WC-12Co粉末结构特性对其超音速火焰喷涂层抗汽蚀性能的影响

摘要

汽蚀现象属于流体力学中的一个重要课题，对于凡存在着液体运动的任何结构物都有发生汽蚀的可能。汽蚀会导致水力机械主要过流部件的掉边、掉块、穿孔、开裂等。 本文在综合国内外关于汽蚀、纳米材料相关领域的研究文献的基础上，采用多峰WC-12Co粉末为喷涂材料，采用HVOF喷涂工艺，制备出了新型多峰结构WC-12Co抗汽蚀涂层，通过试验对涂层的性能进行了研究，研究了WC-12Co粉末结构特性对涂层抗汽蚀性能的影响，并探讨了多峰结构WC-12Co涂层抗汽蚀机理。 采用SEM、XRD方法对制备的涂层进行了显微组织和相结构分析，分析结果表明：粉末结构的不同导致了涂层组织结构的差异；微米尺寸WC在喷涂过程中仅表面发生熔化而大部分处于固态，纳米WC大多完全熔化；纳米WC在喷涂过程中获得的动能和热焓值更高，与基体碰撞时变形更充分。WC-12Co涂层的组织结构在很大程度上取决于粉末的结构特性。WC颗粒尺寸的减小和数量的增加，细小WC颗粒与火焰的接触面积增大，温度更高，熔化更充分，因此氧化脱碳更为严重。 对涂层的显微硬度、耐磨损性能进行了研究，采用SEM对磨损后涂层进行形貌观察，结果表明：多峰结构WC-12Co涂层显微硬度高达HV0.21600，与纳米结构WC-12Co涂层显微硬度值相当。在耐磨损试验中，多峰结构WC-12Co涂层的耐磨损性能约为微米结构WC-12Co涂层的3倍，SEM分析表明：WC-12Co粉末中WC颗粒尺寸的减小，导致涂层中WC颗粒的细化，存在大量细晶粒边界，颗粒结合处强度提高，能有效阻止疲劳裂纹的扩展。 采用超声波振动汽蚀试验机对涂层的抗汽蚀性能进行研究，采用SEM对汽蚀后的涂层进行形貌观察，结果表明：涂层具有高韧性及高结合强度能有效抵抗疲劳破坏，WC颗粒尺寸减小，使涂层结构更致密，WC颗粒与粘接相之间、WC颗粒与颗粒之间、涂层的层与层之间结合强度提高，使涂层抗汽蚀性能得到提高，多峰WC-12Co涂层中纳米WC含量的增加能提高涂层抗汽蚀的性能。 综合各试验的结果，粉末结构影响涂层的组织结构，纳米尺寸的WC颗粒在喷涂过程熔化程度高，获得热焓值高，与基体碰撞时变形更充分，导致涂层结构更致密，颗粒更细化；WC颗粒细化，颗粒间结合面增多，存在大量细晶粒边界，使涂层层间以及颗粒结合处结合强度提高，涂层耐磨损及抗汽蚀的性能得到提高。

目录

文摘

英文文摘

声明

第1章引言

1.1课题提出的背景

1.1.1纳米WC-Co涂层

1.1.2 HVOF

1.2国内外HVOF喷涂纳米WC-Co涂层的研究进展

1.2.1研制新型的多峰粉末

1.2.2发展冷喷涂技术

1.2.3纳米复合表面工程技术

1.3关于HVOF喷涂纳米结构涂层研究综述

1.3.1关于喷涂过程的粒子束行为

1.3.2关于纳米结构涂层的形成过程与机理

1.3.3关于WC-Co涂层性能研究

1.3.4关于影响HVOF喷涂层的因素及机理研究

1.4本论文的主要研究内容及其意义

1.5本章小结

第2章多峰涂层系统设计及喷涂工艺优化

2.1试验粉末成分及结构设计

2.1.1多峰WC-12Co粉末成分及结构设计

2.1.2粉末检测分析及结果

2.2涂层的制备

2.2.1喷涂前的准备工作

2.2.2喷涂设备及工艺参数

2.3涂层厚度的选择

2.4本章小结

第3章涂层显微组织结构分析及显微硬度测试

3.1涂层截面形貌分析

3.2涂层的表面形貌分析

3.3涂层的相组成分析

3.4涂层的显微硬度测试

3.4.1试样制备

3.4.2试验过程

3.4.3试验结果及分析

3.5本章小结

第4章WC-12Co涂层耐磨损性能研究

4.1概述

4.2试验设计

4.2.1试验方案及材料

4.2.2试验参数

4.3试验结果及分析

4.4本章小结

第5章WC9-12Co涂层抗汽蚀性能研究

5.1汽蚀机理

5.1.1汽蚀概述

5.1.2汽蚀产生的机理

5.1.3汽蚀破坏微观过程

5.2超声波振动汽蚀发生装置概况

5.3汽蚀试验结果记录及分析

5.3.1试样制备

5.3.2试验步骤及操作规范

5.3.3试验结果及分析

5.4涂层抗汽蚀机理探讨

5.5本章小结

第6章结论

6.1本文的结论

6.2对今后工作的建议

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间发表的论文及参加的科研工作