热处理对超音速火焰喷涂增材制造金属基复合材料流道微观结构和空蚀性能的影响

| 3DScienceValley · 2023/08/12

以下文章来源于稀有金属RareMetals ，作者方凯

超音速火焰喷涂（HVOF）能够制备金属陶瓷复合涂层，是一种潜在的增材制造技术（AM）技术。

在《稀有金属》期刊发表的《热处理对超音速火焰喷涂增材制造9Cr18Ni12/WC10Co4Cr流道微观结构和空蚀性能的影响》一文中，研究团队以9Cr18Ni12和WC10Co4Cr粉末为原材料，采用HVOF制备9Cr18Ni12/WC10Co4Cr金属基复合材料流道，通过X射线衍射仪（XRD）、扫描电子显微镜（SEM）、显微硬度仪及超声波空蚀试验等方法分析了热处理对金属基复合材料流道的相成分、微观组织结构、硬度及耐空蚀性能的影响。

结果表明，流道的平均孔隙率为1.34%，经热处理后升高至3.40%。在热处理后复合材料流道的相组成与喷涂态相比没有出现新相，内部颗粒边界由于热处理发生了边界熔合现象。复合材料流道的显微硬度为HV0.3（394.8±47.3），该值随热处理温度变化幅度较小。在进行热处理之后，复合材料流道在空蚀试验中的质量累积损失从（6.2±0.08）mg下降到（3.6±0.06）mg，表明热处理显著提高了金属基复合材料流道的耐空蚀性能。该研究为探索一种新的金属基复合材料增材制造技术提供了基础实验数据。

图文速览

图1 9Cr18Ni12粉末和WC10Co4Cr粉末的表面形貌（SEM图像）和粒度分布
Fig.1 SEM images of surface morphology （a，c） and particle size distribution（b，d）of 9Cr18Ni12 powder（a，b）and WC10Co4Crpowder（c，d）

图2 9Cr18Ni12/WC10Co4Cr复合材料流道的宏观形貌

Fig.2 Macroscopic morphology of 9Cr18Ni12/WC10Co4Cr composite flow channels

图3 9Cr18Ni12/WC10Co4Cr复合材料流道横截面显微组织、颗粒边界和晶粒结构的SEM图像

Fig.3 SEM images of cross-sectional microstructure（a），particle boundaries（b）and grain structure（c）of 9Cr18Ni12/WC10Co4Crcomposite flow channels

图4 热处理后 9Cr18Ni12/WC10Co4Cr 复合材料的横截面显微组织和晶粒结构（SEM图像）

Fig.4 SEM images of cross-sectional microstructure（a）and grain structure（b）of 9Cr18Ni12/WC10Co4Cr composite with heat treatment

图5　粉末原材料和 9Cr18Ni12/WC10Co4Cr 复合材料的XRD图谱

Fig.5 XRD patterns of powder raw materials and 9Cr18Ni12/WC10Co4Cr composites

图6 原材料混合粉末和 9Cr18Ni12/WC10Co4Cr 复合材料流道的显微硬度图

Fig.6 Microhardness of feed stock mix powder and 9Cr18Ni12/WC10Co4Cr composites

图7 8h空蚀试验后喷涂态和热处理后9Cr18Ni12/WC10Co4Cr复合材料的表面形貌（SEM图像）

Fig.7 SEM images of surface morphology of as-printed（a，b）and heat-treated（c，d）9Cr18Ni12/WC10Co4Cr composite for 8 h of cavitation testing

图8 9Cr18Ni12/WC10Co4Cr 复合材料的空蚀质量损失与侵蚀时间的函数关系

Fig.8 Cavitation mass loss of 9Cr18Ni12/WC10Co4Cr composites as function of erosion time

全文小结

采用HVOF技术增材制造了9Cr18Ni12/WC10Co4Cr复合材料流道，研究了热处理对复合材料流道微观结构和空蚀性能的影响，主要结论如下：
1.HVOF技术可以作为增材制造技术制备MMCs，制备的9Cr18Ni12/WC10Co4Cr复合材料的孔隙率为1.34%，硬度为 HV0.3 （394.8±47.3），喷涂态9Cr18Ni12/WC10Co4Cr 复合材料的累积质量损失为（6.2±0.08）mg。
2. 热处理后9Cr18Ni12/WC10Co4Cr复合材料的孔隙率从1.34% 上升到3.40%，硬度从HV0.3（394.8±47.3）下降到HV0.3（348.1±24.7），累积质量损失为（3.6±0.06）mg。

论文引用信息：

方凯，王晓霞，王欣，刘吉波，刘光，所新坤. 热处理对超音速火焰喷涂增材制造9Cr18Ni12/WC10Co4Cr流道微观结构和空蚀性能的影响 [J]. 稀有金属，2022，47(5): 778-786.

Fang Kai，Wang Xiaoxia，Wang Xin，Liu Jibo，Liu Guang，Suo Xinkun.

Microstructures and Cavitation Erosion Properties of 9Cr18Ni12/WC10Co4Cr Flow Channelsby High-Velocity Oxygen Fuel Spray Additive Manufacturing with Heat Treatment [J]. Chinese Journal of Rare Metals, 2022, 47(5): 778-786.

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