HVOF制备的微纳米结构WC基涂层抗空蚀性能研究

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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。
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