WC-Co系金属KNM60陶瓷涂层简介：

WC-Co系金属陶瓷为最常用的耐磨硬质合金涂层材料，涂层制备方法包括爆炸喷涂、等离子喷涂与高速火焰喷涂法。高速火焰喷涂法（HVOF)又称超音速火焰喷涂法。WC-C〇硬质合金涂层的结构取决于初始粉末的结构、喷涂工艺方法与具体工艺参数。随着HVOF技术的发展，等离子喷涂制备WC-Co涂层工艺已经逐渐被HVOF所取代，因为HV-OFWC-Co涂层的耐磨损性能明显优于等离子喷涂层。

图（一）金属陶瓷涂层制作的混料搅拌叶片

WC-Co系金属陶瓷涂层钴的作用：

如前所述，常用钴基WC-Co系喷涂合金的成分为含Co(质量分数）12%与17%两类，而早期的爆炸喷涂用粉末的Co含量为9%～11%，钴包覆大颗粒WC粉末的Co含量为18%。尽管粉末的成分相同，因制备方法与工艺不同，粉末的结构会明显不同，由此制备的涂层的结构与性能也将明显不同。图24所示4种制备工艺获得的4种粉末的XRD衍射图谱，尽管，a型与b型粉末的制备方法与成分相同，但其粘接相分别为复合碳化物（W3C〇3C，又称η相）与金属钴相，这两种粉末均呈现致密的断面结构，即WC硬质颗粒被粘结相致密地连接在一起。c型粉末则是由金属Co将WC颗粒松散地聚合在一起，另一方面，d型粉末属于典型的钴包WC粉末，在较大颗粒的WC表面包覆了一层金属钴。

图24四种不同结构WC-CO粉末制备的HYVOF涂层的XRD图谱

图25为用4种粉末采用HVOF制备的涂层的断面组织，喷涂采用Jet-Kote喷枪系统。由图可见，4种粉末制备的涂层都呈现致密的断面组织，尽管颗粒含量不同，但WC颗粒均勻分布在涂层断面。对涂层晶体结构分析表明（图26），尽管涂层都呈现非常致密的断面组织，但涂层中的WC硬质颗粒的含量与粘接相的结构明显不同。a型粉末经HVOF喷涂后，涂层中出现了大量的金属钨与W2C，同时存在部分卩相，说明喷涂过程中大量的WC发生了分解。另一方面，d型粉末制备的涂层的X射线图谱中出现了显著的漫散射峰，这种漫散射峰表明了涂层中形成了大量的非晶相，在其上叠加着WC的峰。比较图25所示的断面组织，在d型粉末制备的涂层中基体相分布着WC颗粒，说明XRD所示的非晶相对应于涂层中的粘接相。观察其他粉末制备的涂层的XRD谱发现，在其他涂层中也产生了以金属Co的衍射主峰为中心的漫散射峰，这是由于在喷涂过程中，熔化的粘结相溶解了部分WC，在粒子碰撞基体后的急冷过程形成了非晶相。

由d型粉末制备涂层时，由于大颗粒的固态WC颗粒碰撞基体不能被粘接相所凝聚，将产生反弹脱落，致使碳化物发生损失。

比较a型粉末与b型粉末的成分与结构可以看出，两者差别主要在于a型粉末中的粘接相为η相，而b型粉末中的粘接相为金属钴。在同样喷涂条件下，以T)相为粘接相的粉末中的WC颗粒的分解要比以钴为粘接相中的WC分解严重的多。为了确认粘接相的影响采用高速等离子喷涂制备了4种WC-Co涂层，分析了涂层结构特征。采用4种粉末用等离子喷涂的涂层的XRD图谱表明，除了d型粉末制备的涂层与HVOF显著不同外，其他粉末制备的涂层均表现出与HVOF喷涂同样的特征。成分相同的a型与b型在等离子喷涂时，同样表现出a型粉末极易发生WC分解的特征，而b型粉末喷涂时的分解很有限。

图（二）金属表面喷砂后再喷涂碳化钨陶瓷涂层，北京耐默公司有两个喷砂房

喷涂过程中WC的分解包括热分解与氧化分解，在常压条件下喷涂时由于同时存在热与氧的作用，较难分清两者的作用。采用低气压惰性（Ar)保护气氛喷涂前述极易分解为金属W的a型粉末，其XRD图谱如图27所示，发现尽管WC也发生了分解，但与图所示的结果相比，只发生了向W2C的分解，进一步向金属钨的分解并没有发生。这一结果意味着热喷涂条件下WC的热分解反应主要为以下反应：

2WC→W2C+C(5.7-2)

而在有氧存在的条件下，将通过下列反应发生向金属钨的转变

W2C+〇2→2W+C〇2(5.7-3)

图25HVOFWC-CO涂层的断面组织

图种WC-CO涂层的XRD图谱

图27采用a型粉末用低气压等离子喷涂涂层的XRD图谱

由于热分解与粉末的加热程度有关，粉末粒子在热源中的加热温度越高，上述反应式（5.7-2)越容易发生。因此，为了降低分解程度，保留更多的硬质耐磨颗粒，需要增加粒子的速度并降低加热程度。HVOF与等离子喷涂相比，温度低而速度高，适合于制备致密而碳化物分解程度较低的硬质合金涂层。