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原文传递 HVOF制备不同结构WC基复合涂层的空蚀行为与机理研究

论文题名：	HVOF制备不同结构WC基复合涂层的空蚀行为与机理研究
关键词：	船舶螺旋桨;超音速火焰喷涂;WC-10Co-4Cr涂层;空蚀防护;组织结构
摘要：	空蚀现象普遍存在于船舶螺旋桨、汽轮机叶片、水轮机叶轮及水泵等流体机械中，尤其是在流体机械应用最多的海工装备中，空蚀破坏是造成机械零部件失效最主要的原因之一。随着国家海洋战略的推进，海工装备的空蚀防护成为科研人员重要的研究内容。到目前为止，最为经济有效的空蚀防护方法是对零部件表面进行涂层处理，超音速火焰喷涂（HVOF）制备的WC-10Co-4Cr涂层由于具有优异的抗空蚀性能，已在许多流体机械表面上得到成功的应用。但面对日益恶劣的使用环境，普通WC-10Co-4Cr涂层的局限性也日益明显，为了进一步提高WC-10Co-4Cr涂层的抗空蚀性能，设计更加优良的涂层体系，需要对涂层的空蚀行为与空蚀机理进行更深入的研究。　　在应用Spray Watch监测系统优化HVOF喷涂工艺参数的基础上，采用燃油型和燃气型两种不同的HVOF工艺制备了具有不同WC尺度的微米、纳米以及双峰WC-10Co-4Cr复合涂层。采用扫描电镜（SEM）、光学显微镜（OM）和X射线衍射（XRD）分析了不同WC-10Co-4Cr喷涂粒子的沉积行为和涂层的显微组织结构；测试了六种不同结构WC-10Co-4Cr涂层的孔隙率、显微硬度、开裂韧性，以及电化学特性。分析了不同空蚀时间段WC-10Co-4Cr涂层表面空蚀形貌的变化特征及空蚀脱落粒子的形貌，并在空蚀后分析了空蚀截面的裂纹特征。最后在试验研究和理论分析的基础上，提出了不同结构WC-10Co-4Cr涂层的空蚀机理，并建立了涂层的空蚀物理模型。　　试验结果表明：燃油型HVOF工艺制备的WC-10Co-4Cr涂层组织结构、力学性能以及电化学特性均优于燃气型HVOF制备的涂层。采用不同HVOF工艺、不同结构WC-10Co-4Cr粉末制备的涂层空蚀行为与空蚀微观机理不尽相同：虽然涂层材料的空蚀均是由空蚀裂纹的扩展导致材料表面颗粒剥离，产生蚀坑，但是燃油型HVOF工艺制备的涂层空蚀行为以横向发展的浅蚀坑为主，而燃气型HVOF工艺制备的涂层具有更多纵向发展的深蚀坑。在空蚀过程中燃气型HVOF工艺制备的涂层有更多的继发性裂纹，不同结构的WC-10Co-4Cr涂层微观短裂纹的扩展方式不同，纳米结构涂层微观短裂纹以沿晶扩展为主，微米涂层和双峰涂层中微观短裂纹沿晶、穿晶和混晶扩展三种方式都存在。　　WC-10Co-4Cr涂层的组织结构差异是导致涂层空蚀行为与空蚀机理不同的主要原因，涂层组织结构是由喷涂工艺和粉末材料本身特性共同影响的，燃气型HVOF工艺制备的涂层由于粉末粒子变形不充分，存在更多的组织缺陷，纳米颗粒由于易氧化脱碳对工艺要求较高。在研究的六种涂层中燃油型HVOF制备的双峰结构涂层组织致密、蚀坑较浅，裂纹扩展困难，具有优异的抗空蚀性能。这说明具有不同尺度WC颗粒的复合涂层对于提高空蚀性能是一个可行的研究方向。
作者：	李超
专业：	轮机工程
导师：	丁彰雄
授予学位：	硕士
授予学位单位：	武汉理工大学
学位年度：	2017
正文语种：	中文