第二章 超音速火焰喷涂WC-Co涂层的磨粒磨损试验内容和方法
2.1 试验材料和仪器 2.1.1 试验材料
基体材料：A3钢，尺寸为25mm×40mm×2.5mm。
粗化材料：24目棕刚玉，喷砂距离约100mm，喷砂角度为900。 喷涂粉末：湖南益阳WC-12Co粉末
喷涂用气体：O2（助燃气），C3H8（燃气），N2（送粉气）。 磨损磨料： 20~60目棕刚玉 其它材料：水，水平尺，烧杯等
2.1.2 试验仪器
粗化设备：YQ-600喷砂机。
喷涂设备：西安交通大学研制生产的CH-2000型超音速火焰喷涂设备。 送粉设备：HPF-500型数控高精度高压送粉器。 烘粉设备：RHY-200-3电热烘箱。 空气净化设备：LZ型单机除尘机组。
磨粒磨损设备：MLS-225湿式橡胶轮磨粒磨损实验机 涂层形貌观察设备：扫描电镜。 其它：BS224S电子天平，螺旋测微计。
2.2试验内容和方法 2.2.1涂层的制备
1. 涂层制备的工艺流程：
本试验采西安交通大学研制生产的超音速火焰喷涂设备，该设备使用安全的丙烷燃料、高压喷涂、送粉，设备热效率高。氧气和丙烷被送进喷枪后部的燃烧室，并用火花塞点燃，基材表面进行喷砂粗化，烘粉，然后把基材固定、预热，随后进行喷涂。
- 17 - 17
超音速火焰喷涂主要是依靠大幅度提高喷涂颗粒的速度来获得高质量的涂层即：高的燃烧室压力→高的燃流速度→高的颗粒飞行速度→高的涂层质量.在HVOF喷涂中可控工艺参数有：喷涂距离，氧气流量及压力，燃料流量及压力，送粉气体流量及压力。影响涂层性能的主要因素除原始粉末的制造工艺、粉末的化学成分、粉末粒度大小等外,还包括燃气流量、氧气流量和喷涂距离等工艺参数。
本试验中氮气为送粉气，氧气压力设定为0.5MPa，丙烷压力0.4MPa，送粉气压力为0.5MPa，其它工艺参数如表2.1所示。本实验研究HVOF喷涂WC-12Co涂层在一种固定的燃气流量及固定的氧气流量和喷涂距离等工艺参数的情况下喷涂五块试样，之后再通过组织分析和对比实验研究涂层的磨粒磨损性能。
涂层制备工艺参数
燃气流量
组号
（L/min）
氧气流量（m/h）
3
送粉气流（L/min）
喷涂距离(mm)
涂层厚度 (μm)
1 2 3
800 1000 1200
10.5 10.5 10.5
800 800 800
180 180 180
150~200 150~200 150~200
超音速火焰喷涂系统气流控制系统 超音速火焰喷涂送粉器
- 18 - 18
2. 涂层制备试验步骤：
（1）将厚度约为2.5mm的A3钢板材在剪板机上切割成尺寸规格为40mm×25mm×2.5mm的块状试样共27块，然后分别用180目的砂纸打磨，去除试样周边的毛刺；
（2）在试样背面用模具压上钢号以示区别，然后再对样品进行喷砂粗化处理，每块试样粗化时间约为30s；
（3）将烘箱内温度调整为300℃，将WC-12CO粉末（约30g）装入金属杯中，然后将其放入烘箱，粉末烘干时间约15min;
（4）待粉末烘干后取出，用托盘天平称取30g WC-12CO粉末，然后将其装入送粉器。
（5）将带有标记的27块A3钢试样分成3组，每组9块试样，分别装夹在载物台上。
（6）打开氧气、燃气及送粉气阀门，使各自气压达到相应值，开启冷却水系统。
（7）调整喷枪高度，使其对准试样中心位置，并设置好喷枪行程，以便在试样表面形成具有一定厚度的涂层.
（8）当一组（9块）试样按设定的喷涂参数喷涂完毕后，卸下试样。改变喷涂工艺参数，对下一组试样进行喷涂。
2.2.2磨粒磨损试验过程及方法
（1）试验方案
- 19 - 19
所用的MLS-225湿式橡胶轮磨粒磨损实验机原理示意图如图2-2。
橡胶轮 钢轮 砂子 试样 砝码
图2-2 MLS-225湿式橡胶轮磨粒磨损实验机原理
本试验采用粒度大小在20~60目之间的棕刚玉，在5N，10N，15N不同载荷下，用涂层失重量随磨程变化表征，涂层湿式橡胶轮磨粒磨损方法，试样固定不动，磨料被带入试样和橡胶轮之间，通过对橡胶轮旋转实现相对运动。往磨损实验机中加入砂子1.5Kg和1000毫升水，形成水沙混合溶液，设定实验机转速为200r/min，载荷为分别为5N，10N，15N，每个试样磨损时间为1min，转200r后测磨损量一次，记录数据。
湿式橡胶轮磨粒磨损试验机
（2）试验步骤
- 20 - 20
1）将喷涂后的试样，用180目砂纸打磨，减少各试样因表面粗糙度差异而引起的误差，然后用超声波清洗器洗净后烘干，再利用电子天平进行称重，记录试样初始重量；
2）将试样安装在MLS-225型湿式橡胶轮磨粒磨损试验机的样品夹具上，调整夹具上方的手轮，使加载横杆保持水平（此过程需借助水平尺），然后调节平衡砝码，使样品受压力值为5N（此过程需借助弹簧秤），再按规程往试验机水槽中加入1Kg水和1.5Kg粒度为20~60目的棕刚玉，进行磨损实验；
3）在喷涂工艺参数不同的试样中，在载荷为5N的磨损工况下进行磨损实验，每转200r转后卸下样品，经超声波清洗器烘干后称量质量一次，记录数据；
4）改变载荷，重复上述实验步骤；
5）实验完毕，对同一工艺参数，同一载荷下的三个试样的磨损失重量取平均值，得出在200r磨程下的平均磨损失重量。同时，将每次的磨损失重量进行累加获得200r、400r、600r、800r、1000r等磨程下的磨损失重量。
- 21 - 21