專利名稱：一種對熱噴涂制備碳化鉻金屬陶瓷涂層中碳化物損失的定量表征方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種對熱噴涂制備碳化鉻金屬陶瓷涂層中碳化物損失的定量表征方 法，尤其適合定量表征熱噴涂制備碳化鉻金屬陶瓷涂層過程中碳化物損失機制。
背景技術(shù)：
熱噴涂焰流大多為高溫和氧化氣氛，在熱噴涂碳化物金屬陶瓷涂層過程中過程中 存在因氧化和碳化物顆粒碰撞基體瞬間反彈引起的損失。而金屬陶瓷涂層的磨損性能與其 碳化物大小、含量和分布具有密切關(guān)系。研究表明，熱噴涂碳化鉻金屬陶瓷涂層中碳化物 粒子的含量明顯低于原始噴涂粉末中碳化物粒子的含量，碳化物顆粒在沉積過程中存在氧 化、熔化和反彈引起的損失。通常認為，熱噴涂制備碳化鉻金屬陶瓷涂層過程中碳化物粒 子的損失主要有三途徑，一是金屬陶瓷粉末碰撞基體前在噴涂火焰內(nèi)加速加熱階段由于碳 化物粒子熔化，二是金屬陶瓷粉末碰撞基體瞬間由于碳化物粒子反彈；三是金屬陶瓷粉末 沉積過程由于碳化物氧化損失。然而，對于熱噴涂制備碳化鉻金屬陶瓷涂層過程中碳化物 損失目前還沒有一種定量表征的方法。基于此，本專利發(fā)明了一種基于實驗定量表征熱噴 碳化鉻金屬陶瓷涂層過程碳化物損失的方法，該方法具有易于開展，便捷快速，設(shè)備工藝簡 單。本發(fā)明對研究熱噴涂制備碳化鉻金屬陶瓷涂層過程中粒子沉積行為，定量表征不同階 段和原因引起的碳化物損失提供了研究方法和理論基礎(chǔ)，對優(yōu)化熱噴涂工藝參數(shù)，控制沉 積涂層過程中的碳化物硬質(zhì)相的損失，制備高耐磨損的金屬陶瓷涂層具有重要意義。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明其目的就在于提供一種對熱噴涂制備碳化鉻金屬陶瓷涂層中碳化物損失 的定量表征方法，是尋找一種能對熱噴涂制備碳化鉻金屬陶瓷涂層過程中三種形式碳化物 損失量定量表征的方法，具有工藝簡單，易于實現(xiàn)的特點，可快速、靈活、方便地定量表征熱 噴碳化鉻金屬陶瓷涂層過程中不同階段的碳化物損失。實現(xiàn)上述目的而采取的技術(shù)方案，包括(1)運用背散射的成像照片和各種碳化物襯度不同，利用定量金相法定量統(tǒng)計在
基體上噴涂涂層的碳化物的體積分數(shù)，fVMe2，fVCr7C3' fvCr23C6 ；(2)運用與基體噴涂條件相同確定的粒子飛行過程中因氧化失碳量ACY、Cr3C2和 c的分子量M&3C2、MC，可由公式(1)，求出由氧化引起的碳化物損失的重量分數(shù)Afw&3C2Y:AfWCr 3C2r = ACr( 1 >(3)粒子與基體碰撞瞬間碳化物反彈引起的碳化物重量損失分數(shù)(Afraw)，可根據(jù) Cr3C2、Cr7C3、Cr23C6和C的分子量(Mtt3C2、Mtt7ra、M&23C6、Mc)和粒子與基體碰撞瞬間碳化物 反彈引起的失碳量ACK，運用公式(2)確定
權(quán)利要求
一種對熱噴涂制備碳化鉻金屬陶瓷涂層中碳化物損失的定量表征方法，其特征在于，包括(1)運用背散射的成像照片和各種碳化物襯度不同，利用定量金相法定量統(tǒng)計在基體上噴涂涂層的碳化物的體積分數(shù)，fVCr3C2，fVCr7C3，fVCr23C6(2)運用與基體噴涂條件相同確定的粒子飛行過程中因氧化失碳量ΔCY、Cr3C2和C的分子量MCr3C2、MC，可由公式(1)，求出由氧化引起的碳化物損失的重量分數(shù)ΔfWC3C2Y <mrow><mi>&Delta;</mi><msub> <mi>f</mi> <mrow><mi>WCr</mi><mn>3</mn><mi>C</mi><mn>2</mn><mi>Y</mi> </mrow></msub><mo>=</mo><mi>&Delta;</mi><msub> <mi>C</mi> <mi>Y</mi></msub><mfrac> <msub><mi>M</mi><mrow> <msub><mi>Cr</mi><mn>3</mn> </msub> <msub><mi>C</mi><mn>2</mn> </msub></mrow> </msub> <mrow><mn>2</mn><msub> <mi>M</mi> <mi>C</mi></msub> </mrow></mfrac><mo>-</mo><mo>-</mo><mo>-</mo><mrow> <mo>(</mo> <mn>1</mn> <mo>)</mo></mrow> </mrow>(3)粒子與基體碰撞瞬間碳化物反彈引起的碳化物重量損失分數(shù)(ΔfCRW)，可根據(jù)Cr3C2、Cr7C3、Cr23C6和C的分子量(MCr3C2、MCr7C3、MCr23C6、MC)和粒子與基體碰撞瞬間碳化物反彈引起的失碳量ΔCR，運用公式(2)確定 <mrow><mi>&Delta;</mi><msub> <mi>f</mi> <mi>CRW</mi></msub><mo>=</mo><mi>&Delta;</mi><msub> <mi>C</mi> <mi>R</mi></msub><mrow> <mo>(</mo> <msub><mi>f</mi><mrow> <mi>VCr</mi> <mn>3</mn> <mi>C</mi> <mn>2</mn></mrow> </msub> <mfrac><msub> <mi>M</mi> <mrow><msub> <mi>Cr</mi> <mn>3</mn></msub><msub> <mi>C</mi> <mn>2</mn></msub> </mrow></msub><mrow> <mn>2</mn> <msub><mi>M</mi><mi>C</mi> </msub></mrow> </mfrac> <mo>+</mo> <msub><mi>f</mi><mrow> <mi>VCr</mi> <mn>7</mn> <mi>C</mi> <mn>3</mn></mrow> </msub> <mfrac><msub> <mi>M</mi> <mrow><mi>Cr</mi><mn>7</mn><mi>C</mi><mn>3</mn> </mrow></msub><mrow> <mn>3</mn> <msub><mi>M</mi><mi>C</mi> </msub></mrow> </mfrac> <mo>+</mo> <msub><mi>f</mi><mrow> <mi>VCr</mi> <mn>23</mn> <mi>C</mi> <mn>6</mn></mrow> </msub> <mfrac><msub> <mi>M</mi> <mrow><mi>C</mi><mn>23</mn><mi>C</mi><mn>6</mn> </mrow></msub><mrow> <mn>6</mn> <msub><mi>M</mi><mi>C</mi> </msub></mrow> </mfrac> <mo>)</mo></mrow><mo>-</mo><mo>-</mo><mo>-</mo><mrow> <mo>(</mo> <mn>2</mn> <mo>)</mo></mrow> </mrow>(4)根據(jù)基體上沉積涂層中碳含量CS和Cr3C2、Cr7C3、Cr23C6(MCr3C2、MCr7C3、M Cr23C6、和C的分子量(MC)以及三種碳化物的體積分數(shù)(fVCr3C2，fVCr7C3，fVCr23C6)，運用公式(3)可獲得涂層中碳化物的理論重量分數(shù)，即碳全部以碳化物形式存在條件下的碳化物重量分數(shù)fCCW； <mrow><msub> <mi>f</mi> <mi>CCW</mi></msub><mo>=</mo><msub> <mi>C</mi> <mi>S</mi></msub><mrow> <mo>(</mo> <mfrac><msub> <mi>M</mi> <mrow><msub> <mi>Cr</mi> <mn>3</mn></msub><msub> <mi>C</mi> <mn>2</mn></msub> </mrow></msub><mrow> <mn>2</mn> <msub><mi>M</mi><mi>C</mi> </msub></mrow> </mfrac> <msub><mi>f</mi><mrow> <mi>VCr</mi> <mn>3</mn> <mi>c</mi> <mn>2</mn></mrow> </msub> <mo>+</mo> <mfrac><msub> <mi>M</mi> <mrow><mi>Cr</mi><mn>7</mn><mi>C</mi><mn>3</mn> </mrow></msub><mrow> <mn>3</mn> <msub><mi>M</mi><mi>C</mi> </msub></mrow> </mfrac> <msub><mi>f</mi><mrow> <mi>VCr</mi> <mn>7</mn> <mi>C</mi> <mn>3</mn></mrow> </msub> <mo>+</mo> <mfrac><msub> <mi>M</mi> <mrow><mi>Cr</mi><mn>23</mn><mi>C</mi><mn>6</mn> </mrow></msub><mrow> <mn>6</mn> <msub><mi>M</mi><mi>C</mi> </msub></mrow> </mfrac> <msub><mi>f</mi><mrow> <mi>VCr</mi> <mn>23</mn> <mi>C</mi> <mn>6</mn></mrow> </msub> <mo>)</mo></mrow><mo>-</mo><mo>-</mo><mo>-</mo><mrow> <mo>(</mo> <mn>3</mn> <mo>)</mo></mrow> </mrow>(5)根據(jù)涂層中三種碳化物體積分數(shù)(fVCr3C2，fVCr7C3，fVCr23C6)和密度(ρVCr3C2，ρCr7C3，ρCr23C6)、粘結(jié)相的密度(ρNiCr)及涂層的氣孔率(P)，用式(4)可折算出涂層中碳化物的重量分數(shù)fCVW； <mrow><msub> <mi>f</mi> <mi>CVW</mi></msub><mo>=</mo><mfrac> <mn>1</mn> <mrow><mrow> <mo>(</mo> <mn>1</mn> <mo>+</mo> <mfrac><mrow> <msub><mi>&rho;</mi><mi>NiCr</mi> </msub> <mrow><mo>(</mo><mn>1</mn><mo>-</mo><msub> <mi>f</mi> <mrow><mi>VCr</mi><mn>3</mn><mi>C</mi><mn>2</mn> </mrow></msub><mo>-</mo><msub> <mi>f</mi> <mrow><mi>VCr</mi><mn>7</mn><mi>C</mi><mn>3</mn> </mrow></msub><mo>-</mo><msub> <mi>f</mi> <mrow><mi>VCr</mi><mn>23</mn><mi>C</mi><mn>6</mn> </mrow></msub><mo>)</mo> </mrow></mrow><mrow> <msub><mi>&rho;</mi><mrow> <mi>cr</mi> <mn>3</mn> <mi>c</mi> <mn>2</mn></mrow> </msub> <msub><mi>f</mi><mrow> <mi>VCr</mi> <mn>3</mn> <mi>C</mi> <mn>2</mn></mrow> </msub> <mo>+</mo> <msub><mi>&rho;</mi><mrow> <mi>cr</mi> <mn>7</mn> <mi>c</mi> <mn>3</mn></mrow> </msub> <msub><mi>f</mi><mrow> <mi>VCr</mi> <mn>7</mn> <mi>C</mi> <mn>3</mn></mrow> </msub> <mo>+</mo> <msub><mi>&rho;</mi><mrow> <mi>cr</mi> <mn>23</mn> <mi>c</mi> <mn>2</mn></mrow> </msub> <msub><mi>f</mi><mrow> <mi>VCr</mi> <mn>23</mn> <mi>C</mi> <mn>6</mn></mrow> </msub></mrow> </mfrac> <mo>)</mo></mrow><mrow> <mo>(</mo> <mn>1</mn> <mo>-</mo> <mi>P</mi> <mo>)</mo></mrow> </mrow></mfrac><mo>-</mo><mo>-</mo><mo>-</mo><mrow> <mo>(</mo> <mn>4</mn> <mo>)</mo></mrow> </mrow>(6)根據(jù)按照碳含量折算的碳化物重量分數(shù)(fCCW)與體積分數(shù)折算的重量分數(shù)(fCVW)，運用式(4)可求出碳化鉻金屬陶瓷涂層沉積過程中，因碳化鉻顆粒熔化引起的碳化鉻含量減小的重量分數(shù)，ΔfCMWΔfCMW＝fCCW fCVW。(5)
2.根據(jù)權(quán)利要求書1所述的一種對熱噴涂制備碳化鉻金屬陶瓷涂層中碳化物損失的 定量表征方法，其特征在于，所述的熱噴涂方法可以是超音速火焰噴涂、等離子噴涂、爆炸 噴涂或普通火焰噴涂。
全文摘要
本發(fā)明公開一種對熱噴涂制備碳化鉻金屬陶瓷涂層中碳化物損失的定量表征方法，公開了一種基于實驗定量表征熱噴涂制備碳化鉻金屬陶瓷涂層過程中因氧化、熔化和反彈引起的碳化物損失的方法，該發(fā)明工藝簡單，易于實現(xiàn)。可快速、靈活、方便地定量表征熱噴碳化鉻金屬陶瓷涂層過程中不同階段的碳化物損失。本發(fā)明表述的方法對于定量表征噴涂工藝條件對熱噴涂碳化鉻金屬陶瓷涂層的形成過程碳化物損失的影響規(guī)律，優(yōu)化涂層結(jié)構(gòu)和噴涂工藝參數(shù)，制備高耐磨損金屬陶瓷涂層提供研究方法與理論支撐。
文檔編號G01N5/04GK101979998SQ20101028510
公開日2011年2月23日 申請日期2010年9月17日 優(yōu)先權(quán)日2010年9月17日
發(fā)明者宋杰光, 王洪濤, 紀崗昌 申請人:九江學院