Al2O3-TiO2和WC-Co涂層的耐磨粒磨損性能研究試樣制備及試驗方法
2013-4-21 8:33:58 點擊：
Al2O3-TiO2和WC-Co涂層的耐磨粒磨損性能研究試樣制備及試驗方法
1.1 涂層試樣制備
試驗采用閥芯球體材料 40Cr13 馬氏體不銹鋼作為噴涂基體材料，尺寸為 Φ60mm×15mm；其化學成分（以質量分數計，下同）為：0.38% C、0.62% Si、0.80% Mn、0.050% P、0.030% S、12.87% Cr。經檢測，閥芯球體已經過淬火及低溫回火處理，其組織為回火馬氏體，硬度 512~545HV0.2。
等離子噴涂喂料分別為納米 Al2O3-13% TiO2 與 WC-12% Co 粉末，其粉末粒度為 50~500nm。采用美國 Sulzer2MetCo 大氣等離子噴涂系統及 F42MB 型噴槍制備涂層，2 種涂層的厚度均約為 50µm。
1.2 涂層性能測試
采用維氏顯微硬度汁測量涂層試樣表面的維氏硬度，試樣經打磨，拋光。根據 ISO-4516-2002 《金屬涂層維氏與努氏硬度測量方法》規定，加載時間 5s，飽載時間 10s，何個試樣連續測定 5 個點，取算術平均值，兩壓痕中心距離或任一壓痕中心距試樣邊緣的距離不小于 3mm。采用日本 JEOL 公司 JSM-5900 型掃描電子顯微鏡（SEM）觀察涂層橫截面形貌。
摩擦磨損試驗采用 MM-Wl 型萬能摩擦磨損試驗機進行，根據 ASTM-G99-2004 《銷盤式摩擦磨損試驗標準》規定，上試樣為采用電刷鍍處刷鍍高速鎳鎢鍍層的閥座材料 CY5SnBiM 鎳基合金（ASME 標準材料）銷（Φ5mm×12.7mm)，下試樣為噴涂有 Al2O3-TiO2 與 WC-Co 金屬陶瓷涂層的 40Crl3 鋼盤（Φ60mm×15mm)，在試驗前試樣均經過精磨，使其表面粗糙度 Ra 為 0.2~0.3µm。試驗在大氣條件和干摩擦條件下進行，試驗溫度為室溫，載荷 20N，滑動速度 4.6m/s，滑動總行程為 1920m。在試驗前后，將試樣放人盛有丙酮溶液的燒杯中，在超聲波清洗儀中清洗 3~5min，干燥后用精度為 0.1mg 的賽多利斯 BS224S 電子天平稱覺銷試樣磨損前后的質量損失；用精度為 2µm 的 AF-LI 型接觸與非接觸式表面輪廓測量儀測量盤試樣磨損表面凹坑寬度和深度，通過計算得到銷和盤的磨損體積損失。選用穩定階段的平均摩擦系數作為試驗結果，所有磨損量取 3 次試驗結果的算術平均值。
根據 ASTM-C633一2001 《熱噴涂涂層結合強度試驗標準》規定，用 WE-50 型液壓拉伸驗機測定涂層與基體的結合強度。涂層熱震試驗是將試樣放入 800℃ 溫度條件下的箱式電熱爐中，保溫 20min，然后取出，放入室溫冷水中迅速冷卻至室溫，如此反復循環，進行 100 次循環試驗或直到涂層出現脫落現象。觀察每 1 個熱循環后涂層的變化情況，記錄第 1 次出現裂紋和第 1 次出現脫落現象所經歷的熱循環次數。
1.1 涂層試樣制備
試驗采用閥芯球體材料 40Cr13 馬氏體不銹鋼作為噴涂基體材料，尺寸為 Φ60mm×15mm；其化學成分（以質量分數計，下同）為：0.38% C、0.62% Si、0.80% Mn、0.050% P、0.030% S、12.87% Cr。經檢測，閥芯球體已經過淬火及低溫回火處理，其組織為回火馬氏體，硬度 512~545HV0.2。
等離子噴涂喂料分別為納米 Al2O3-13% TiO2 與 WC-12% Co 粉末，其粉末粒度為 50~500nm。采用美國 Sulzer2MetCo 大氣等離子噴涂系統及 F42MB 型噴槍制備涂層，2 種涂層的厚度均約為 50µm。
1.2 涂層性能測試
采用維氏顯微硬度汁測量涂層試樣表面的維氏硬度，試樣經打磨，拋光。根據 ISO-4516-2002 《金屬涂層維氏與努氏硬度測量方法》規定，加載時間 5s，飽載時間 10s，何個試樣連續測定 5 個點，取算術平均值，兩壓痕中心距離或任一壓痕中心距試樣邊緣的距離不小于 3mm。采用日本 JEOL 公司 JSM-5900 型掃描電子顯微鏡（SEM）觀察涂層橫截面形貌。
摩擦磨損試驗采用 MM-Wl 型萬能摩擦磨損試驗機進行，根據 ASTM-G99-2004 《銷盤式摩擦磨損試驗標準》規定，上試樣為采用電刷鍍處刷鍍高速鎳鎢鍍層的閥座材料 CY5SnBiM 鎳基合金（ASME 標準材料）銷（Φ5mm×12.7mm)，下試樣為噴涂有 Al2O3-TiO2 與 WC-Co 金屬陶瓷涂層的 40Crl3 鋼盤（Φ60mm×15mm)，在試驗前試樣均經過精磨，使其表面粗糙度 Ra 為 0.2~0.3µm。試驗在大氣條件和干摩擦條件下進行，試驗溫度為室溫，載荷 20N，滑動速度 4.6m/s，滑動總行程為 1920m。在試驗前后，將試樣放人盛有丙酮溶液的燒杯中，在超聲波清洗儀中清洗 3~5min，干燥后用精度為 0.1mg 的賽多利斯 BS224S 電子天平稱覺銷試樣磨損前后的質量損失；用精度為 2µm 的 AF-LI 型接觸與非接觸式表面輪廓測量儀測量盤試樣磨損表面凹坑寬度和深度，通過計算得到銷和盤的磨損體積損失。選用穩定階段的平均摩擦系數作為試驗結果，所有磨損量取 3 次試驗結果的算術平均值。
根據 ASTM-C633一2001 《熱噴涂涂層結合強度試驗標準》規定，用 WE-50 型液壓拉伸驗機測定涂層與基體的結合強度。涂層熱震試驗是將試樣放入 800℃ 溫度條件下的箱式電熱爐中，保溫 20min，然后取出，放入室溫冷水中迅速冷卻至室溫，如此反復循環，進行 100 次循環試驗或直到涂層出現脫落現象。觀察每 1 個熱循環后涂層的變化情況，記錄第 1 次出現裂紋和第 1 次出現脫落現象所經歷的熱循環次數。