CN103822804A - 一种等离子喷涂碳化钨涂层的金相试样制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种等离子喷涂碳化钨涂层的金相试样制备方法，方法按如下操作完成：切割→镶嵌→磨光→抛光，其特征在于：采用线切割法在碳化钨涂层表面进行取样；采用冷镶法进行镶嵌，且在已混合好的环氧树脂中加入质量比为20%的氧化铝粉；在25牛顿/个压力下分别进行粗磨和精磨，冷却后用无绒布、常规的润滑剂、1μ金刚石抛光剂，300转/分，抛光2min。本发明具有如下优点：本发明采用线切割取样效果好，对试样的各种损伤达到最小；确定的工艺参数使得涂层试样更优异，更能准确的判定涂层的质量，提高了涂层应用的可靠性；本发明填补了国内等离子喷涂碳化钨涂层金相制备的关键技术的空白。
Description
技术领域
本发明涉及热喷涂涂层金相试样制备技术，具体是一种等离子喷涂碳化钨涂层的金相试样制备方法。
背景技术
由于热喷涂涂层组成的多样性以及涂层结构的复杂性，使得热喷涂涂层的金相制备要比整体材料困难和复杂得多，不同的热喷涂涂层都应该具有适合自身特点的金相制备方法，此规定对于易受制样过程影响的敏感类涂层要求更高。
等离子喷涂碳化钨涂层主要用于航空发动机上500℃以下抗滑动磨擦、震动磨擦，及耐磨和抗腐蚀防护作用，在国内外的航空发动机上已广泛应用。由于碳化钨涂层组织中有复合相，且其内应力也较大，涂层较脆，因此不正确的金相制备方法就容易引起相托出、裂纹等假相，从而对涂层特性做出错误的诠释，影响金相结果的评定。因此，需要采用正确的金相制备方法，最大限度地避免金相制备过程中引入的缺陷，真实地反映碳化钨涂层的金相组织，对于用于判定涂层的质量和适用性犹为重要。
金相制备方法的基本流程为：切割→镶嵌→磨光→抛光。
对于不同类型的热喷涂试样，应当采用不同的方法进行切割，目前常用的切割方法为砂轮片切割，该方法切割效果不好，振动较大，容易导致脆性涂层以出现裂纹的方式来释放应力。
对于热喷涂涂层而言，浇注型环氧树脂已成为了优先考虑的镶嵌方法，目的是用于保护涂层免受破坏，并在磨光和抛光过程中提供边缘保护。WC涂层属耐磨硬涂层（HRl5N可达75以上），一般与固化的环氧树脂硬度差异较大，此时若不在环氧树脂中加入一定的硬介质来强化硬度，则容易导致涂层与环氧树脂间的磨削不同步，涂层边缘圆角现象发生。
磨抛光主要包括三个阶段，并分别起着不同的作用。第一阶段是粗磨，即将试样磨成平面阶段，主要是为随后关键的试样无损伤阶段做准备，由于它除了产生平坦的表面外，还要去除由于切割而产生的变形层，因此它对整个试样制备过程的成功与否有重大的影响。第二阶段为精磨，即试样的去除损伤阶段，采用碳化硅砂纸从粗到细，去除粗磨阶段产生的表面变形和细划痕。第三阶段为抛光阶段，整个过程最终是否成功取决于这个阶段将磨平阶段产生的变形去除并使表面损伤大大减少的能力。当这一制备阶段完成后，涂层和基体应当没有损伤。
目前国内对碳化钨涂层金相制备的技术处于空白，给碳化钨涂层质量的真实判定带来很大困扰。因此，为了对等离子喷涂碳化钨涂层的质量能够更加准确地判定，提高该涂层使用的可靠性，研究出一种新型的适用于等离子喷涂碳化钨涂层的金相制备方法是势在必行的。
发明内容
本发明目的是提供一种等离子喷涂碳化钨涂层的金相制备方法，具体是确定等离子喷涂碳化钨涂层的金相制备方法的流程及工艺参数。
本发明提供一种等离子喷涂碳化钨涂层的金相制备方法，具体是确定等离子喷涂碳化钨涂层的金相制备方法的流程及工艺参数。一种等离子喷涂碳化钨涂层的金相试样制备方法，方法按如下操作完成：切割→镶嵌→磨光→抛光，其特征在于：
切割：采用线切割法在碳化钨涂层表面进行取样；
镶嵌：采用冷镶法，Epofix型环氧树脂和固化剂的体积比为15：2，在已混合好的环氧树脂中加入质量比为20%的氧化铝粉，搅拌后，放置8~15min，倒入试样环内进行固化；
粗磨：25牛顿/个压力下，120# 砂纸6~8张，300转/分，水冷却；
精磨：25牛顿/个压力下，220#、320#、500#、800#、1200#、2400# 和4000# 砂纸，2张/型号，每张砂纸30秒，300转/分，水冷却；
抛光：无绒布、常规的润滑剂、1μ金刚石抛光剂，300转/分，抛光2min。
本发明填补了国内等离子喷涂碳化钨涂层金相制备的关键技术的空白。本发明已在军机和民用发动机上成功应用，提高了涂层金相的制备水平，制备的碳化钨涂层试样质量优异，能够更加准确地判定涂层的质量，提高了涂层应用的可靠性。本发明满足军机和民机碳化钨涂层批生产过程中金相制备的要求，该制备方法将得到广泛的应用，带来巨大的社会效益和显著的经济效益。
本发明提供一种等离子喷涂碳化钨涂层的金相制备方法，其优点为：
（1）本发明采用线切割取样效果好，对试样的各种损伤达到最小。
（2）本发明确定的工艺参数使得涂层试样更优异，更能准确的判定涂层的质量，提高了涂层应用的可靠性。
（3）本发明填补了国内等离子喷涂碳化钨涂层金相制备的关键技术的空白。
附图说明
图1 线切割制备涂层组织及未加氧化铝粉镶嵌的涂层金相；
图2 线切割制备涂层组织及加氧化铝粉镶嵌的涂层金相；
图3 研磨-抛光涂层金相组织（25牛顿/个）；
图4 砂轮切割制备的涂层组织及未加氧化铝粉镶嵌的涂层金相；
图5 研磨-抛光涂层金相组织（30牛顿/个）。
具体实施方式
下面通过实施例对本发明给予进一步的说明，当然，本发明不仅限于下述的实施例。
实施例 1
采用线切割的方法对WC涂层进行取样（如图1）。对所取试样进行镶嵌，将Epofix型环氧树脂和固化剂的体积比为15：2，搅拌，放置8~15min后，倒入试样环内进行固化。然后在20牛顿/个压力下，用120# 砂纸6~8张，300转/分，水冷却进行粗磨，粗磨后再在20牛顿/个压力下，220#、320#、500#、800#、1200#、2400# 和4000# 砂纸，2张/型号，每张砂纸30秒，300转/分，水冷却进行精磨。最后用无绒布、常规的润滑剂、1μ金刚石抛光剂，300转/分对精磨后的试样进行抛光2min。
从图1可以看出，涂层组织清晰，没有裂纹，对试样的各种损伤都能达到最小程度。由于未在混合的环氧树脂中加入质量比为20%的氧化铝粉镶嵌，因此环氧树脂与涂层间硬度差较大，导致涂层与环氧树脂间的磨削不同步，涂层边缘圆角现象发生。
实施例 2
对实施例1用线切割法制备的试样进行镶嵌工艺，镶嵌工艺是在常用冷镶的方法上进行改进，即在已混合好的环氧树脂中加入质量比为20%的氧化铝粉。冷镶法工艺参数为（如图2）：Epofix型环氧树脂和固化剂的体积比为15：2，在已混合好的环氧树脂中加入质量比为20%的氧化铝粉，搅拌，放置8~15min后，倒入试样环内进行固化。然后在20牛顿/个压力下，用120# 砂纸6~8张，300转/分，水冷却进行粗磨，粗磨后再在20牛顿/个压力下，220#、320#、500#、800#、1200#、2400# 和4000# 砂纸，2张/型号，每张砂纸30秒，300转/分，水冷却进行精磨。最后用无绒布、常规的润滑剂、1μ金刚石抛光剂，300转/分对精磨后的试样进行抛光2min。
从图2可以看出，图中的涂层组织清晰，没有裂纹，涂层边缘比较完整，避免了圆角化的发生。同时还可以看出，图中的涂层孔洞很少，组织过于致密，这主要是由于磨抛光压力过小，复合涂层中碳化物较硬相不能得到有效磨削，较软钴相被优先被磨削，造成相托出，不能真实地反应涂层的真实组织。
实施例 3
对实施例2制备的试样进行粗磨、精磨和抛光工艺。粗磨、精磨和抛光的工艺参数为（如图3）：粗磨：25牛顿/个压力下，120# 砂纸6~8张，300转/分，水冷却；精磨：25牛顿/个压力下，220#、320#、500#、800#、1200#、2400# 和4000# 砂纸，2张/型号，每张砂纸30秒，300转/分，水冷却；抛光：无绒布、常规的润滑剂、1μ金刚石抛光剂，300转/分，抛光2min。
从图3可以看出，与图2相比，图3中的涂层组织符合WC涂层的典型形貌，虽然也有孔洞存在，但是孔洞的边缘清晰、有棱角，说明这些孔洞是存在于原有WC涂层中的，反映的是涂层真实组织。
对比例 1
采用砂轮片切割法对WC涂层进行取样，砂轮片切割取样参数为（如图4）：砂轮片直径φ250mm，磨料为SiC，砂轮片厚1.5mm，砂轮转速3440转/分，水冷却，施加负荷500g。然后对所取试样进行镶嵌，将Epofix型环氧树脂和固化剂的体积比为15：2，搅拌，放置8~15min后，倒入试样环内进行固化。然后在20牛顿/个压力下，用120# 砂纸6~8张，300转/分，水冷却进行粗磨，粗磨后再在20牛顿/个压力下，220#、320#、500#、800#、1200#、2400# 和4000# 砂纸，2张/型号，每张砂纸30秒，300转/分，水冷却进行精磨。最后用无绒布、常规的润滑剂、1μ金刚石抛光剂，300转/分对精磨后的试样进行抛光2min。
从图4和图1比较可以看出，图4中有裂纹出现，该裂纹是在切割过程中引入的外来假象，而不是涂层中真实存在的。分析原因主要是由于WC涂层是陶瓷涂层，与金属基材的热膨胀系数差异较大，采用砂轮切割，其振动较大，容易导致脆性涂层以出现裂纹方式来释放应力。因此，最适宜采用线切割法对WC涂层进行取样。
对比例 2
对实施例2制备的试样进行粗磨、精磨和抛光工艺。粗磨、精磨和抛光的工艺参数为（如图5）：粗磨：30牛顿/个压力下，120# 砂纸6~8张，300转/分，水冷却；精磨：30牛顿/个压力下，220#、320#、500#、800#、1200#、2400# 和4000# 砂纸，2张/型号，每张砂纸30秒，300转/分，水冷却；抛光：无绒布、常规的润滑剂、1μ金刚石抛光剂，300转/分，抛光2min。
从图5中可以看出，图中的孔洞相对大和多，而且孔洞的轮廓边缘圆滑，这主要是由于在磨抛光过程中压力过大，外力使原来的小孔洞扩大，并且又人为地造成了一些小孔洞，这种孔洞并不是涂层本身所固有的，而是在制备金相过程中由于压力过大而引入的。因此，在25牛顿/个压力下进行粗磨和精磨效果最好。
Claims (1)
1.一种等离子喷涂碳化钨涂层的金相试样制备方法，方法按如下操作完成：切割→镶嵌→磨光→抛光，其特征在于：
切割：采用线切割法在碳化钨涂层表面进行取样；
镶嵌：采用冷镶法，Epofix型环氧树脂和固化剂的体积比为15：2，在已混合好的环氧树脂中加入质量比为20%的氧化铝粉，搅拌后，放置8~15min，倒入试样环内进行固化；
粗磨：25牛顿/个压力下，120# 砂纸6~8张，300转/分，水冷却；
精磨：25牛顿/个压力下，220#、320#、500#、800#、1200#、2400# 和4000# 砂纸，2张/型号，每张砂纸30秒，300转/分，水冷却；
抛光：无绒布、常规的润滑剂、1μ金刚石抛光剂，300转/分，抛光2min。
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