摘要：钴铬钨涂层能耐各种类型磨损和腐蚀以及高温氧化，广泛应用于航空喷气发动机，工业燃气轮机等关键部件上。GE能源某燃气轮机零件表面也需要喷涂该涂层。为满足客户需要，研究进行了多组对照试验。通过对测试结果的分析，确定了超音速火焰喷涂该涂层的工艺。采用该工艺对GE能源零件进行加工，通过了客户的验收。脉动测速
关键词：表面技术；超音速火焰喷涂；耐磨涂层；钴铬钨涂层
The Research of Spraying Co-Cr-W Wearable Coating Process by HVOF
Zhiwei Ding, Jin Zhang
(Shenyang Liming International power Industry Co. LTD., Shenyang 110168, P R China)
Abstract：Co-Cr-W coating, resisting all kind of wear, corrosion and high temperature oxidation, is widely used in jet engine, gas turbine. GE Energy some gas turbine parts are also need to spray this coating. To meet the custom demand, comparison tests are carried
out. Analyzing the test results, process to spray this coating by HVOF is found. Spraying by this process, the Co-Cr-W coating is approved by the custom.
Key words: surface technology; HVOF; wearable coating; Co-Cr-W coating
0引言
钴铬钨涂层能耐各种类型磨损和腐蚀以及高温氧化，广泛应用于航空喷气发动机，工业燃气轮机等关键部件上。GE能源某燃气轮机零件表面也需要热喷涂该涂层。钴铬钨涂层属于硬质合金涂层，涂层硬而脆，热喷涂过程中易氧化，在涂层组织中产生氧化物，影响涂层质量。超音速火焰喷涂（HVOF），具有极高的焰流速度和较低的温度，在喷涂金属碳化物和金属合金等材料方面具有明显的优势[1]，国外通常采用超音速火焰喷涂钴铬钨涂层。GE能源相关技术标准对于采用HVOF方法制备的钴铬钨涂层有着严格要求。为满足客户需要，顺利实现批产，急需进行大量现场试验以及技术攻关。 1 实验
1.1 材料及设备
超音速火焰喷涂用粉末：（1）PAC8106（FSX-414）钴基粉末，批号：81061011。（2）试片：为了能更真实的反映涂层在零件上的使用情况，我们采用与零件基体材料相近的镍基高温合金作为试片。试样规格：25 mm×12.5 mm×2.5 mm。
超音速火焰喷涂设备： JET KOTE Ⅲ，吹砂机：BT 075，烘箱：DFH型，在0～300℃温度范围内可调。金相检测设备：LEICA DM 6000M，表面洛氏硬度计：TH310型，拉力机：AG-250KNE。
1.2 涂层制备工艺流程
根据对涂层的制备试验，以及该涂层的特殊性能，我们确定试样喷涂工艺流程如下：喷涂前准备→清洗→吹砂保护→吹砂→超音速火焰喷涂钴铬钨涂层→清理。具体吹砂参数如表1所示，超音速火焰喷涂参数如表2所示。经过上述工艺进行喷涂，喷涂厚度0.37-0.52mm。制备出的试片需要做金相、硬度、拉力和弯曲等性能测试来对涂层进行综合评价。
表1吹砂参数
吹砂机类型 | 磨料种类 | 磨料粒度 | 风压/Mpa | 吹砂距离/ mm | 吹砂角度/° |
压力式 | 白刚玉砂 | 20目 | 0.1～0.2 | 90~110 | 60~85 |
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表2 涂层喷涂参数
设备名称 | 单 位 | 参 数 |
喷 | JK 3000 |
氧气压力 | psi | 65±5 |
氧气流量 | SCFH | 520±10 |
氢气压力 | psi | 76±5 |
氢气流量 | SCFH | 1580±20 |
送粉计数 | RPM | motionjpeg1.0 |
载气类型 | Ar |
载气压力 | psi | 54±5 |
载气流量 | SCFH | 55±5 |
喷涂距离 钢板桩引孔 | mm | 全息3d智能炫屏160±10 |
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2 分析与讨论
2.1 不同参数下钴铬钨涂层金相
图1 钴铬钨涂层金相
通过以上六组照片可以分析出，喷移动速度减慢，获得的涂层孔隙率下降，涂层组织更加致密，这是由于喷移动速度慢，粉末冷却慢，熔化更加充分，因此在喷涂温度可控情况下，优选喷移动速度1.5mm/s。喷涂距离增加，涂层组织中未熔物增多。 2.2 喷涂距离对结合强度的影响
表4 不同喷涂距离涂层结合强度
喷涂距离/mm | 实测值/Mpa | 平均值/Mpa |
160 | 60.8 54.5 62.6 | 59.3 |
170 | 64.8，65.4，53.6 | 61.3 |
180 | 63.7 57.9 67.8 | 63.1 |
190 | 60.0，69.9，66.5 | 65.5 |
200 | 70.8 66.1 68.2 | 68.3 |
210 | 65.6，67.2，73.4 | 68.7 |
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369ii 喷移动速度控制在1.5mm/s，不同喷涂距离涂层结合强度如表4。可以看出，随着喷涂距离增加，涂层的结合强度增大，对于HVOF来说，粉末速度在距喷口190mm内都处在加速过程。
2.3 喷涂距离对涂层硬度的影响
表5 不同喷移动速度涂层的硬度
喷涂距离/mm | 显微硬度平均值/HV300 |
160 | 484 |
170 | 503 |
180 | 513 |
190 | 521 |
200 | 533 |
210 | 519 |
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喷移动速度控制在1.5mm/s，不同喷涂距离涂层的显微硬度如表5。可以看出，开始随
着喷涂距离增大，涂层硬度升高，超过200mm后下降，这是由于焰流温度降低所导致的涂层组织中未熔物增加。
3 结论
可控硅触发器 （1）喷移动速度减慢，获得的涂层孔隙率下降，涂层组织更加致密，这是由于喷移动速度慢，粉末冷却慢，熔化更加充分；随着喷涂距离增加，焰流不断加速，涂层的结合强度增大；随着喷涂距离增大，涂层硬度升高，但超过200mm后硬度下降。
（2）超音速火焰喷涂钴铬钨耐磨涂层的工艺为：喷涂前准备→清洗→吹砂保护→吹砂→喷涂→清理。具体吹砂和喷涂参数如表2和表3所列，喷涂距离：200mm，喷移动速度：1.5mm/s。
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