片状，其中1c中可以发现摊片部分表面上有层深色物质，这是铜的氧化物（氧化铜及氧化亚铜），这就解释了在含有铜的涂层的金相组织中存在的一些深色但有带有黄色的物质就是铜以及其氧化物的混合物；图1d中的摊片还呈现出流散状，这是因为铜的熔点低，液态铜的流动性好，在等离子焰流中熔化充分，而且获得的动能也大，颗粒扁平化充分。

图2为WC-12Co和20%Cu-WC-12Co涂层的断口SEM形貌。论文参考网。涂层在外力作用下自然断裂，图中分布有许多小坑，这说明涂层在外力的作用下其最脆弱的连接处是颗粒与颗粒之间。图2a中WC-12Co涂层组织疏松，存在较大尺寸的孔隙；图2b中20%Cu-WC-12Co涂层组织致密，孔隙减少，而且孔隙尺寸也减小，并且分布相对均匀。铜相对于碳化钨来说表面活性大，熔滴的表面张力小，液态粘度低，熔化粒子的流动性好，因此与基体以及已凝固的颗粒润湿效果好，又由于其熔点低，在喷涂过程中熔化充分，熔融状态好，其熔滴在碰到基材或先沉积的涂层时，变形剧烈，铺展性好，涂层熔滴间接触点更多，可以填充到之前沉积的孔隙处。同时由于基体是金属材料而碳化钨是陶瓷材料，添加金属铜也使碳化钨涂层与基体的热膨胀系数相差减小，有利于降低涂层的内应力。

4 结论

⑴添加铜后，WC-12Co涂层随着铜含量的增多组织更加致密，但显微硬度随之降低。

⑵添加铜后，涂层主要成分是WC及其脱碳产物W2C以及铜的氧化物Cu2O、CuO。由于铜的氧化反应导致与WC脱碳产生的碳反应的氧减少，致使碳含量增多，对WC的脱碳起到了一定的抑制作用，涂层中单质W消失。

⑶铜由于其熔点低，表面活性好，粒子尺寸小，表面张力小，液态粘度低，润湿效果好，具有很好的流动性，填充到涂层形成过程中颗粒间的孔隙中，起到降低涂层孔隙率的作用。

图1 WC(a)(b)和Cu(c)(d)颗粒的扁平化形态

图2 WC-12Co(a)和20%Cu-WC-12Co(b)涂层的断口SEM形貌

参考文献
[1] 李博宇.等离子喷涂纳米结构WC-Co涂层的制备与性能:硕士学位论文.大连:大连理工大学,2006年.
[2] 卢燕平.金属表面防腐蚀处理.北京:冶金工业出版社,1993.
[3] 陈华辉.等离子喷涂WC-Co涂层的磨料磨损.金属热处理,1997,22(11):5-7.
[4] 傅迎庆,周锋,高阳等.等离子喷涂WC-Co涂层的微观组织及硬度.稀有金属材料与工程,2007年8月:731-734.
[5] 邓世均.高性能陶瓷涂层.北京:化学工业出版社,2004.
[6] 刘成雁,李在元,翟玉春.纳米铜粉氧化反应动力学研究.分子科学学报,2007年2月第23卷第1期:22-27.
[7] 吴新灿,陈熙.等离子体喷涂中涂层形成的模拟.清华大学学报（自然科学版）,2003年第43卷第11期:1503-1506.
[8] 李博宇,董星龙,杨明川等.等离子喷涂法纳米结构WC-12Co涂层的微结构与形成机理的研究.材料工程,2006年6期:40-45.
 

 2/2   首页 上一页 1 2