1、引言
由HVOF法所制取的涂层，其最大特点是涂层致密，内聚力强，对基体的结合强度高。迄今，不少文章介绍了用此法所生产的Co—WC涂层的各种性能。指出，由于HVOF法的极高的颗粒飞行速度及适中的喷涂温度，避免了WC的严重的失碳，从而改善了Co—WC的涂层性能。然而，正是由于HVOF涂层的这些特点, 使人们有理由把注意力对准硬面合金材料。作为重要的硬面合金材料的自熔合金涂层，通常是用火焰喷涂随之重熔的方法制得，它具有优良的机械性质及耐腐蚀性，因而是重要的结构材料。但在涂层重熔时，必须把工件加热到较高的温度，这往往使基体材料产生不希望的变化和严重的热应力，引起工件的变形。
能否采用HVOF工艺制取的涂层在性能上达到或接近于重熔涂层，这对于解决上述问题是一项有意的尝试。
本文采用Ni基自熔合金粉及Ni基自熔合金+WC粉的混合粉为实验原料，用燃烧火焰喷涂一重熔法及HVOF法制成涂层，对两种涂层的性能进行了比较，并试图从中加深对HVOF涂层性能的进一步认识，以扩充它的新应用。
2、试验程序
2-l 原始粉末：XN粉-采用气雾化法制取的Ni基自熔合金粉。XNW-为35%WC粉+65%XN粉。由于重熔法与HVOF法对粉末的粒度要求不同，对上述两种粉末的粒度作了适当调配：作为重熔法所用的两种粉末为XN-l及XNW-1，它们的粒度为-150目+320目；而用于HVOF法的两种粉为XN-2及XNW-2，它们的粒度则为-320目。
2-2喷涂方法
2-2-l 火焰重熔法：采用METCO 5P-II型喷枪，由氧-乙炔组成热源，将粉末喷涂后再予以重熔，形成重熔涂层。
2-2-2 HVOF法：采用METCO DJ型HVOF喷枪， 以氧-丙烷组成热源气体。
2-2-3磨料磨损和摩擦磨损试验：对每种涂层均进行磨料磨损及摩擦磨损试验， 前者采用MLS-23型湿砂橡皮轮式磨损试验机，其测定法是使被测涂层与矿浆磨擦。矿浆由40-70目的石英砂及蒸馏水组成，二者之比为15g ?span class="未命名1">?0ml，预磨1000转，正式磨2000转，从中测定经2000转磨损后的磨失重量：后者采用Amsler磨损试验机。磨轮表面为被测定的涂层，与其对应摩擦的磨块为45#钢，二者之间为干摩擦，实加负荷为100牛吨，转速200转／分，经过一定的磨程后，测定磨轮失重及磨块磨痕的宽度。
3、结果和讨论
3-1粉末的显微分析：四种粉末的形貌(SEM分析)从中看到，它们是典型的雾化粉末。 XN-l和XN-2大体呈球形，表面光滑，无洞穴。而XHW-1及XNW-2中则混有WC粉，在光滑球形的自熔合金粉中混有长条形且带有棱角的WC颗粒。
3-2涂层性质
对四种粉末N-1、XN-2以及XHW-1、XNW-2，分别用火焰重熔法及HVOF法制成如下四种涂层：XN-H、XW-H以及XN-T、XNW-T，对上述四种涂层作了金相、物理性质及X射线衍射分析。
3-2-l 涂层的显微分析
四种涂层的金相显微分析列于图5至图8，其中图5和图8分别为XN-1及XNW-1的重熔涂层，图6和图8分别为XN-2及XNW-2的HVOF涂层。从图中看到，这四种涂层都很致密，但HVOF涂层则比较清晰，无明显氧化物痕迹；含有WC的重熔涂层与HVOF涂层，它们的结构有明显不同。
3-2-2 涂层的物理性质
对四种涂层的宏观硬度、微观硬度等物理性质做了测定，列于表1。从表中看到，尽管对同一种材料的重熔涂层， 比HVOF涂 更致密，硬度也较高，但这些差异并不很大。
表l 涂 层 的 性 质
|
涂 层
编 号 |
喷 涂
方 法 |
密 度
(g／cc) |
孔隙度
(V％) |
平均宏观
硬 度
Macro(RC) |
平均微观硬度
Micro（DPH300） |
|
XN-H |
重熔法 |
7．59 |
O．29 |
57 |
675 |
|
XH-T |
HVOF |
6．72 |
0．44 |
52 |
589 |
|
XHW-H |
重熔法 |
8．23 |
0．54 |
58 |
691 |
|
XNW-T |
HVOF |
7．16 |
O．86 |
51 |
607 |
3-2-3 涂层的相分析
四种涂层的XN-l粉所得的重熔涂层XN-H，主要组成相为Ni基合金，同时还发现CrB、Ni5Si2及NiB等化合物。相比之下，XN-2粉经HVOF法所得涂层XN-T，除主相为Ni基合金之外，则只见CrB相。由此可知，由于重熔法和HVOF法的过程不同，尽管原瑽E始粉末组成相当，但涂层的组成不尽相同。看来，对HVOF法所采用的Ni基“自熔”合金粉，不一定要加入Si和B。这些元素只有瑽E在真正的“自熔” 过程中才起到强化元素的作用。
XNW-H涂层中含有Ni基合金主相外，尚有WC、α-W2C及Ni5Si2等相，而XNW-T涂层与之大体相同，但未发观Ni5Si2相。进一步的分析表明，XNW-T涂层中的α-W2C相的含量，要少瑽E于XNW-H涂层，亦即，HVOF过程中，WC的失碳程度明显降低瑽E。
3—2—4 磨料磨损和摩擦磨损试验
四种涂层的磨料磨损和摩擦磨损试验结果， 分别示于表2和 表3。
表2 涂层的磨料磨损
| 涂层编号 |
喷涂方法 |
(mg) |
| XH - H |
重熔法 |
12．6 |
| XH - T |
HVOF |
15．8 |
| XNW - H |
重熔法 |
11．5 |
| XNW - T |
HVOF |
13．3 |
|
涂 层
编 号 |
喷 涂
方 法 |
磨 程
(m) |
平均摩擦系 数 |
磨块磨痕
宽度(99) |
磨轮失重
△（mg） |
摩擦率
(mg/N·m) |
|
XN-H |
重熔法 |
1329 |
0.252 |
1．930 |
0．105 |
0．7 5×l 9 |
|
XN-T |
HVOF |
885 |
0．335 |
2．798 |
0．106 |
1．2×19 |
|
XNW-H |
重熔法 |
900 |
0．345 |
2．505 |
0．134 |
1．5×10 |
|
XNW-T |
HVOF |
796 |
0，402 |
2．7l |
0．168 |
2．1×l 0 |
从表2和表3可知，对同一种喷涂材料，重熔涂层的耐磨料磨损及耐摩擦磨损性能均比HVOF涂层略高，但大体上处于同一数量级。而对同一种工艺方法，加入WC粉的喷涂层，其耐磨性反而下降。
研究表明，尽管HVOF法比重熔法能避免WC过多的失碳。但问题在于，WC硬质相很脆，通常与Co这种粘结相金属构成Co-WC合金体系，以充任耐磨性很强的组份。而混入Ni基自熔合金粉中的WC，无论是重熔，还是HVOF法，都不具备WC与粘结相金属形成硬质合金的条件，从而也不能增大涂层的耐磨性。
结 语
1、HVOF法制取的涂层具有致密度高、孔隙度 结合强度高等特点。采用HVOF法喷涂硬面合金材料时，其涂层的物理性质大体接近这些材料的重熔涂层。
2、HVOF法喷涂硬面合金粉末制得的涂层，其耐磨损性能与硬面合金重熔涂层大体在同一数量级内。
3、可以认为，由于硬面合金的重熔法有工件变形及基体组织变异等弊端，HVOF法涂层在某种程度上可取代重熔涂层
