HVOF制备的微纳米结构WC基涂层抗空蚀性能研究

摘要

空蚀现象普遍存在于流体高速相对运动的部件中，空蚀显著地缩短了零件的使用寿命，同时，引起设备的振动，由此造成巨大的经济损失和能源损失。在能源越来越受到重视的今天，过流部件抗空蚀涂层的研究已受到各国科研人员的广泛关注。
　　本文采用燃油型HVOF工艺制备了微纳米WC-10Co-4Cr涂层、微米WC-10Co-4Cr涂层和两种纳米WC-12Co涂层(WC-12Co原晶颗粒分别为原位法和机械合金法制造)，采用燃气型HVOF工艺制备了微纳米WC-10Co-4Cr涂层和微米WC-10Co-4Cr涂层。
　　采用SEM、XRD对微纳米、微米WC-10Co-4Cr粉末、两种纳米WC-12Co粉末及对应的WC基涂层进行了组织结构分析，所有粉末的主要相为WC和Co相，其中微纳米及微米WC-10Co-4Cr粉末存在少量的Co3W3C相；六组WC基涂层熔化状态都较好，涂层与基体结合紧密，其中燃油型HVOF工艺制备的微纳米WC-10Co-4Cr涂层的粒子变形更为充分、涂层组织结构最为致密，WC基涂层的主要相为WC和W2C，其中纳米WC-12Co涂层（WC-12Co原晶为原位法制造）脱碳较为严重，生成一定量W相，其余WC基涂层没有明显的脱碳现象。
　　采用“HVS-1000”数显显微硬度计测量了涂层的显微硬度，采用Axiovet40 MAT扫描电镜显微镜和IQmaterials软件测试了涂层的孔隙率，采用华银HV5型小负荷维氏硬度计测量了涂层的开裂韧性，采用CorrTest电化学测试系统测试了六组涂层的抗腐蚀性能，研究表明，燃油型HVOF工艺制备涂层的显微硬度、孔隙率以及开裂韧性都明显强于燃气型HVOF工艺制备涂层，不同的粉末制备工艺喷涂的纳米WC-12Co涂层的显微硬度、孔隙率、开裂韧性和抗腐蚀性能相差很大，燃油型HVOF工艺制备的微纳米WC-10Co-4Cr涂层与纳米WC-12Co涂层（WC-12Co原晶颗粒为机械合金法制造）的孔隙率、开裂韧性和显微硬度性能同样优异，但微纳米WC-10Co-4Cr涂层的抗腐蚀能力优于纳米WC-12Co涂层。
　　采用超声波发生装置进行空蚀试验，对涂层的抗空蚀性能进行研究，探讨了涂层空蚀机理，研究表明，不同HVOF工艺制备的WC基涂层的抗空蚀性能有较大的差异，燃油型HVOF工艺制备的涂层的抗空蚀性能明显优于燃气型HVOF工艺制备的涂层；燃油型HVOF工艺制备的微纳米和微米WC-10Co-4Cr涂层的抗空蚀明显优于两种纳米WC-12Co涂层；介质对涂层的抗空蚀性能具有一定的影响，燃油型HVOF工艺制备的纳米WC-12Co涂层在3.5％NaCl溶液中空蚀率大于在淡水中的空蚀率，而微纳米WC-10Co-4Cr涂层在两种介质中的空蚀率相差不大，由于加入了4%的Cr明显提高了涂层的耐腐蚀抗空蚀性能。
　　燃油型HVOF工艺制备的微纳米WC-10Co-4Cr涂层具有高硬度、高韧性和较强耐腐蚀的特性，在淡水介质与3.5%NaCl腐蚀介质中，都具有最优异的抗空蚀性能，因此可望作为优良的抗空蚀涂层应用于流体机械中，提高它们的抗空蚀性能。

目录

封面

声明

中文摘要

英文摘要

目录

第1章 前言

1.1 课题研究的背景和目的

1.2 流体机械的空蚀现象

1.3 空蚀原理及机理

1.4 国内外对空蚀的主要防护措施

1.5 本论文的选题意义

1.6 研究内容

第2章 HVOF制备的WC基抗空蚀涂层设计

2.1 涂层材料的选择

2.2 WC基粉末制备工艺

2.3 WC基粉末颗粒的尺寸

2.4 WC基粉末颗粒的宏观粒度分布

2.5 WC基粉末的相分析

2.6 本章小结

第3章 WC基抗空蚀涂层的制备

3.1 喷涂工艺选择

3.2 HVOF喷涂方法

3.3 涂层制备

3.4 本章小结

第4章 HVOF制备的WC基涂层组织结构及性能

4.1 涂层金相样品制备及组织结构分析

4.2 涂层的相分析

4.3 涂层孔隙率测试

4.4 涂层显微硬度测试

4.5 涂层开裂韧性测试

4.6 涂层抗腐蚀性能测试

4.7 本章小结

第5章 HVOF制备的WC基涂层空蚀性能研究

5.1 空蚀试验设备

5.2 空蚀试验设备参数

5.3 涂层抗空蚀性能研究

5.4 本章小结

第6章 总结和展望

6.1 本文结论

6.2 展望

参考文献

攻读硕士期间参加的科研项目及发表的论文

致谢

附录1

附录2