论文部分内容阅读
采用超音速火焰喷涂技术(HVOF)分别在Ti-6Al-4V合金和45钢表面制备WC-17Co涂层，从显微形貌、氧化行为、裂纹扩展形式以及力学性能等方面系统研究了WC-17Co涂层与基体界面失效的原因。利用SEM分析了涂层和基体的显微形貌；利用XRD和XPS技术对基体表面的氧化行为进行了对比分析；利用三点弯曲法测试了涂层弹性模量、四点弯曲法测试了界面断裂能量释放率，采用硬度计测试了基体的表面洛氏硬度和显微硬度，同时采用剥离法对涂层残余应力进行了测试。结果表明，在相同的喷涂工艺下，WC-17Co/Ti-6Al-4V平均断裂能量释放率为234.43J.m-2，WC-17Co/45钢平均断裂能量释放率为463.18J.m-2。因此，WC-17Co/Ti-6Al-4V界面结合强度较低，经研究主要受以下几方面原因综合影响：1）Ti-6Al-4V具有较高的表面屈服强度，高速喷涂粒子很难对其表面产生塑性变形，不能与基体形成有效咬合；2）喷涂过程中的热量对Ti-6Al-4V表面氧化严重，氧化后的脆硬相降低了涂层与基体间的结合强度；3）WC-17Co/Ti-6Al-4V具有更高的残余应力，且最大值位于界面附近。当界面受力时，残余应力容易形成剪应力，加剧裂纹沿界面方向的扩展。为了最大化提高WC-17Co/Ti-6Al-4V界面结合强度，本文在不改变喷涂工艺的情况下，从表面粗化处理和涂层厚度两方面探究了表面粗糙度与残余应力对WC-17Co/Ti-6Al-4V界面结合性能的影响。结果表明：1）大的表面粗糙度会提高界面结合性能，但达到一定值后界面结合强度反而降低，在喷砂工艺为60目/40Psi时，粗糙度为20.845μm，此时WC-17Co/Ti-6Al-4V的界面断裂能量释放率值最大，为259.0J.m-2；2）涂层厚度越大，界面处残余应力值越高，越容易引起裂纹沿界面的方向扩展，WC-17Co/Ti-6Al-4V的界面断裂能量释放率值越低。经研究，最佳喷涂厚度为0.21mm～0.3mm。