Al2O3-TiO2和WC-Co涂層的耐磨粒磨損性能研究試樣制備及試驗(yàn)方法
1.1 涂層試樣制備
試驗(yàn)采用閥芯球體材料 40Cr13 馬氏體不銹鋼作為噴涂基體材料，尺寸為 Φ60mm×15mm；其化學(xué)成分（以質(zhì)量分?jǐn)?shù)計(jì)，下同）為：0.38% C、0.62% Si、0.80% Mn、0.050% P、0.030% S、12.87% Cr。經(jīng)檢測，閥芯球體已經(jīng)過淬火及低溫回火處理，其組織為回火馬氏體，硬度 512~545HV0.2。
等離子噴涂喂料分別為納米 Al2O3-13% TiO2 與 WC-12% Co 粉末，其粉末粒度為 50~500nm。采用美國 Sulzer2MetCo 大氣等離子噴涂系統(tǒng)及 F42MB 型噴槍制備涂層，2 種涂層的厚度均約為 50µm。
1.2 涂層性能測試
采用維氏顯微硬度汁測量涂層試樣表面的維氏硬度，試樣經(jīng)打磨，拋光。根據(jù) ISO-4516-2002 《金屬涂層維氏與努氏硬度測量方法》規(guī)定，加載時間 5s，飽載時間 10s，何個試樣連續(xù)測定 5 個點(diǎn)，取算術(shù)平均值，兩壓痕中心距離或任一壓痕中心距試樣邊緣的距離不小于 3mm。采用日本 JEOL 公司 JSM-5900 型掃描電子顯微鏡（SEM）觀察涂層橫截面形貌。
摩擦磨損試驗(yàn)采用 MM-Wl 型萬能摩擦磨損試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行，根據(jù) ASTM-G99-2004 《銷盤式摩擦磨損試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)》規(guī)定，上試樣為采用電刷鍍處刷鍍高速鎳鎢鍍層的閥座材料 CY5SnBiM 鎳基合金（ASME 標(biāo)準(zhǔn)材料）銷（Φ5mm×12.7mm)，下試樣為噴涂有 Al2O3-TiO2 與 WC-Co 金屬陶瓷涂層的 40Crl3 鋼盤（Φ60mm×15mm)，在試驗(yàn)前試樣均經(jīng)過精磨，使其表面粗糙度 Ra 為 0.2~0.3µm。試驗(yàn)在大氣條件和干摩擦條件下進(jìn)行，試驗(yàn)溫度為室溫，載荷 20N，滑動速度 4.6m/s，滑動總行程為 1920m。在試驗(yàn)前后，將試樣放人盛有丙酮溶液的燒杯中，在超聲波清洗儀中清洗 3~5min，干燥后用精度為 0.1mg 的賽多利斯 BS224S 電子天平稱覺銷試樣磨損前后的質(zhì)量損失；用精度為 2µm 的 AF-LI 型接觸與非接觸式表面輪廓測量儀測量盤試樣磨損表面凹坑寬度和深度，通過計(jì)算得到銷和盤的磨損體積損失。選用穩(wěn)定階段的平均摩擦系數(shù)作為試驗(yàn)結(jié)果，所有磨損量取 3 次試驗(yàn)結(jié)果的算術(shù)平均值。
根據(jù) ASTM-C633一2001 《熱噴涂涂層結(jié)合強(qiáng)度試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)》規(guī)定，用 WE-50 型液壓拉伸驗(yàn)機(jī)測定涂層與基體的結(jié)合強(qiáng)度。涂層熱震試驗(yàn)是將試樣放入 800℃ 溫度條件下的箱式電熱爐中，保溫 20min，然后取出，放入室溫冷水中迅速冷卻至室溫，如此反復(fù)循環(huán)，進(jìn)行 100 次循環(huán)試驗(yàn)或直到涂層出現(xiàn)脫落現(xiàn)象。觀察每 1 個熱循環(huán)后涂層的變化情況，記錄第 1 次出現(xiàn)裂紋和第 1 次出現(xiàn)脫落現(xiàn)象所經(jīng)歷的熱循環(huán)次數(shù)。