金屬表面噴涂碳化鎢（WC）目的如下：一是增加碳化鎢噴涂與金屬之間的粘接強(qiáng)度，以增加附著力；二是增加碳化鎢噴涂的功能，如防腐蝕、防止磨損和潤(rùn)滑等特殊功能。這主要是由于WC涂層具有良好的附著力、極壓性和耐高溫性，可以有效防止工件表面損壞。但由于受到各方面因素的影響，碳化鎢涂層會(huì)失效。下面我們一起來(lái)了解一下WC涂層失效原因分析。
一、涂層耐磨性能測(cè)試
研究表明，不經(jīng)熱處理WC涂層的耐磨性能優(yōu)于熱處理后的WC涂層。經(jīng)過(guò)5 min磨損后，噴涂態(tài)WC涂層的磨損處于相對(duì)穩(wěn)定的平臺(tái)階段，磨損量隨時(shí)間變化很??；但是，經(jīng)過(guò)熱處理的Almen試片的磨損質(zhì)量卻一直處于上升階段，這表明Almen試片的表面涂層經(jīng)過(guò)熱處理后耐磨性能明顯減弱，磨損過(guò)程中涂層的脫落得不到遏制。
二、微觀分析
磨粒磨損是通過(guò)磨粒的切削作用使被磨工件的表面產(chǎn)生劃痕，進(jìn)而損失工件的自身質(zhì)量。噴涂態(tài)涂層經(jīng)過(guò)磨損后表面只出現(xiàn)很淺的劃痕，表面的顆粒由于磨損過(guò)程中的擠壓而變得致密。這就表明了噴涂態(tài)的涂層有良好的耐磨性能，并且隨著磨損時(shí)間的延長(zhǎng)，涂層的耐磨損性能逐漸穩(wěn)定。在進(jìn)行熱處理后，涂層經(jīng)磨損后表面出現(xiàn)片狀剝落，從而使涂層的自身質(zhì)量有較大損失。并且在隨后的磨損過(guò)程中，片狀剝落處會(huì)出現(xiàn)嚴(yán)重的應(yīng)力集中現(xiàn)象，導(dǎo)致涂層磨損加劇，所以質(zhì)量損失一直處于上升狀態(tài)。
裂紋擴(kuò)展是碳化鎢涂層剝落的主要原因。通過(guò)觀察涂層在受壓情況卜裂紋的擴(kuò)展情況，就可以分析涂層耐磨性能的優(yōu)劣。利用顯微硬度計(jì)在碳化鎢涂層表面壓出菱形壓坑，以便觀察裂紋的擴(kuò)展情況。
在受到菱形壓頭擠壓以后，噴涂態(tài)的涂層表面上未出現(xiàn)明顯的裂紋擴(kuò)展，而熱處理態(tài)的涂層中卻存在明顯的裂紋擴(kuò)展。裂紋的擴(kuò)展取決于涂層所受的應(yīng)力狀態(tài)，這表明熱處理后涂層的應(yīng)力狀態(tài)與噴涂態(tài)相比發(fā)生了變化，并由此引起了涂層性能的變化。
三、涂層內(nèi)應(yīng)力分析
通過(guò)應(yīng)力分析可以看出，熱處理后涂層原有的壓應(yīng)力呈現(xiàn)衰減地變化，這種變化使得涂層的性能隨之改變，在超音速火焰噴涂的WC涂層中，壓應(yīng)力的存在抑制了裂紋的擴(kuò)展，使得該涂層具有優(yōu)異的耐磨性能。但是經(jīng)過(guò)熱處理后，涂層的壓應(yīng)力衰減，使得裂紋的擴(kuò)展相對(duì)容易，并在表面形成片狀脫落，涂層的使用性能受到嚴(yán)重影響。因此，WC涂層在使用過(guò)程中一定要注意溫度控制，并注意采用冷卻介質(zhì)保護(hù)。
總的來(lái)說(shuō)，在磨損過(guò)程中，熱處理態(tài)的涂層表面上存在塊狀的脫落；經(jīng)擠壓后，熱處理態(tài)的涂層出現(xiàn)明顯的連續(xù)狀裂紋；當(dāng)壓應(yīng)力減小時(shí)，碳化鎢涂層上的裂紋很容易擴(kuò)展，進(jìn)而導(dǎo)致耐磨性降低。
