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在水力机械中,汽蚀破坏和冲蚀磨损非常普遍与严重,在能源越来越受到重视的今天,水轮机抗汽蚀和抗冲蚀研究已受到各国科研人员的广泛关注。为了提高材料的抗汽蚀与抗冲蚀性能,为水轮机零件表面防护提供参考。本文采用超音速火焰喷涂(HVOF与HVAF)制备WC-10Co4Cr涂层,对涂层的组织结构、机械性能、抗汽蚀与抗冲蚀性能等方面进行系统的研究,通过分析涂层的微观组织及物理性能,研究涂层的汽蚀破坏机理与冲蚀机理,得出以下结论:采用HVAF喷涂工艺制备的WC-10Co4Cr涂层(AK涂层)与采用HVOF喷涂工艺制备的WC-10Co4Cr涂层(DJ涂层)的抗汽蚀性能均优于基体ASTM316不锈钢,其中,AK涂层耐汽蚀寿命比基体提高了近2倍,DJ涂层稍优于基体;这是因为涂层具有比基体更高的硬度,而且HVAF喷涂工艺喷涂涂层具有更低的孔隙率和更高的硬度、开裂韧性。超音速火焰喷涂工艺制备的WC-10Co4Cr涂层的抗冲蚀性能远远好于基体材料ASTM316不锈钢,比基体耐冲蚀寿命延长4倍以上。在实验室的超声汽蚀实验条件下,采用环氧树脂对WC-10Co4Cr涂层封孔,对提高涂层抗汽蚀性能有一定作用,但效果不明显,因为封孔并不能改变涂层的结构与其它性能。基体材料ASTM316不锈钢汽蚀机理为由于循环冲击载荷导致疲劳裂纹的产生及扩展,导致大量的颗粒不断从表面脱落和进一步的材料疲劳,裂纹扩展有穿晶和沿晶两种形式。WC-10Co4Cr涂层的汽蚀机理为疲劳裂纹在孔隙和Co-Cr粘结相的薄弱环节处形成与扩展,造成涂层材料的成块状剥落。两种WC-10Co4Cr涂层经冲蚀一定时间后,表面粗糙度先减小,然后处于一个稳定状态。WC-10Co4Cr涂层与基体ASTM316不锈钢材料在低攻角下的冲蚀机理为微切削与微犁削,WC-10Co4Cr涂层在高攻角下的冲蚀机理为微切削和微犁削Co-Cr软基体相并伴随有WC颗粒的破碎,并表现出疲劳剥落的特征;综上所述,可以得出,由于HVAF喷涂工艺以空气替代氧气作为助燃剂,喷涂火焰温度较低,不容易造成WC粒子的分解,减少了脱碳,相应涂层的抗汽蚀性能与抗冲蚀性能均优于HVOF喷涂系统(DJ2700)制备的涂层,且涂层的性能均优于基体材料,这显示出HVAF喷涂WC-10Co4Cr涂层在水轮机防护领域具有巨大的潜在运用价值。