《表1 涂层成分能谱分析 (原子分数, %)》

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《超音速火焰喷涂多尺度WC-17Co粉末制备的金属陶瓷涂层的组织结构与性能》

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图5为在氧气流量322—543 L/min条件下所制备的WC-17Co金属陶瓷涂层截面形貌图。从图5a—c中可以看出，涂层组织形貌呈典型的层状结构，在氧气流量为322 L/min时（见图5a），涂层中存在明显的孔洞（如图5a中白色双箭头所示），较少的多角形WC陶瓷颗粒（如图5a中白色箭头所示）分布在少量的灰黑色Co相中（如图5a中白色直线所示），该参数下涂层的主要组织为熔融后粒子沉积碰撞后呈现的灰色扁平状粒子。通过对涂层（图5a）进行点扫能谱分析发现（点扫能谱分析如表1所示），该扁平状粒子为三元非晶相Co3W3C（如图5a中黑色箭头和能谱点1所示）[13]。结合喷涂粒子测温测速结果可得，在氧气流量为322 L/min时，粒子受热温度最高（ （2 018±137）℃） 、速度最低（ （351±28）m/s） ，因此在喷涂过程中WC粒子受热分解形成近似圆形的W2C相（如图5a中黑色双箭头和能谱点2所示）和枝晶或长条状的W（如图5a中黑色直线和能谱点3所示），并且W、C原子与Co粘结相之间发生了非晶反应形成Co3W3C相[13-14]，同时由于Co3W3C非晶相的硬脆特性及扁平粒子沉积后冷却速度较快，Co3W3C沉积在涂层基体过程中会造成大量飞溅及体积收缩，从而导致涂层中存在较多的孔洞（如图5a中白色双箭头所示），甚至Co3W3C扁平粒子间界面结合较差，出现缝隙（如图5a中黑色中空箭头所示）。随着氧气流量增加至402 L/min时（见图5b），涂层中WC分解降低，结合XRD测试结果及能谱分析可知，该参数下涂层中仍存在由于WC分解形成的W（如图5b中黑色直线所示）、W2C（如图5b中黑色双箭头所示）和Co3W3C相（如图5b中黑色箭头所示），以及Co3W3C非晶相冷却收缩导致界面结合较弱形成的缝隙（如图5b中黑色中空箭头所示）。但从图5b中可发现涂层中的孔洞（白色双箭头所示）大小及含量明显降低。这一结果说明，在氧气流量为402 L/min时，粒子受热温度（ （1 889±167）℃） 下降及粒子速度提高（ （387±58）m/s） 有利于降低WC分解及形成更为致密的涂层组织结构。当氧气流量增加至482 L/min时（见图5c），粒子温度进一步降低（ （1 641±118）℃） 及速度提高（ （415±17）m/s） ，因此该参数下涂层中WC相（如图5c中白色箭头所示）含量明显增加，仅形成少量的W（如图5c中黑色直线所示）、W2C（如图5c中黑色双箭头所示）和Co3W3C相（如图5c中黑色箭头所示），这一结果与该参数下（氧气流量482 L/min）XRD物相分析结果一致，同时该参数下涂层的孔洞（如图5c中白色双箭头所示）及扁平粒子间的缝隙（如图5c中黑色中空箭头所示）明显减少。在氧气流量为543 L/min时（如图5d所示），涂层中主要以WC相为主（如图5d中白色箭头所示），仅含有少量的W2C（如图5d中黑色双箭头所示），这一结果与该参数下（氧气流量543 L/min）涂层物相分析结果一致，同时涂层中陶瓷相粒子与Co粘结相之间结合良好，涂层具有最优的致密性，涂层的截面粒子间形态（见图5d）与多尺度WC-17Co粒子截面类似（见图1b），分析原因主要是随着氧气流量增加，该参数下喷涂粒子受热温度最低（ （1 456±183）℃） 和粒子速度最高（ （440±39）m/s） ，因此在喷涂过程中喷涂粒子受热分解少，以致在涂层中仍以WC相为主。通过采用图像法对四种涂层（氧气流量322—543 L/min）的孔隙率进行测试可得，四种涂层孔隙率分别为2.51%、0.75%、0.62%和0.34%。对四种氧气流量下制备涂层的组织形貌进行综合分析可得，随着氧气流量逐渐增加，多尺度WC-17Co喷涂粒子受热温度逐渐降低，速度逐渐增加。因此在喷涂过程中喷涂粒子受热分解影响逐渐下降，以致在氧气流量为543 L/min时涂层中主要以WC相为主；同时随着氧气流量增加，在喷涂过程中喷涂粒子中参与非晶反应的Co相逐渐减少，使得含有较多Co粘结相的熔融粒子撞击在涂层基体表面时扁平粒子流动性较好，可以更好地填充孔洞及使得粒子间界面结合更好，同时含有较多WC颗粒的熔融粒子也可不断撞击夯实已沉积涂层，导致涂层致密性逐渐提高。