超音速火焰喷涂WC-Co(Cr)涂层在NaCl溶液中抗空蚀性能研究.pdf

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1、第45卷第1期船海工程Vo1．45No．12016年2月SHIP&0CEANENGINEERINGFeb．2016DOI：10．3963／j．issn．1671-7953．2016．01．017超音速火焰喷涂WC—Co(Cr)涂层在NaC1溶液中抗空蚀性能研究丁彰雄，石珊，丁翔，胡一鸣，廖星文。邓帮华(I．武汉理工大学能源与动力工程学院，武汉430063；2．武汉理工大学材料复合新技术国家重点实验室，武汉430070；3．赣州章源钨业新材料有限公司，江西赣州341300)摘要：采用超音速火焰喷涂(HVOF)工艺制备2种微米结构WC一1

2、0Co4Cr及1种纳米结构WC一12Co金属陶瓷复合涂层；采用SEM分析涂层的组织结构；测量了涂层的显微硬度、孔隙率及开裂韧性；采用CorrT—est电化学测试系统分析涂层的电化学腐蚀性能；采用超声振动空蚀装置研究涂层在质量分数为3．5％NaC1溶液中的抗空蚀性能，探讨涂层的空蚀机理。结果表明：使用液体燃料HVOF工艺喷涂的纳米WC一12Co涂层组织结构最细小，孔隙率最低，显微硬度和开裂韧性明显高于液体燃料和气体燃料HVOF工艺喷涂的微米WC一10Co4Cr涂层；采用液体燃料HVOF工艺喷涂的微米结构WC一10Co4Cr涂层在质量分数

3、为3．5％NaC1溶液中显示了最优异的抗腐蚀和抗空蚀性能，空蚀率仅为纳米WC一12Co涂层的1／4左右。关键词：WC—Co(Or)涂层；超音速火焰喷涂(HVOF)；空蚀；NaC1溶液中图分类号：U671．99文献标志码：A文章编号：1671-7953(2016)01-0086-05在船舶流体机械中，船舶螺旋浆与尾轴、船舶要课题4引。疏浚装置中的泥泵、船舶柴油机气缸套与轴瓦、水涂层的抗空蚀性能主要取决于喷涂材料的特泵叶轮等过渡部件常因空蚀(又称气蚀)而失效。性和涂层的制备方法。WC—Co涂层，特别是纳米这些零部件的空蚀失效不仅缩短了设备

4、的使用寿WC—Co涂层由于优异的抗空蚀性能已在流体机命，产生巨大的经济损失，而且严重影响到船舶和械上得到成功的应用E6~73。WC．CoCr涂层比WC．流体机械设备的安全运行¨引。Co涂层具有更高强度和更优良的抗腐蚀和耐磨海洋油气钻井及输送设备中的钻井泵、离心损性能，因此可望在腐蚀介质中具有更优异的泵和输送泵等受到空蚀、冲蚀及腐蚀的作用，更易抗空蚀性能。由于超音速火焰喷涂方法具有高速产生失效。因此，加强过流部件的抗空蚀性能研低温特性，能显著降低WC粒子在焰流中的氧化究，提高其在流体介质中的抗空蚀能力，具有重大脱碳程度，特别适合于制备不

5、同结构的WC．Co的经济价值。由于空蚀仅发生在零件的表面，因(Cr)金属陶瓷涂层10-131。此，对过流部件进行表面处理与改性，是目前最常本课题采用液体燃料超音速火焰喷涂用最经济的方法。随着表面工程技术的发展，采(HVOLF)和气体燃料超音速火焰喷涂(HVOGV)用热喷涂技术在其表面制备纳米高性能涂层，不工艺分别制备了微米结构WC．10Co4Cr涂层，采仅节约了贵重金属，并且提高了过流部件的抗空用HVOLF工艺制备了纳米结构WC一12Co涂层，蚀能力与使用寿命。目前抗空蚀涂层材料开发、研究了三种WC-Co(Or)涂层的组织特性、力学性

6、制备技术及其性能研究已成为表面技术研究的重能、电化学性能及在NaC1溶液中的抗空蚀性能，探讨了这些涂层的空蚀机理，研究可为抗空蚀WE—Co(Cr)涂层材料的成分设计及其制备工艺的收稿日期：2015—11—19修回日期：2015—12—05选择提供理论依据。基金项目：国家自然科学基金(51422507，51379168)1试验材料与方法第一作者简介：丁彰雄(1961一)，男，硕士，教授研究方向：表面工程技术1．1试验材料E-mall：zxcling@163．corn—试验研究中基体材料为304不锈钢，热喷涂862016~丁彰雄等：超音速

7、火焰喷涂wc．C0(cr)涂层在Nacl溶液中抗空蚀性能研究船海工程，第1期第45卷材料为微米结构WC一10Co4Cr粉末和纳米结构WC．12Co粉末，两种喷涂粉末特征见表1。表1二种wc-Co(Cr)喷涂粉末的特性1．2试验方法考虑到粉末中不同尺寸WC在火焰中熔化程WC．Co(cr)涂层采用JPS0OO燃油型和度的差异，在对纳米WC．12Co粉末和普通微米ZB2000燃气型超音速设备制备。WC．1OCo4Cr粉末进行喷涂时，喷涂的工艺参数两种超音速火焰喷涂参数分别见表2和表3。有所不同。表2JPS00O型HVOF喷涂参数空气载气霉篓

8、霉／M西P压力流量压力流量熊a／(L~min-1)／MPa／(L·min)／MPa／(L·min)M2P20．56271．05900．651800．8喷涂前首先使用丙酮对试样表面进行清洗，MAT金相显微镜测量，采用五点平