Cr12MoV钢表面等离子喷涂NiCrCoAl合金涂层的研究

覃群+王天国

摘 要：本文通过在Cr12MoV钢表面上进行NiCrCoAl合金的等离子喷涂，研究工艺参数对合金涂层的性能影响，以期获得优化的喷涂工艺参数，从而提高涂层的结合性。

关键词：等离子喷涂； Cr12MoV；金涂层

等离子喷涂等离子喷涂是一种材料表面强化和表面改性的技术，可以使基体表面具有耐磨、耐蚀、耐高温氧化、电绝缘、隔热、防辐射、减磨和密封等性能。 等离子涂技术是采用由直流电驱动的等离子电弧作为热源，将陶瓷、合金、金属等材料加热到熔融或半熔融状态，并以高速喷向经过预处理的工件表面而形成附着牢固的表面层的方法。本文通过在Cr12MoV钢表面上喷涂一层NiCrCoAl涂层，研究工艺参数对等离子喷涂NiCrCoAl合金涂层的组织结构和性能的影响。

1 实验过程

试验采用的基体材料为Cr12MoV钢，选用等离子喷涂的打底层材料为NiCrCoAl+氧化钇复合粉末，其粒度范围为140μm～350μm。用锯条将喷涂后的试样切开。取切割后的试样依次在粒度为280#，320#，400#的砂纸上粗磨，然后在600#，1000#的砂纸上细磨，磨至表面十分光滑、仅有均匀细微划痕为准。然后用粒度为2.5μm的抛光剂在抛光机上抛磨好的试样，至表面为光滑镜面反射无划痕为准。抛光完成后将试样冲洗干净并吹干。经腐蚀后在光学显微镜下观察确认试样符合要求后，用金相显微镜拍摄金相照片。利用金相照片进行金相分析。

2 实验结果分析

图1是NiCrCoAl粉末的SEM图片。从图中可以看出，颗粒团聚在一起形成规则条状，粒度分布较均匀，范围约为50～140um。

图1 NiCrCoAll粉末的SEM照片

等离子喷涂涂层的厚度是衡量涂层质量的重要指标之一。涂层的厚度在很大程度上影响着产品的可靠性和使用价值。通过对涂层厚度的检测，除了评定有公差指标或修复尺寸要求的工件是否合理外，还能直接或间接地评估涂层的耐蚀性、耐磨性等性能。因此它是在涂层质量检验和工艺研究中普遍采用的一个指标。图a、b、c、d其余喷涂参数一样，电流分别为300A、350A、370A、400A，可以看出他们的涂层厚度呈递增趋势，说明电流的增大使涂层厚度增加，喷涂粉末熔化率升高，涂层沉积性趋于好转。

（a） （b）

（c） （d）

硬度是材料抵抗坚硬物体的压入所表现的变形和破裂的抗力。抗力越大，硬度越高，所以硬度是材料的一种重要的机械性能，在等离子喷涂涂层硬度检验中，常用显微硬度法来检测等离子喷涂材料的硬度。实验操作时需仔细小心，施加载荷要尽量平稳、均匀，不得有冲击和震动。测试时，所得压痕应为轮廓清晰的棱形，压痕的测量务求准确，以保证检验结果的精度。

本实验硬度测量方法采用显微硬度法（维氏硬度）。显微硬度法是采用显微硬度计上特制的金刚石压头，在一定静负荷的作用下，压入试样涂层表面，得到相应的正方角锥体压痕。然后用硬度计上测微目镜将压痕放大一定的倍率，再测量其压痕对角线长度。测量10次取平均值。

由表1可以看出，a、b、c、d试样的显微硬度，这四个试样均是以氩气作为主气进行喷涂，电流分别为300A、350A、370A、400A，其余参数相同。由实验结果可以看出，随着电流密度增大，样品的硬度有增大的趋势，结合孔隙率分析，c试样的涂层最为致密，孔隙率最低。显微硬度与孔隙率有很大相关性，孔隙率越大，涂层组织越松散，显微硬度越小。

表1 显微硬度均值

试样 a b c d

平均值/HV 215.65 224.52 246.82 238.15

3 结论

本文通过设计不同参数进行等离子喷涂，对等离子喷涂NiCrCoAl的工艺参数进行了优化；研究了NiCrCoAl涂层的涂层组织和性能，得出以下结论：

3.1 对于不同的喷涂电流，电流越大，等离子焰流的热焓越高，粉末融化越充分，粉末沉积效率更高。但是电流过高会导致粉末烧损，且对基体热影响大，影响涂层的结合力。

3.2 通过本次试验研究，等离子喷涂NiCrCoAl粉末的最佳参数为电流400A，电压36V，氩气流量3000L/h，氢气流量20L/h，喷距为100mm，送粉度率为6，喷枪移动速度为5mm/s。

参考文献

[1] 张东辉，郝勇超.国内外等离子喷涂设备现状及发展趋势[J].航空制造技术，2003，7：23-24.

[2] 韩蜂，王豫跃，杨冠军等.电弧功率对液料等离子喷涂TiO2纳米涂层结构的影响 [J].中国表面工程，2003，3：36-40.

[3] 杜今忠，董世运，徐维普.高能高速热喷涂工艺的发展及应用[J].焊接技术，2004， 33（2）：26-28.

[4] 周静，韦云隆，张隆平等.等离子喷涂耐磨层及热障涂层的新进展[J].表面技术，2001，30（2）：23-25.

[5] 贾光耀，王耀明，张联盟.等离子喷涂金属基热障涂层的研究[J].陶瓷科学与技术，2002，1：4-6.

[6] 彭坤，王飚，诸小丽.等离子喷涂陶瓷复材的性能和应用及其展望[J].昆明理工大学学报，2001，2（26）：41-45.

[7] 徐雪霞，阎殿然.等离子喷涂梯度耐热陶瓷涂层的研究展望[J].河北工业科技，2002，1（19）：1-3.

[8] 吴子健，张虎寅，吕艳红.热喷涂纳米涂层制备方法及材料的研究现状和展望[J].材料保护，2005，10（38）：44-47.

基金项目： 湖北省教育厅科学技术研究计划指导性项目（B20102006）。

作者简介：覃群（1981- ），女，讲师，研究方向：金属材料。

摘 要：本文通过在Cr12MoV钢表面上进行NiCrCoAl合金的等离子喷涂，研究工艺参数对合金涂层的性能影响，以期获得优化的喷涂工艺参数，从而提高涂层的结合性。

关键词：等离子喷涂； Cr12MoV；金涂层

等离子喷涂等离子喷涂是一种材料表面强化和表面改性的技术，可以使基体表面具有耐磨、耐蚀、耐高温氧化、电绝缘、隔热、防辐射、减磨和密封等性能。 等离子涂技术是采用由直流电驱动的等离子电弧作为热源，将陶瓷、合金、金属等材料加热到熔融或半熔融状态，并以高速喷向经过预处理的工件表面而形成附着牢固的表面层的方法。本文通过在Cr12MoV钢表面上喷涂一层NiCrCoAl涂层，研究工艺参数对等离子喷涂NiCrCoAl合金涂层的组织结构和性能的影响。

1 实验过程

试验采用的基体材料为Cr12MoV钢，选用等离子喷涂的打底层材料为NiCrCoAl+氧化钇复合粉末，其粒度范围为140μm～350μm。用锯条将喷涂后的试样切开。取切割后的试样依次在粒度为280#，320#，400#的砂纸上粗磨，然后在600#，1000#的砂纸上细磨，磨至表面十分光滑、仅有均匀细微划痕为准。然后用粒度为2.5μm的抛光剂在抛光机上抛磨好的试样，至表面为光滑镜面反射无划痕为准。抛光完成后将试样冲洗干净并吹干。经腐蚀后在光学显微镜下观察确认试样符合要求后，用金相显微镜拍摄金相照片。利用金相照片进行金相分析。

2 实验结果分析

图1是NiCrCoAl粉末的SEM图片。从图中可以看出，颗粒团聚在一起形成规则条状，粒度分布较均匀，范围约为50～140um。

图1 NiCrCoAll粉末的SEM照片

等离子喷涂涂层的厚度是衡量涂层质量的重要指标之一。涂层的厚度在很大程度上影响着产品的可靠性和使用价值。通过对涂层厚度的检测，除了评定有公差指标或修复尺寸要求的工件是否合理外，还能直接或间接地评估涂层的耐蚀性、耐磨性等性能。因此它是在涂层质量检验和工艺研究中普遍采用的一个指标。图a、b、c、d其余喷涂参数一样，电流分别为300A、350A、370A、400A，可以看出他们的涂层厚度呈递增趋势，说明电流的增大使涂层厚度增加，喷涂粉末熔化率升高，涂层沉积性趋于好转。

（a） （b）

（c） （d）

硬度是材料抵抗坚硬物体的压入所表现的变形和破裂的抗力。抗力越大，硬度越高，所以硬度是材料的一种重要的机械性能，在等离子喷涂涂层硬度检验中，常用显微硬度法来检测等离子喷涂材料的硬度。实验操作时需仔细小心，施加载荷要尽量平稳、均匀，不得有冲击和震动。测试时，所得压痕应为轮廓清晰的棱形，压痕的测量务求准确，以保证检验结果的精度。

本实验硬度测量方法采用显微硬度法（维氏硬度）。显微硬度法是采用显微硬度计上特制的金刚石压头，在一定静负荷的作用下，压入试样涂层表面，得到相应的正方角锥体压痕。然后用硬度计上测微目镜将压痕放大一定的倍率，再测量其压痕对角线长度。测量10次取平均值。

由表1可以看出，a、b、c、d试样的显微硬度，这四个试样均是以氩气作为主气进行喷涂，电流分别为300A、350A、370A、400A，其余参数相同。由实验结果可以看出，随着电流密度增大，样品的硬度有增大的趋势，结合孔隙率分析，c试样的涂层最为致密，孔隙率最低。显微硬度与孔隙率有很大相关性，孔隙率越大，涂层组织越松散，显微硬度越小。

表1 显微硬度均值

试样 a b c d

平均值/HV 215.65 224.52 246.82 238.15

3 结论

本文通过设计不同参数进行等离子喷涂，对等离子喷涂NiCrCoAl的工艺参数进行了优化；研究了NiCrCoAl涂层的涂层组织和性能，得出以下结论：

3.1 对于不同的喷涂电流，电流越大，等离子焰流的热焓越高，粉末融化越充分，粉末沉积效率更高。但是电流过高会导致粉末烧损，且对基体热影响大，影响涂层的结合力。

3.2 通过本次试验研究，等离子喷涂NiCrCoAl粉末的最佳参数为电流400A，电压36V，氩气流量3000L/h，氢气流量20L/h，喷距为100mm，送粉度率为6，喷枪移动速度为5mm/s。

参考文献

[1] 张东辉，郝勇超.国内外等离子喷涂设备现状及发展趋势[J].航空制造技术，2003，7：23-24.

[2] 韩蜂，王豫跃，杨冠军等.电弧功率对液料等离子喷涂TiO2纳米涂层结构的影响 [J].中国表面工程，2003，3：36-40.

[3] 杜今忠，董世运，徐维普.高能高速热喷涂工艺的发展及应用[J].焊接技术，2004， 33（2）：26-28.

[4] 周静，韦云隆，张隆平等.等离子喷涂耐磨层及热障涂层的新进展[J].表面技术，2001，30（2）：23-25.

[5] 贾光耀，王耀明，张联盟.等离子喷涂金属基热障涂层的研究[J].陶瓷科学与技术，2002，1：4-6.

[6] 彭坤，王飚，诸小丽.等离子喷涂陶瓷复材的性能和应用及其展望[J].昆明理工大学学报，2001，2（26）：41-45.

[7] 徐雪霞，阎殿然.等离子喷涂梯度耐热陶瓷涂层的研究展望[J].河北工业科技，2002，1（19）：1-3.

[8] 吴子健，张虎寅，吕艳红.热喷涂纳米涂层制备方法及材料的研究现状和展望[J].材料保护，2005，10（38）：44-47.

基金项目： 湖北省教育厅科学技术研究计划指导性项目（B20102006）。

作者简介：覃群（1981- ），女，讲师，研究方向：金属材料。

摘 要：本文通过在Cr12MoV钢表面上进行NiCrCoAl合金的等离子喷涂，研究工艺参数对合金涂层的性能影响，以期获得优化的喷涂工艺参数，从而提高涂层的结合性。

关键词：等离子喷涂； Cr12MoV；金涂层

等离子喷涂等离子喷涂是一种材料表面强化和表面改性的技术，可以使基体表面具有耐磨、耐蚀、耐高温氧化、电绝缘、隔热、防辐射、减磨和密封等性能。 等离子涂技术是采用由直流电驱动的等离子电弧作为热源，将陶瓷、合金、金属等材料加热到熔融或半熔融状态，并以高速喷向经过预处理的工件表面而形成附着牢固的表面层的方法。本文通过在Cr12MoV钢表面上喷涂一层NiCrCoAl涂层，研究工艺参数对等离子喷涂NiCrCoAl合金涂层的组织结构和性能的影响。

1 实验过程

试验采用的基体材料为Cr12MoV钢，选用等离子喷涂的打底层材料为NiCrCoAl+氧化钇复合粉末，其粒度范围为140μm～350μm。用锯条将喷涂后的试样切开。取切割后的试样依次在粒度为280#，320#，400#的砂纸上粗磨，然后在600#，1000#的砂纸上细磨，磨至表面十分光滑、仅有均匀细微划痕为准。然后用粒度为2.5μm的抛光剂在抛光机上抛磨好的试样，至表面为光滑镜面反射无划痕为准。抛光完成后将试样冲洗干净并吹干。经腐蚀后在光学显微镜下观察确认试样符合要求后，用金相显微镜拍摄金相照片。利用金相照片进行金相分析。

2 实验结果分析

图1是NiCrCoAl粉末的SEM图片。从图中可以看出，颗粒团聚在一起形成规则条状，粒度分布较均匀，范围约为50～140um。

图1 NiCrCoAll粉末的SEM照片

等离子喷涂涂层的厚度是衡量涂层质量的重要指标之一。涂层的厚度在很大程度上影响着产品的可靠性和使用价值。通过对涂层厚度的检测，除了评定有公差指标或修复尺寸要求的工件是否合理外，还能直接或间接地评估涂层的耐蚀性、耐磨性等性能。因此它是在涂层质量检验和工艺研究中普遍采用的一个指标。图a、b、c、d其余喷涂参数一样，电流分别为300A、350A、370A、400A，可以看出他们的涂层厚度呈递增趋势，说明电流的增大使涂层厚度增加，喷涂粉末熔化率升高，涂层沉积性趋于好转。

（a） （b）

（c） （d）

硬度是材料抵抗坚硬物体的压入所表现的变形和破裂的抗力。抗力越大，硬度越高，所以硬度是材料的一种重要的机械性能，在等离子喷涂涂层硬度检验中，常用显微硬度法来检测等离子喷涂材料的硬度。实验操作时需仔细小心，施加载荷要尽量平稳、均匀，不得有冲击和震动。测试时，所得压痕应为轮廓清晰的棱形，压痕的测量务求准确，以保证检验结果的精度。

本实验硬度测量方法采用显微硬度法（维氏硬度）。显微硬度法是采用显微硬度计上特制的金刚石压头，在一定静负荷的作用下，压入试样涂层表面，得到相应的正方角锥体压痕。然后用硬度计上测微目镜将压痕放大一定的倍率，再测量其压痕对角线长度。测量10次取平均值。

由表1可以看出，a、b、c、d试样的显微硬度，这四个试样均是以氩气作为主气进行喷涂，电流分别为300A、350A、370A、400A，其余参数相同。由实验结果可以看出，随着电流密度增大，样品的硬度有增大的趋势，结合孔隙率分析，c试样的涂层最为致密，孔隙率最低。显微硬度与孔隙率有很大相关性，孔隙率越大，涂层组织越松散，显微硬度越小。

表1 显微硬度均值

试样 a b c d

平均值/HV 215.65 224.52 246.82 238.15

3 结论

本文通过设计不同参数进行等离子喷涂，对等离子喷涂NiCrCoAl的工艺参数进行了优化；研究了NiCrCoAl涂层的涂层组织和性能，得出以下结论：

3.1 对于不同的喷涂电流，电流越大，等离子焰流的热焓越高，粉末融化越充分，粉末沉积效率更高。但是电流过高会导致粉末烧损，且对基体热影响大，影响涂层的结合力。

3.2 通过本次试验研究，等离子喷涂NiCrCoAl粉末的最佳参数为电流400A，电压36V，氩气流量3000L/h，氢气流量20L/h，喷距为100mm，送粉度率为6，喷枪移动速度为5mm/s。

参考文献

[1] 张东辉，郝勇超.国内外等离子喷涂设备现状及发展趋势[J].航空制造技术，2003，7：23-24.

[2] 韩蜂，王豫跃，杨冠军等.电弧功率对液料等离子喷涂TiO2纳米涂层结构的影响 [J].中国表面工程，2003，3：36-40.

[3] 杜今忠，董世运，徐维普.高能高速热喷涂工艺的发展及应用[J].焊接技术，2004， 33（2）：26-28.

[4] 周静，韦云隆，张隆平等.等离子喷涂耐磨层及热障涂层的新进展[J].表面技术，2001，30（2）：23-25.

[5] 贾光耀，王耀明，张联盟.等离子喷涂金属基热障涂层的研究[J].陶瓷科学与技术，2002，1：4-6.

[6] 彭坤，王飚，诸小丽.等离子喷涂陶瓷复材的性能和应用及其展望[J].昆明理工大学学报，2001，2（26）：41-45.

[7] 徐雪霞，阎殿然.等离子喷涂梯度耐热陶瓷涂层的研究展望[J].河北工业科技，2002，1（19）：1-3.

[8] 吴子健，张虎寅，吕艳红.热喷涂纳米涂层制备方法及材料的研究现状和展望[J].材料保护，2005，10（38）：44-47.

基金项目： 湖北省教育厅科学技术研究计划指导性项目（B20102006）。

作者简介：覃群（1981- ），女，讲师，研究方向：金属材料。