陳雄偉，牟治國，陳利剛

上海寶鋼工業(yè)技術(shù)服務(wù)有限公司表面工程事業(yè)部，上海201900

T800涂層是一種高Co、高M(jìn)o、高Cr的合金涂層，具有優(yōu)異的耐腐蝕、抗氧化和耐磨損的高溫性能.T800涂層能在最高800 ℃下長期穩(wěn)定使用，在航空、航天飛行器中都到了廣泛應(yīng)用[1-2].目前，制備T800涂層通常是采用超音速火焰噴涂(HVOF)和大氣等離子噴涂(APS)法.針對(duì)某些特定需求，對(duì)兩種方法制備涂層的異同進(jìn)行分析對(duì)比.

1 試樣制作及測(cè)試

選用Inconel 718作基體材料.噴涂時(shí)先用丙酮清洗、吹干、噴砂，然后在1h內(nèi)完成噴涂.HVOF噴涂是采用Stellite公司JK Ⅲ氧氣/氫氣HVOF噴涂系統(tǒng)噴涂，APS噴涂是采用Oerlikon Metco公司的F4噴涂系統(tǒng)噴涂.噴涂粉末為Stellite T800粉末，粉末成分列于表1，粉末形貌見圖1，粉末粒徑為10～45 μm.HVOF和APS噴涂工藝參數(shù)分別列于表2和表3.

表1 T800粉末的化學(xué)成分

圖1 T800粉末形貌Fig.1 The morphology of T800 powder

分別用HVOF和APS在Inconel 718基體表面制備T800涂層試樣，然后截取噴涂樣品的橫截面，經(jīng)金相冷鑲嵌、研磨、拋光后，采用卡爾蔡司Observer倒置式金相顯微鏡及系統(tǒng)內(nèi)置的AxioVision圖像分析軟件，觀察涂層的微觀形貌和涂層與基體界面的結(jié)合情況，并進(jìn)行孔隙率測(cè)量.在涂層表面選取10個(gè)點(diǎn)，采用上海光學(xué)精密機(jī)械研究所生產(chǎn)的HRRD-150P數(shù)顯雙洛氏硬度計(jì)分別測(cè)量HVOF和APS制備的T800涂層的表面硬度HR15N.采用國產(chǎn)Sans的CMT5305萬能試驗(yàn)機(jī)測(cè)試HVOF和APS制備的涂層的結(jié)合強(qiáng)度，按ASTM C633標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行測(cè)試，加載速度1 mm/min，試樣直徑25.4 mm，涂層厚度0.2～0.3 mm，采用E-7膠100 ℃下加熱3 h.

表2 HVOF的工藝參數(shù)

表3 APS的工藝參數(shù)

2 試驗(yàn)結(jié)果及討論

2.1 涂層微觀分析

用HVOF和APS制備的T800涂層的微觀形貌如圖2所示.從圖2可見，用兩種噴涂工藝制備的T800涂層與基體之間均形成了良好的界面結(jié)合，呈典型的熱噴涂涂層機(jī)械咬合形貌；涂層均無分層、橫向裂紋、團(tuán)聚氧化物和界面分離；涂層均未見明顯的未熔顆粒；涂層呈明顯的層狀結(jié)構(gòu)，組織均勻，涂層中的孔隙和氧化物分布均勻.同時(shí)，還可看出，用HVOF制備的T800涂層的孔隙率較低，平均孔隙率約為1%～2%；用APS制備的T800涂層的孔隙率相對(duì)略高，平均孔隙率約為3%～5%.從圖2可明顯看出，用APS制備的T800涂層的層狀氧化物比用HVOF制備的多.

圖2 T800涂層微觀形貌(a)HVOF；(b)APSFig.2 The microstructure of T800 coating

2.2 涂層的維氏顯微硬度

用HVOF和APS制備的涂層的表面硬度列于表4.由表4可知，這兩種方法制備的涂層的表面硬度HR15N相差不大，只是HVOF制備的涂層硬度略高.影響涂層硬度的因素很多，其中涂層的微觀組織和相結(jié)構(gòu)對(duì)涂層硬度有重要影響.涂層越致密、微裂紋越少及平整光滑，涂層硬質(zhì)相越多，涂層的硬度就越高.

從兩種方法制備的涂層來看，APS制備的涂層孔隙率略高，涂層氧化物也較高.一般APS制備的涂層氧化物為Laves相CoMoSi 和Co3Mo2Si，由于占比小，因而硬度變化不大[3].

表4 T800涂層的HR15N硬度

2.3 涂層結(jié)合強(qiáng)度

HVOF和APS制備的涂層結(jié)合強(qiáng)度的測(cè)試結(jié)果列于表5.從表5可知，HVOF制備的T800涂層結(jié)合強(qiáng)度平均值為47.2 MPa，APS制備的T800涂層結(jié)合強(qiáng)度平均值為28.7 MPa.APS制備的T800涂層結(jié)合強(qiáng)度明顯較低，一方面超音速火焰噴涂(HVOF)時(shí)火焰焰流速率大，粉末沉積速率快，與基體碰撞扁平化變形充分，顆粒與顆粒之間結(jié)合更為緊密，因而結(jié)合強(qiáng)度更高；另一方面，粉末原料中的Co，Mo，Cr，以及ε-Co相、Co-Mo相和Co-Cr相熔點(diǎn)范圍為1495～2623 ℃，不僅低于HVOF的焰流溫度3000～4000 ℃，更遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于等離子焰流中心高達(dá)15000 ℃以上的溫度.在T800涂層噴涂時(shí)，噴涂粒子在飛行過程中均極易與空氣中的氧發(fā)生反應(yīng)生成氧化物為Laves相CoMoSi和Co3Mo2Si[4].因APS的焰流溫度高，焰流速度慢，導(dǎo)致粒子高溫停留時(shí)間長，與空氣中氧接觸時(shí)間也更長，產(chǎn)生氧化物的概率較HVOF制備的T800涂層多，所以APS制備的涂層氧化物更多，特別是層間氧化物.這些氧化物的存在，降低了涂層間的結(jié)合強(qiáng)度.因此APS制備的T800涂層結(jié)合強(qiáng)度低于HVOF制備的T800涂層.

表5 T800涂層的結(jié)合強(qiáng)度

3 結(jié) 論

采用HVOF和APS兩種工藝制備的T800涂層均與基體間形成良好的以機(jī)械咬合為主的界面結(jié)合，涂層組織均勻；與APS制備的T800涂層相比，HVOF制備的T800涂層孔隙率略低，表面硬度HR15N略高，結(jié)合強(qiáng)度較高.