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(cè)，閥芯球體已經(jīng)過(guò)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(guó) 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(cè)試
采用維氏顯微硬度汁測(cè)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(cè)量方法》規(guī)定，加載時(shí)間 5s，飽載時(shí)間 10s，何個(gè)試樣連續(xù)測(cè)定 5 個(gè)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(wàn)能摩擦磨損試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行，根據(jù) ASTM-G99-2004 《銷(xiāo)盤(pán)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(xiāo)（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(pán)（Φ60mm×15mm)，在試驗(yàn)前試樣均經(jīng)過(guò)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(dòng)速度 4.6m/s，滑動(dòng)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(jué)銷(xiāo)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(cè)量?jī)x測(cè)量盤(pán)試樣磨損表面凹坑寬度和深度，通過(guò)計(jì)算得到銷(xiāo)和盤(pán)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(cè)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(gè)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)。