热喷涂WC-17Co和WC-10Co-4Cr涂层的耐盐雾及Na2SO4腐蚀性能研究

摘要

超音速火焰喷涂WC-Co涂层由于其WC硬质相的高硬度和Co粘结相的良好韧性，使其在耐磨损的工作环境中具备良好的耐磨性。但是在一些条件苛刻的耐腐蚀领域，WC-Co涂层难以理想胜任，从中添加微量元素可望能够成为耐磨损耐腐蚀工程应用领域的关键材料。因此本文对超音速火焰喷涂WC-Co-Cr和WC-Co涂层的动态腐蚀过程及冲蚀磨损过程进行观测，为不同工况下的选材和新材料的开发提供理论和基础数据。
　　 本文采用超音速火焰喷涂技术制备WC-17Co和WC-10Co-4Cr涂层，并对其微观组织结构、物相成分、力学性能进行分析。为模拟海洋和大气，石油条件下的腐蚀环境，在实验室条件下对涂层分别进行了NaCl盐雾腐蚀试验和Na2SO4浸泡腐蚀试验，对涂层不同腐蚀时间段的表面进行分析观察，得出腐蚀失效机理。
　　 冲蚀磨损试验结果表明:涂层的耐冲蚀磨损性能与其硬度和韧性有关。在60°攻角下，WC-17Co涂层的耐冲蚀磨损性能优于WC-10Co-4Cr涂层。WC-17Co涂层的主要冲蚀磨损机制是塑性犁沟变形;次要冲蚀磨损机制为微观剥落磨损机理和疲劳磨损机理。WC-10Co-4Cr涂层的主要冲蚀磨损机制是疲劳磨损机理和微观剥落磨损机理，次要冲蚀磨损机制是塑性犁沟变形机理。
　　 NaCl盐雾腐蚀试验和Na2SO4浸泡腐蚀试验都说明:WC-10Co-4Cr涂层的耐腐蚀性能优于WC-17Co涂层。NaCl盐雾腐蚀两者的耐腐蚀性相差近十倍，WC-17Co涂层的腐蚀主要是Co粘结相的腐蚀，WC与Co的电偶作用加速了腐蚀，WC颗粒失去粘结相的支撑后脱落。WC-10Co-4Cr涂层的腐蚀为孔隙处发生的点蚀或组织不均匀处产生的腐蚀。Na2SO4浸泡腐蚀中，WC-17Co和WC-10Co-4Cr涂层的腐蚀速率有所减慢。XRD结果表明:WC-10Co-4Cr涂层表面形成了一层非连续性的Cr2O3膜，在腐蚀过程中能有效阻隔腐蚀液对涂层的破坏。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 选题的意义

1．2 热喷涂金属陶瓷涂层的发展和应用

1．2．1 表面工程技术及热喷涂特点与应用

1．2．2 WC基金属陶瓷涂层

1．3 热喷涂WC-Co和WC-Co-Cr涂层的冲蚀磨损研究现状

1．4 热喷涂WC-Co和WC-Co-Cr涂层的腐蚀性能研究

1．4．1 研究方法

1．4．2 电化学腐蚀产生的条件

1．4．3 耐NaCl盐雾腐蚀性能研究现状

1．4．4 耐Na2SO4浸泡腐蚀性能研究现状

1．5 本论文的研究意义、研究内容和创新性

1．5．1 本论文的研究意义

1．5．2 本论文的研究内容

1．5．3 本论文的创新性

第2章 WC-17Co和WC-10Co-4Cr涂层的制备及试验方法

2．1 试验材料及涂层制备工艺

2．1．1 主要物相的物理化学性质

2．1．2 涂层制备

2．1．3 涂层组织结构与性能表征试验

2．2 涂层力学性能测定方法

2．2．1 涂层硬度和弹性模量的测定

2．2．2 涂层断裂韧性的测定

2．2．3 涂层结合强度的测定

2．3 涂层性能的研究方法

2．3．1 涂层冲蚀磨损试验

2．3．2 涂层NaCl盐雾腐蚀试验

2．3．3 涂层Na2SO4浸泡腐蚀试验

2．3．4 涂层电化学极化曲线的测试

第3章 WC-17Co和WC-10Co-4Cr涂层的力学性能与耐冲蚀磨损性能

3．1 WC-17Co和WC-10Co-4Cr涂层的组织结构

3．1．1 试验材料

3．1．2 涂层孔隙率测试

3．1．3 涂层横截面形貌分析

3．1．4 涂层表面形貌分析

3．1．5 X射线衍射物相分析

3．2 涂层力学性能测试结果及分析

3．2．1 力学性能测试结果

3．2．2 裂纹扩展形貌分析

3．3 WC-17Co和WC-10Co-4Cr涂层冲蚀磨损行为研究

3．3．1 涂层磨损失重情况

3．3．2 涂层的显微磨损形貌及粗糙度

3．3．3 涂层的冲蚀磨损

3．4 本章小结

第4章 WC-17Co和WC-10Co-4Cr涂层在两种腐蚀介质中的电化学腐蚀

4．1 WC-17Co和WC-10Co-4Cr涂层的动电位极化曲线

4．2 WC-17Co和WC-10Co-4Cr涂层腐蚀表面能谱分析

4．3 WC-17Co和WC-10Co-4Cr涂层电化学腐蚀后XRD

4．4 本章小结

第5章 WC-17Co和WC-10Co-4Cr涂层在两种腐蚀介质中的腐蚀行为研究

5．1 WC-17Co和WC-10Co-4Cr涂层腐蚀失重情况

5．2 WC-17Co和WC-10Co-4Cr涂层腐蚀形貌SEM

5．2．1 腐蚀3天的涂层形貌特征

5．2．2 腐蚀6天的涂层形貌特征

5．2．3 腐蚀11天的涂层形貌特征

5．2．4 腐蚀20天的涂层形貌特征

5．2．5 腐蚀30天的涂层形貌特征

5．3 WC-17Co和WC-10Co-4Cr涂层腐蚀形貌LCSM

5．4 WC-17Co和WC-10Co-4Cr涂层腐蚀后XRD

5．5 本章小结

结论与展望

致谢

参考文献

攻读硕士期间发表论文