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喷涂工艺参数对纳米NiCrWC涂层与基体间结合强度的影响
一、研究背景
纳米NiCrWC涂层是一种高性能的表面处理技术，它能够在机械零件表面形成一层高硬度、优异抗腐蚀性能、高耐磨损、高温度稳定性等特性的涂层。因此，它被广泛应用于航空航天、汽车、机械制造、电子等行业领域。然而，如何提高涂层与基体之间的结合强度已经成为研究的热点问题之一。因此，喷涂工艺参数对纳米NiCrWC涂层与基体间结合强度的影响研究显得尤为重要。
二、实验过程
本研究采用电子束物理气相沉积（EB-PVD）的方法，制备出纳米NiCrWC涂层。并研究其与基体间的结合强度随不同喷涂工艺参数的变化而变化的规律。
1.实验材料
基材：Q235碳钢板（特别钢板）；
涂层材料：NiCrWC；
抛光液：0.05μm级别氧化铝磨粉；
试验设备：金相显微镜、扫描电镜、拉力试验机、大气参数分析仪、显微硬度计等。
2.实验设计
本研究共设计了三组实验，分别探究了不同的喷涂工艺参数（喷涂距离、进料速度、喷涂气压、扫描速度）对纳米NiCrWC涂层与基体间结合强度的影响。
3.实验步骤
(1)准备工作：将Q235碳钢板切成10mm×10mm×2mm大小，然后使用不同的抛光液对其进行抛光处理。同时，使用EB-PVD方法进行涂层制备。
(2)表征分析：使用金相显微镜和扫描电镜对涂层和基体进行微观表征；采用拉力试验机对样品进行拉伸实验，研究纳米NiCrWC涂层和基材之间的结合强度；同时，使用显微硬度计研究涂层和基材的硬度性质。
(3)结果分析：根据所得实验数据，对不同的喷涂工艺参数进行分析，并探讨其对结合强度的影响规律。
三、实验结果与分析
1.对喷涂距离的影响
(1)实验结果：当喷涂距离为100mm时，涂层质量最佳，化学成分与制备条件也得到了最优化。
(2)结果分析：当喷涂距离太近时，能量太高，容易烧掉涂层的WC颗粒；而当喷涂距离太远时，能量过低，涂层的WC颗粒将不能良好地附着在基材表面上。因此，最优喷涂距离应在100mm。
2.对进料速度的影响
(1)实验结果：当进料速度为2g/min时，NiCrWC颗粒容易在靠近基材表面的位置附着，并获得均匀的覆盖。
(2)结果分析：当进料速度增大时，颗粒将撞击基材表面造成压力波，并使喷涂质量不稳定，因此最佳进料速度为2g/min。
3.对喷涂气压的影响
(1)实验结果：在喷涂气压为0.35Pa时，使得NiCrWC颗粒的惯性最大，对基材表面的撞击能量也最高。
(2)结果分析：当气压过低时，喷涂能量不足，表面覆盖不均，涂层的凝固不完全，表面质量较差；而当气压过高时，喷涂能量过大，导致WC颗粒过早熔化，表面粗糙度增加，涂层两相界面不完全融合，结合强度下降。因此，最佳气压应为0.35Pa。
4.对扫描速度的影响
(1)实验结果：当扫描速度为10cm/min时，涂层表面光滑，充分融合，同时表面均匀性良好。
(2)结果分析：当扫描速度过慢时，会增加热输入和热影响区域，导致涂层颗粒不均匀分布，结合强度下降。而当扫描速度过快时，涂层表面形成的能量不足以将颗粒吸附到基材表面，导致涂层质量不稳定。因此，最佳的扫描速度为10cm/min。
四、结论
本研究通过实验方法，研究了喷涂工艺参数对纳米NiCrWC涂层与基体间结合强度的影响。结果表明：最优喷涂距离为100mm，最佳进料速度为2g/min，最佳喷涂气压应为0.35Pa，最佳扫描速度为10cm/min。此外，研究表明，涂层的结合强度与颗粒分布、涂层厚度、两相界面融合情况、基材表面形态等因素都有很大的关联。
五、研究展望
本实验涵盖的工艺参数虽然较多，但并没有将所有可能会影响涂层结合强度的参数都纳入研究范围。因此，未来研究可以进一步探究与涂层结合强度相关的其他工艺参数，以便得到更精确的结论。此外，在工艺优化的基础上，研究纳米NiCrWC涂层在实际工况下的表现，可以更好地评估其应用的潜力和限制。