Al2O3-TiO2和WC-Co涂层的耐磨粒磨损性能研究试样制备及试验方法
2013-4-21 8:33:58 点击：
Al2O3-TiO2和WC-Co涂层的耐磨粒磨损性能研究试样制备及试验方法
1.1 涂层试样制备
试验采用阀芯球体材料 40Cr13 马氏体不锈钢作为喷涂基体材料，尺寸为 Φ60mm×15mm；其化学成分（以质量分数计，下同）为：0.38% C、0.62% Si、0.80% Mn、0.050% P、0.030% S、12.87% Cr。经检测，阀芯球体已经过淬火及低温回火处理，其组织为回火马氏体，硬度 512~545HV0.2。
等离子喷涂喂料分别为纳米 Al2O3-13% TiO2 与 WC-12% Co 粉末，其粉末粒度为 50~500nm。采用美国 Sulzer2MetCo 大气等离子喷涂系统及 F42MB 型喷枪制备涂层，2 种涂层的厚度均约为 50µm。
1.2 涂层性能测试
采用维氏显微硬度汁测量涂层试样表面的维氏硬度，试样经打磨，抛光。根据 ISO-4516-2002 《金属涂层维氏与努氏硬度测量方法》规定，加载时间 5s，饱载时间 10s，何个试样连续测定 5 个点，取算术平均值，两压痕中心距离或任一压痕中心距试样边缘的距离不小于 3mm。采用日本 JEOL 公司 JSM-5900 型扫描电子显微镜（SEM）观察涂层横截面形貌。
摩擦磨损试验采用 MM-Wl 型万能摩擦磨损试验机进行，根据 ASTM-G99-2004 《销盘式摩擦磨损试验标准》规定，上试样为采用电刷镀处刷镀高速镍钨镀层的阀座材料 CY5SnBiM 镍基合金（ASME 标准材料）销（Φ5mm×12.7mm)，下试样为喷涂有 Al2O3-TiO2 与 WC-Co 金属陶瓷涂层的 40Crl3 钢盘（Φ60mm×15mm)，在试验前试样均经过精磨，使其表面粗糙度 Ra 为 0.2~0.3µm。试验在大气条件和干摩擦条件下进行，试验温度为室温，载荷 20N，滑动速度 4.6m/s，滑动总行程为 1920m。在试验前后，将试样放人盛有丙酮溶液的烧杯中，在超声波清洗仪中清洗 3~5min，干燥后用精度为 0.1mg 的赛多利斯 BS224S 电子天平称觉销试样磨损前后的质量损失；用精度为 2µm 的 AF-LI 型接触与非接触式表面轮廓测量仪测量盘试样磨损表面凹坑宽度和深度，通过计算得到销和盘的磨损体积损失。选用稳定阶段的平均摩擦系数作为试验结果，所有磨损量取 3 次试验结果的算术平均值。
根据 ASTM-C633一2001 《热喷涂涂层结合强度试验标准》规定，用 WE-50 型液压拉伸验机测定涂层与基体的结合强度。涂层热震试验是将试样放入 800℃ 温度条件下的箱式电热炉中，保温 20min，然后取出，放入室温冷水中迅速冷却至室温，如此反复循环，进行 100 次循环试验或直到涂层出现脱落现象。观察每 1 个热循环后涂层的变化情况，记录第 1 次出现裂纹和第 1 次出现脱落现象所经历的热循环次数。
1.1 涂层试样制备
试验采用阀芯球体材料 40Cr13 马氏体不锈钢作为喷涂基体材料，尺寸为 Φ60mm×15mm；其化学成分（以质量分数计，下同）为：0.38% C、0.62% Si、0.80% Mn、0.050% P、0.030% S、12.87% Cr。经检测，阀芯球体已经过淬火及低温回火处理，其组织为回火马氏体，硬度 512~545HV0.2。
等离子喷涂喂料分别为纳米 Al2O3-13% TiO2 与 WC-12% Co 粉末，其粉末粒度为 50~500nm。采用美国 Sulzer2MetCo 大气等离子喷涂系统及 F42MB 型喷枪制备涂层，2 种涂层的厚度均约为 50µm。
1.2 涂层性能测试
采用维氏显微硬度汁测量涂层试样表面的维氏硬度，试样经打磨，抛光。根据 ISO-4516-2002 《金属涂层维氏与努氏硬度测量方法》规定，加载时间 5s，饱载时间 10s，何个试样连续测定 5 个点，取算术平均值，两压痕中心距离或任一压痕中心距试样边缘的距离不小于 3mm。采用日本 JEOL 公司 JSM-5900 型扫描电子显微镜（SEM）观察涂层横截面形貌。
摩擦磨损试验采用 MM-Wl 型万能摩擦磨损试验机进行，根据 ASTM-G99-2004 《销盘式摩擦磨损试验标准》规定，上试样为采用电刷镀处刷镀高速镍钨镀层的阀座材料 CY5SnBiM 镍基合金（ASME 标准材料）销（Φ5mm×12.7mm)，下试样为喷涂有 Al2O3-TiO2 与 WC-Co 金属陶瓷涂层的 40Crl3 钢盘（Φ60mm×15mm)，在试验前试样均经过精磨，使其表面粗糙度 Ra 为 0.2~0.3µm。试验在大气条件和干摩擦条件下进行，试验温度为室温，载荷 20N，滑动速度 4.6m/s，滑动总行程为 1920m。在试验前后，将试样放人盛有丙酮溶液的烧杯中，在超声波清洗仪中清洗 3~5min，干燥后用精度为 0.1mg 的赛多利斯 BS224S 电子天平称觉销试样磨损前后的质量损失；用精度为 2µm 的 AF-LI 型接触与非接触式表面轮廓测量仪测量盘试样磨损表面凹坑宽度和深度，通过计算得到销和盘的磨损体积损失。选用稳定阶段的平均摩擦系数作为试验结果，所有磨损量取 3 次试验结果的算术平均值。
根据 ASTM-C633一2001 《热喷涂涂层结合强度试验标准》规定，用 WE-50 型液压拉伸验机测定涂层与基体的结合强度。涂层热震试验是将试样放入 800℃ 温度条件下的箱式电热炉中，保温 20min，然后取出，放入室温冷水中迅速冷却至室温，如此反复循环，进行 100 次循环试验或直到涂层出现脱落现象。观察每 1 个热循环后涂层的变化情况，记录第 1 次出现裂纹和第 1 次出现脱落现象所经历的热循环次数。