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本课题采用超音速火焰热喷涂技术在45#钢表面制备不同CeO2添加剂含量的WC/12Co金属陶瓷涂层,通过试验分析来研究其组织结构及力学性能,阐明稀土元素对该系涂层的改性规律,寻找最佳稀土添加剂含量。根据试验进程及前期试验结果,课题的研究内容分成两个阶段,即涂层成分初选试验和最终对比试验。前一阶段应用国产的超音速火焰喷涂设备制备了稀土含量分别为0wt.%、0.5wt.%、1.0wt.%、1.5wt.%、2.0wt.%的五种WC/12Co涂层进行初选试验。对五种初选涂层进行了物相分析,并测试了气孔率、硬度及摩擦磨损性能。结果表明:由于试验设备和操作技术的限制,涂层气孔率普遍较高,导致硬度与耐磨性低下。但尽管如此,五种涂层均未出现明显的脱碳现象,并且随着CeO2添加量的增加,涂层硬度呈现先增加后稍有下降的趋势,磨损失重量呈现不断下降的趋势,说明稀土对涂层有明显的改性作用。为进一步寻找稀土加入的最佳含量,初步选定添加量为1.5wt.%、2.0wt.%的两种综合性能较好的涂层与未添加稀土的涂层进行最终对比试验。第二阶段采用国外进口的超音速火焰喷涂设备制备了稀土添加量为0wt.%、1.5wt.%、2.0wt.%的三种涂层,并对三种涂层进行了物相分析、显微组织分析、气孔率及力学性能测试。对三种涂层的XRD物相分析表明,稀土元素的加入有效抑制了WC的脱碳,故涂层未出现明显的氧化脱碳现象。对三种涂层显微组织分析表明,涂层的致密度相对较高,涂层具有明显的层状结构,呈现块状的WC颗粒在粘结相Co中的弥散分布状态,稀土元素的加入抑制了晶粒长大,细化了显微组织;界面结合处的显微组织分析表明,涂层与基体的结合较好;涂层结合处的线扫描分析结果表明,WC、Co和CeO2在涂层中分布均匀,未出现明显的偏聚现象。力学性能测试结果表明:较之于不添加稀土的W′0涂层,两种经稀土改性的WC/12Co涂层的力学性能均有明显提高,尤其是添加量为1.5wt.%的W′3涂层,其显微硬度提高了42%,弹性模量提高了14.9%,结合强度提高了9.4%;对三种涂层进行了摩擦磨损试验及盐雾腐蚀试验。摩擦磨损试验结果表明,稀土添加量为1.5.wt%的W′3涂层具有较好的耐磨性,粘结相的犁削和硬质相的剥落是主要的磨损机制;盐雾腐蚀结果表明,W′3涂层表面存在较少的腐蚀坑,具有较好的耐蚀性能。综上所述,从最终对比试验中所研究的三种成分涂层的综合性能对比来看,CeO2在WC/12Co涂层中的添加量为1.5wt.%时最优。