納米結(jié)構(gòu)WC-12Co超音速火焰噴涂層制備工藝及抗汽蝕性能研究.pdf

1、水輪機(jī)是一種把水流的機(jī)械能轉(zhuǎn)變?yōu)樾D(zhuǎn)機(jī)械能的動力機(jī)械，它一般是以水流為動力帶動發(fā)電機(jī)工作，從而把能量遠(yuǎn)距離輸運出去。水輪機(jī)的失效形式一般為主要過流部件的汽蝕造成的掉邊、掉塊、穿孔、開裂等，同時加之水流中的沙粒的沖蝕，從而加速水輪機(jī)葉片的磨損，進(jìn)而導(dǎo)致出力效率降低甚至停機(jī)。在能源越來越受到重視的今天，水輪機(jī)抗汽蝕研究已受到各國科研人員的廣泛關(guān)注。 本文在綜合國內(nèi)外關(guān)于水輪機(jī)汽蝕、納米材料相關(guān)領(lǐng)域的研究文獻(xiàn)的基礎(chǔ)上，以汽蝕機(jī)理為依據(jù)

2、，結(jié)合納米材料神奇的性能優(yōu)勢，采用HVOF噴涂工藝，制備出了新型納米結(jié)構(gòu)WC-12Co抗汽蝕涂層，并通過實驗對涂層的性能進(jìn)行了研究，以期獲得一種高硬度，同時又高韌性的新型涂層，使其比HVOF制備的微米WC-12Co涂層具有更優(yōu)良的抗汽蝕性能。 采用SEM、XRD法對制備的涂層進(jìn)行了組織和相結(jié)構(gòu)分析，分析表明：采用HVOF工藝制備的涂層孔隙率極低，粒子變形充分，并無明顯的層狀結(jié)構(gòu)，納米結(jié)構(gòu)WC-Co涂層中WC顆粒微小，分布較為均勻

3、。幾種涂層由WC、Co及微量的W2C組成，說明在本課題中采用的HVOF工藝參數(shù)下，在一定程度上減少了WC-Co材料在常規(guī)噴涂中氧化失碳的問題。 本文對涂層的結(jié)合強(qiáng)度、顯微硬度和抗沖蝕性能進(jìn)行了研究，采用SEM對沖蝕后的涂層進(jìn)行形貌觀察，分析了涂層的機(jī)械性能，結(jié)果表明：采用HVOF工藝制備的幾種WC-Co涂層都顯示了良好的結(jié)合強(qiáng)度，其中納米結(jié)構(gòu)涂層，由于粉末的納米結(jié)構(gòu)存在，受熱更均勻，變形更充分，所以顯示了更高的結(jié)合強(qiáng)度；在顯微硬

4、度方面，由于HVOF強(qiáng)大沖擊力，幾種涂層都顯示了極高的顯微硬度，其中納米結(jié)構(gòu)涂層顯微硬度更見突出，HV值達(dá)到1600左右，微米涂層HV值也能達(dá)到1100左右。在沖蝕試驗中，HVOF制備的WC-Co涂層顯示了優(yōu)異的抗沖蝕性能，無論在30°還是90°攻角下，納米涂層的沖蝕率都低于微米涂層；SEM分析表明：納米結(jié)構(gòu)涂層表面產(chǎn)生的大量的塑性變形，而微米涂層則直接脆性脫落。 采用超生波振動汽蝕試驗機(jī)對涂層的抗汽蝕性能進(jìn)行了研究，采用SEM

5、及能譜儀，對汽蝕后的涂層進(jìn)行了形貌及成分的檢測。結(jié)果表明：幾種WC-12Co涂層的抗汽蝕性能出現(xiàn)了極大的不同，在高強(qiáng)度的汽蝕條件下，微米涂層失重比較嚴(yán)重，說明微米涂層韌性比較差，納米結(jié)構(gòu)涂層顯示了其高韌性的一面，汽蝕失重率僅為微米涂層的三分之一左右。 綜合各試驗的結(jié)果，確定了HVOF噴涂納米結(jié)構(gòu)涂層的工藝參數(shù)，并得到了性能優(yōu)越的納米結(jié)構(gòu)涂層，在具備高硬度的同時，展現(xiàn)出了強(qiáng)韌性，從而具備了優(yōu)異的抗汽蝕性能，可望在水輪機(jī)過流部件上得