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疏浚工程中水力机械过流部件,如船舶螺旋桨叶片、泥浆泵、绞刀等在含沙水流中的冲蚀磨损造成叶片及刀头等的磨损问题是目前材料表面工程研究的热点。本文采用超音速火焰喷涂技术在1Cr18Ni9Ti不锈钢表面制备纳米WC-CoCr(N-WC-CoCr)、微米WC-CoCr(M-WC-CoCr)、WC-Ni、WC-Cr3C2-Ni和Cr3C2-NiCr五种金属陶瓷复合涂层。采用显微硬度计、光学金相显微镜(OM)、扫描电子显微镜(SEM)和X射线衍射仪(XRD)分析了涂层的微观组织、相组成,测定了涂层厚度、孔隙率和显微硬度。采用冲蚀磨损试验机,在不同攻角、不同含沙量工况下对涂层进行冲蚀磨损试验,研究了磨损率与攻角和含沙量之间的关系,分析了涂层表面微观破坏形貌并探讨其失效机理,评判涂层的抗磨损性能。N-WC-CoCr和M-WC-CoCr涂层均由WC、W2C和Co(W,C)三种物相组成,WC-Ni涂层由WC、W2C、Ni和NiW四种物相组成,WC-Cr3C2-Ni涂层由WC、Cr3C2和Ni三种物相组成,Cr3C2-NiCr涂层由Cr3C2、Cr7C3、NiCr和少量的非晶相组成。涂层孔隙率由小到大排列依次为WC-Ni(0.49%)<N-WC-CoCr (1.52%)<WC-Cr3C2-Ni (1.68%)<Cr3C2-NiCr (1.96%)<M-WC-CoCr(2.45%)。各试样的平均显微硬度由高到低排列依次为N-WC-CoCr (1297HV0.3)>M-WC-CoCr(1205HV0.3)> WC-Cr3C2-Ni(1188HV0.3)> WC-Ni(1105HV0.3)> Cr3C2-NiCr(831HV0.3)>1Cr18Ni9Ti (343HV0.3)。冲蚀磨损试验中,冲蚀角度一定时,材料的冲蚀磨损率随着含沙量的增加而增大;含沙量一定时,随着攻角的改变各涂层的耐冲蚀磨损性能有所不同,低攻角冲击时材料的抗冲蚀磨损性能由高到低依次是Cr3C2-NiCr>N-WC-CoCr>M-WC-CoCr>WC-Cr3C2-Ni>WC-Ni>1Cr18Ni9Ti,Cr3C2-NiCr涂层的抗冲蚀性能最优;高攻角冲击时材料的抗冲蚀性能由高到低依次是WC-Cr3C2-Ni> WC-Ni> 1Cr18Ni9Ti> N-WC-CoCr> M-WC-CoCr> Cr3C2-NiCr,WC-Cr3C2-Ni和WC-Ni涂层表现出较好的抗冲蚀磨损性能。对金属陶瓷涂层的损伤机理进行了探讨,得出金属陶瓷涂层冲蚀磨损始于涂层表面的缺陷,如孔隙、裂纹等。粘结相受切削作用产生犁沟,加之疲劳裂纹萌生导致硬质相的断裂剥落留下凹坑,犁沟和凹坑又成为后续涂层磨损破坏的诱发点继续使涂层遭到破坏。各试样的微观形貌和破坏结果表明,当超音速火焰喷涂涂层中存在较多均匀分布的细小硬质相时,这些硬质相碳化物将对涂层的犁削起到阻碍作用,进而避免硬质相颗粒的断裂与破坏,提高涂层抗冲蚀磨损的能力。