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空蚀（Cavitation Erosion-CE）是流体机械过流部件的一种主要失效形式,广泛存在于船舶舵叶与推进器、各种泵及水轮机叶轮等装置中。随着国家海洋工程装置及高技术船舶战略的实施,海洋工程装备的空蚀防护已成为一个重点研究领域。在海洋的恶劣环境中,海洋装备中的流体机械受到空蚀与腐蚀的联合作用,这种腐蚀环境加剧了它们的空蚀破坏。因此,开展新型材料的抗空蚀性能与机理的研究有着重要的理论意义和工程价值。WC-CoCr金属陶瓷涂层是近年来抗空蚀涂层材料研究的一个重要方向,特别是超音速火焰喷涂（High Velocity Oxygen Fuel Spray-HVOF）制备的微纳米结构WC-CoCr涂层的抗空蚀性能和机理研究受到了广泛的重视。本文根据纳米、亚微米及微米WC颗粒在超音速火焰焰流中的动力学及热力学特性、不同结构WC-CoCr涂层的显微组织及空蚀失效机理,设计了一种新型具有仿混凝土结构的多尺度微纳米WC-10Co4Cr复合粉末,粉末中亚微米及微米WC颗粒分别类似于混凝土中的砂粒（细骨料）及碎石（粗骨料）,纳米WC颗粒与CoCr合金类似于水泥,WC具有多尺度和微纳米结构,其尺度分别为60180 nm的纳米级、0.40.6μm的亚微米级和2.22.6μm的微米级,相应的所占WC质量比例分别为20%、30%和50%。采用团聚烧结法制备了多尺度微纳米结构WC-10Co4Cr复合粉末,在粉末的XRD图谱中只观察到WC和Co相,未检测到W2C、CoxWyC及金属W等有害相。采用Spray Watch-2i在线监测系统测量了不同尺度WC-10Co4Cr粉末在不同HVOF喷涂射流中的粒子温度和速度,并优化了涂层的喷涂工艺参数。采用液体燃料超音速火焰喷涂（High Velocity Oxygen Liquid Fuel Spray-HVOLF）和气体燃料超音速火焰喷涂（High Velocity Oxygen Gas Fuel Spray-HVOGF）系统制备了多尺度、双峰及纳米结构WC-10Co4Cr涂层。研究了多尺度微纳米WC-10Co4Cr熔滴粒子扁平化特征和涂层的沉积行为,结果表明:当采用HVOLF和HVOGF工艺沉积多尺度WC-CoCr粒子时,熔滴粒子碰撞基体表面变形后分别呈圆盘状态和飞溅状态,这是因为WC-CoCr粒子在HVOLF和HVOGF焰流中具有不同的动力学及热力学特性。提出了HVOF制备的多尺度微纳米WC-10Co4Cr涂层形成机制。采用SEM、OM、TEM和XRD方法分析了多尺度WC-10Co4Cr涂层的显微组织结构,研究了涂层的力学性能、电化学特性和耐磨性。研究结果表明:HVOF制备的多尺度WC-10Co4Cr涂层中碳化物除WC相外,还生成了微量W2C,粉末中的Co相衍射峰因喷涂粒子快速冷却形成了非晶而消失。HVOLF制备的多尺度涂层中W2C含量仅为1.4%,并且孔隙率低（0.31%）,纳米、亚微米和微米WC颗粒均匀地分布在CoCr粘结相之中,形成了具有仿混凝土结构的多尺度微纳米WC-10Co4Cr涂层。该涂层具有优良的力学性能、电化学性能、耐泥浆冲蚀磨损和湿砂磨粒磨损性能,其开裂韧性高达5.16 MPa·m1/2和腐蚀电极电位为-0.31V,显微硬度大于1100 HV0.3。采用超声振动空蚀法研究了多尺度WC-10Co4Cr涂层在淡水和3.5 wt%NaCl溶液中的抗空蚀性能。研究结果表明:相比双峰和纳米结构WC-CoCr涂层,HVOLF制备的多尺度WC-CoCr涂层在淡水和NaCl溶液中都具有最优良的抗空蚀性能。在淡水介质中,它的体积空蚀量分别比双峰及纳米涂层下降了24%和50%以上;在NaCl溶液中,其体积空蚀量分别比双峰及纳米涂层下降了大约16%和70%。研究了显微硬度、开裂韧性、孔隙率和腐蚀电极电位对WC-10Co4Cr涂层抗空蚀性的影响,在淡水和NaCl溶液中,涂层的开裂韧性和孔隙率分别对涂层的抗空蚀性能影响最显著;分别建立了HVOF制备的WC-10Co4Cr涂层在淡水和NaCl溶液中的空蚀数学模型。采用OM和SEM原位分析法等研究了多尺度WC-10Co4Cr涂层在淡水和NaCl溶液空蚀过程中空蚀源的形成、裂纹的扩展及空蚀坑的形成过程,分析了涂层的空蚀机理,并建立了涂层的空蚀损伤模型。结果表明:在淡水介质中,HVOLF制备的涂层空蚀源的形成和裂纹的扩展速率最慢,并且裂纹一般平行于涂层表面扩展。在NaCl溶液中,涂层的空蚀速度显著地高于淡水介质,并且裂纹同时向涂层表面横向和内部纵向发展,形成大而深的空蚀坑。HVOGF制备的涂层会产生更多和更深的深蚀坑。在淡水中,涂层的脱落颗粒之间的分散性好,颗粒之间没有产生粘结的现象。在NaCl溶液中,涂层的空蚀产物一般呈簇状团聚在一起,大部分颗粒细小,呈点状。研究结果进一步表明:在NaCl溶液中多尺度WC-10Co4Cr涂层的空蚀主要是由空蚀的机械作用、机械作用与腐蚀的交互作用产生,单独化学作用可忽略不计。在NaCl溶液中空蚀时,涂层表面会呈现许多大而深的空蚀坑,这主要是由机械力作用、腐蚀介质自催化作用、机械力和电化学腐蚀交互作用的结果。多尺度微纳米WC-10Co4Cr涂层的空蚀裂纹在纳米和亚微米WC区域中沿晶扩展,但有时能穿过微米WC继续扩展。多尺度微纳米WC-10Co4Cr涂层由于同时存在微米、亚微米和纳米WC晶粒,并且具有优异的开裂韧性,使裂纹的扩展更加困难,因此提高了涂层的抗空蚀性能。