专利名称：一种对热喷涂制备碳化物金属陶瓷涂层中碳化物损失的定量表征方法
技术领域：
本发明涉及一种对热喷涂制备碳化物金属陶瓷涂层中碳损失的定量表征方法，适 合定量表征热喷涂制备碳化物金属陶瓷涂层过程中不同失碳形式的失碳量，为研究金属陶 瓷粒子沉积行为提供了方法。
背景技术：
热喷涂焰流大多为高温和氧化气氛，在热喷涂碳化物金属陶瓷涂层过程中过程中 存在因氧化和碳化物颗粒碰撞基体瞬间反弹引起的损失。而金属陶瓷涂层的磨损性能与 其碳化物含量具有密切关系，基体的硬度与其碳含量密切相关。研究表明，热喷涂碳化物 金属陶瓷涂层中碳化物粒子的含量明显低于原始喷涂粉末中碳化物粒子的含量。因此，对 热喷涂制备碳化物金属陶瓷涂层过程中，各种失碳形式的失碳量定量表征，对于优化热喷 涂工艺参数，控制沉积涂层过程中的碳损失，制备高耐磨损的金属陶瓷涂层具有重要意义。 通常认为，热喷涂制备碳化物基金属陶瓷涂层过程中碳化物粒子的损失即脱碳存在两种途 径，一是金属陶瓷粉末碰撞基体前在喷涂火焰内加速加热阶段由于碳化物粒子熔化所导致 的失碳，二是金属陶瓷粉末碰撞基体形成涂层阶段由于碳化物粒子反弹所造成的失碳。然 而，对于热喷涂制备碳化物基金属陶瓷涂层过程中上述两种失碳形式目前还没有一种定量 测定的方法。基于此，本专利旨在发明一种基于实验定量表征热喷碳化物金属陶瓷涂层过 程碳含量损失的方法，为定量研究金属陶瓷粒子沉积行为提供了方法，为实现基于涂层性 能组织结构的碳化物金属陶瓷涂层喷涂工艺条件优化提供了技术支撑，对于指导碳化物金 属陶瓷涂层制备具有实际价值。在热喷碳化物金属陶瓷涂层失碳机制定量评价理论和研究 方法上具有创新。
发明内容
本发明其目的就在于提供一种对热喷涂制备碳化物金属陶瓷涂层中碳损失的定 量表征方法，是寻找一种能对热喷涂制备碳化物金属陶瓷涂层过程中不同失碳形式进行分 离和可靠的定量表征的方法，该方法以不同燃气流量和氧气流量条件下，水中沉积物的化 学成分来反映粒子与基体碰撞前的化学成分，通过与相应气体流量条件下基体上沉积涂层 的化学成分比较，获取粒子飞行过程和碰撞以后阶段的成分变化，工艺简单、可快速、灵活、 方便地定量检测出热喷涂制备碳化物金属陶瓷涂层过程中不同阶段的失碳量，为热喷碳化 物金属陶瓷涂层结构制备工艺和性能优化提供研究方法。实现上述目的而采取的技术方案，包括(1)测定原始碳化物金属陶瓷粉末的碳含量CpWt. % ；(2)在金属、合金或者陶瓷基体上，热喷涂碳化物金属陶瓷粉末制备碳化物基金属 陶瓷涂层，并测定涂层的碳含量Cswt. % ；(3)采用与(2)中沉积涂层完全相同的热喷涂工艺参数向盛有水的容器中热喷涂
3碳化物金属陶瓷粉末，收集在水中的沉积物，并测定其碳含量CwWt. % ；(4)通过对比原始粉末中碳含量和水中沉积物碳含量，由公式(1)可定量获得热 喷涂制备碳化物金属陶瓷涂层过程中，粉末在喷涂火焰内加热加速阶段由于碳化物粒子氧 化所造成的失碳量ACy:Δ Cy = Cp-Cff (1)；(5)通过对比水中收集粉末碳含量和同等喷涂条件下基体上沉积涂层碳含量，可 定量获得热喷涂制备碳化物金属陶瓷涂层过程中，由公式(2)粉末与基体碰撞形成涂层阶 段由于碳化物颗粒反弹所造成失碳量ACk Δ Ce = Cff-Cs (2)。与现有技术相比本发明的有益效果在于，由于采取了以不同燃气流量和氧气流量条件下，水中沉积物的化学成分来反映粒 子与基体碰撞前的化学成分，通过与相应气体流量条件下基体上沉积涂层的化学成分比 较，获取粒子飞行过程和碰撞以后阶段的成分变化的方法技术，因而工艺简单、可快速、灵 活、方便地定量检测出热喷涂制备碳化物金属陶瓷涂层过程中不同阶段的失碳量，为热喷 碳化物金属陶瓷涂层结构制备工艺和性能优化提供研究方法。
具体实施例方式包括(1)测定原始碳化物金属陶瓷粉末的碳含量CpWt. % ；(2)在金属、合金或者陶瓷基体上，热喷涂碳化物金属陶瓷粉末制备碳化物基金属 陶瓷涂层，并测定涂层的碳含量Cswt. % ；(3)采用与(2)中沉积涂层完全相同的热喷涂工艺参数向盛有水的容器中热喷涂 碳化物金属陶瓷粉末，收集在水中的沉积物，并测定其碳含量Cwwt. % ；(4)通过对比原始粉末中碳含量和水中沉积物碳含量，由公式(1)可定量获得热 喷涂制备碳化物金属陶瓷涂层过程中，粉末在喷涂火焰内加热加速阶段由于碳化物粒子氧 化所造成的失碳量ACy:Δ Cy = Cp-Cff (1)；(5)通过对比水中收集粉末碳含量和同等喷涂条件下基体上沉积涂层碳含量，可 定量获得热喷涂制备碳化物金属陶瓷涂层过程中，由公式(2)粉末与基体碰撞形成涂层阶 段由于碳化物颗粒反弹所造成失碳量ACk Δ Ce = Cff-Cs (2)。所述的热喷涂方法可以是超音速火焰喷涂、等离子喷涂、爆炸喷涂、普通火焰喷 涂。所述的碳化物金属陶瓷粉末可以是各类碳化物金属陶瓷如WC-Co、Cr3C2-NiCr, TiC-Fe0本发明定量表征方法，以不同燃气流量和氧气流量条件下，水中沉积物的化学成 分来反映粒子与基体碰撞前的化学成分，通过与相应气体流量条件下基体上沉积涂层的化 学成分比较，获取粒子飞行过程和碰撞以后阶段的成分变化。下面依照本发明的技术方案作出具体实施例对本发明作进一步的说明，但本发明
4并不局限于这些实例。实例1 针对具体的超音速火焰喷涂(HVOF)制备Cr3C2-NiCr金属陶瓷涂层，选用 Cr3C2-NiCr金属陶瓷粉末，氧含量的测定使用了美国Leco公司生产的R0-316型脉冲加热 库仑定氧仪。碳含量的确定运用美国Leco公司生产的LS-344型红外吸收法碳硫测定仪。 实验结果如下在原始粉末Cp为8. 48%，氧气流量为447L/min，燃气流量37L/min，喷涂距 离为210mm的条件下，Cs为6. 61%，Cw为8. 32%，运用公式(1)求得Δ Cy为0.16%，运用 公式(2)求得Δ Ck为2. 71%。实例2 针对具体的超音速火焰喷涂(HVOF)制备Cr3C2-NiCr金属陶瓷涂层，选用 Cr3C2-NiCr金属陶瓷粉末，氧含量的测定使用了美国Leco公司生产的R0-316型脉冲加热 库仑定氧仪。碳含量的确定运用美国Leco公司生产的LS-344型红外吸收法碳硫测定仪。 实验结果如下在原始粉末Cp为8. 48%，氧气流量为368L/min，燃气流量37L/min，喷涂距 离为210mm的条件下，Cs为6. 54%, Cw为8. 36%，运用公式(1)求得ACy为0.12%，运用 公式(2)求得ACk为1.82%。实例3 针对具体的超音速火焰喷涂(HVOF)制备Cr3C2-NiCr金属陶瓷涂层，选用 Cr3C2-NiCr金属陶瓷粉末，氧含量的测定使用了美国Leco公司生产的R0-316型脉冲加热 库仑定氧仪。碳含量的确定运用美国Leco公司生产的LS-344型红外吸收法碳硫测定仪。 实验结果如下在原始粉末Cp为8. 48%，氧气流量为447L/min，燃气流量37L/min喷涂距 离为161. 4mm的条件下，Cs为6. 13%, Cw为8. 32%，运用公式(1)求得Δ Cy为0. 16%，运 用公式(2)求得ACk为2. 19%。
权利要求
一种对热喷涂制备碳化物金属陶瓷涂层中碳损失的定量表征方法，其特征在于，包括(1)测定原始碳化物金属陶瓷粉末的碳含量CPwt.％；(2)在金属、合金或者陶瓷基体上，热喷涂碳化物金属陶瓷粉末制备碳化物基金属陶瓷涂层，并测定涂层的碳含量CSwt.％；(3)采用与(2)中沉积涂层完全相同的热喷涂工艺参数向盛有水的容器中热喷涂碳化物金属陶瓷粉末，收集在水中的沉积物，并测定其碳含量CWwt.％；(4)通过对比原始粉末中碳含量和水中沉积物碳含量，由公式(1)可定量获得热喷涂制备碳化物金属陶瓷涂层过程中，粉末在喷涂火焰内加热加速阶段由于碳化物粒子氧化所造成的失碳量ΔCYΔCY＝CP CW (1)；(5)通过对比水中收集粉末碳含量和同等喷涂条件下基体上沉积涂层碳含量，可定量获得热喷涂制备碳化物金属陶瓷涂层过程中，由公式(2)粉末与基体碰撞形成涂层阶段由于碳化物颗粒反弹所造成失碳量ΔCRΔCR＝CW CS(2)。
2.根据权利要求书1所述的一种对热喷涂制备碳化物金属陶瓷涂层中碳损失的定量 表征方法，其特征在于，所述的热喷涂方法可以是超音速火焰喷涂、等离子喷涂、爆炸喷涂、 普通火焰喷涂。
3.根据权利要求书1所述的一种对热喷涂制备碳化物金属陶瓷涂层中碳损失的定量 表征方法，其特征在于，所述的碳化物金属陶瓷粉末可以是各类碳化物金属陶瓷如WC-Co、 Cr3C2-NiCr λ TiC-Fe0
全文摘要
本发明公开一种对热喷涂制备碳化物金属陶瓷涂层中碳损失的定量表征方法，通过比较不同燃气流量和氧气流量条件下在水中和基体上沉积涂层碳含量，获取粒子飞行过程和碰撞以后阶段的碳含量变化，定量获得因氧化和粒子反弹引起的失碳量。该发明表述的基于实验定量确定碳化物金属陶瓷涂层沉积过程中各阶段失碳量的方法，工艺简单、可快速、灵活、方便地定量检测出热喷涂制备碳化物金属陶瓷涂层过程中不同阶段的失碳量，为热喷碳化物金属陶瓷涂层结构制备工艺和性能优化提供研究方法。
文档编号C23C4/10GK101942629SQ20101028509
公开日2011年1月12日 申请日期2010年9月17日 优先权日2010年9月17日
发明者宋杰光, 王洪涛, 纪岗昌 申请人:九江学院