第37卷第11期 2016年11月
焊接学报
TRANSACTIONS OF THE CHINA WELDING INSTITUTION
Vol.37No.11 November2016
温度对铜表面喷涂层冷热疲劳性的影响及失效机理
李惠，焦雷，李建生，何昌林（1.江苏科技大学先进焊接技术省级重点实验室，镇江212003：
2.江苏大学材料科学与工程学院，镇江212003）
摘要：文中用等离子喷涂在CuCo2Be表面制备了Cr3C2-NiCr涂层，并分别在500,550,600,650℃进行热震试验，研究温度对其疲劳寿命的影响：选用XRD，SEM，EDS等研究了涂层及化合物相的形成、不同温度热震后涂层内、外表面的微观形貌、氧化产物等。结果表明，涂层呈现层状，化合物为角状Cr3C2-NiCr，涂层与界面的结合以机械结合为主；XRD分析发现涂层中形成了一定非晶相，热震后涂层中存在铜、镍氧化物.分析其热震失效机制为：500℃时主要是热膨胀系数突变引起的应力与氧化共同作用；随热震温度升高，涂层与基体结合处应力增大，涂层失效机制逐步转变为应力主导失效
关键词：等离子喷涂；Cr3C2-NiCr涂层；高温热震；失效机理
中图分类号：TG174.443 0序言
文献标识码：A
文章编号：0253360X(2016)11007905
1试验方法
CuCo,Be因其导电、导热性稳定，在电力、钢铁冶金等行业大量使用，大部分CuCo,Be制品在工作的过程中要经受极端的服役条件，如巨大的温度梯度和反复的热应力、钢液的热侵蚀，其表面易发生软化，热裂、磨损、剥落、划伤和腐蚀1-4]，致使使用寿命及可靠性大大降低选择恰当的方法对CuCo,Be 进行表面喷涂，在保留原有特性的基础上使其具有更高的抗高温氧化能力、高温硬度、磨性及耐钢液腐蚀的能力，延长CuCo,Be制品的使用寿命，达到降低生产成本，节约资源的目的比如在服役条件下， CuCo,Be结晶器内套表面涂层会处于交替加热和冷却的环境中，因此涂层能否在不断的加热和冷却环境中长时间保持与基体间紧密的结合而不失效是衡量其优良性能的重要指标之一．文中选用等离子喷涂技术，成功在CuCo,Be的表面制备了厚度大于 0.3mm的Cr,Cz-NiCr涂层．Cr,Cz-NiCr金属陶瓷涂层具有耐高温，耐磨损的特性，涂层组织比较致密，是比较理想的高温用涂层[5-7]．文中对制备的 Cr,C,-NiCr涂层进行了不同温度下热震试验，研究了涂层在高温冷热疲劳寿命及失效机理，其研究结果将对结晶器用铜材的表面涂层研究与投人生产提供科学依据
收稿日期：2015-12-10
基金项目：国家自然科学基金资助项目（51605206）；江苏省高校自
然两数掘资助项目（14KJD430001）
文中选用的喷涂粉末为70%Cr,C,-30%NiCr粉
末．喷涂用基体材料为自行设计和真空熔炼浇注的 CuCo2Be，成分如表1所示
表1合金化学成分（质量分数，%） Table1Chemical compositions of alloys
Co 2.2
e 0.5
Cu <96.8
其它 <0.5
将经过初加工的基体CuCo,Be材料通过线切割得到厚度约5mm直径约25mm的试样，进行打磨，冲洗去污，喷砂粗化使用的热喷涂设备为Praxair 公司生产的3710型等离子喷涂系统，喷涂工艺参数：功率20kW、送粉速率18min、喷涂距离为 95mm、主气流量58L/min，得到的涂层与基体结合强度为42MPa.
根据航空工业行业标准HB7269-96《热喷涂热障涂层质量检验》，对试样热震性能进行测试.取12 个Cr,C,-NiCr涂层试样，分成4组，每组3个试样，分别在500，550，600，650℃的炉子中进行上述试
验，研究组织、性能和失效机制 2试验结果与分析
Cr3C2-NiCr涂层和界面微观组织结构
2.1
从图1a可看出，涂层最外层表面颗粒粗大，颗