wc-co热喷涂层力学性能和残余应力的研究

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1、西南交通大学硕士研究生学位论第l页摘要WC．Co热喷涂涂层技术是国内外的～个研究焦点。WC．Co涂层技术可望成为解决重大装备关键零部件耐磨的关键技术。国内外学者对WC．Co材料热喷涂工艺、涂层组织结构以及常温性能，进行了大量的研究工作。但对WC．Co涂层断裂韧性、残余应力及疲劳性能的研究还很少。因此，有必要对此进行系统、深入的研究，为WC．Co涂层的工程应用提供强有力的技术支持。本论文针对水轮机过流件和关键零部件的力学性能问题，系统地研究了APS和HVOF两种喷涂方法制备的纳米WC．Co、普通WC．C

2、o、WC．12Co以及WC．17Co等涂层力学性能。采用压痕法测量了涂层弹性模量和断裂韧性，利用SEM／BSE等技术分析了压痕致裂纹扩展机理；利用四点弯曲法测量了涂层界面应变能释放率；同时采用X射线衍射法测量了涂层残余应力：采用高频疲劳试验机测量了涂层轴向疲劳，主要得出以下结论：(1)APS喷涂纳米WC．Co涂层硬度比HVOF喷涂纳米WC．Co涂层低402．40HV，约50．39％；纳米WC—Co涂层硬度高于普通WC—Co涂层50．10HV，约4．36％；WC．12Co涂层硬度高于WC．17Co涂层6

3、2．40HV，约5．20％；WC．Co涂层硬度沿深度方向呈梯度分布；APS喷涂WC．Co涂层弹性模量比HVOF喷涂WC．Co涂层低125．24，98．42％；纳米WC．Co涂层弹性模量比普通涂层高13．00GPa，约5．43％；WC．12Co涂层弹性模量比WC．17Co涂层高40．90GPa，约16．20％；(2)APS喷涂WC．Co涂层断裂韧性比H-VOF喷涂WC．Co涂层低1．97MPa．m“2，约50．oo％；纳米WC．Co涂层断裂韧性比普通涂层高0．61MPa．m“2，约11．41％；WC．1

4、2Co涂层断裂韧性比WC．17Co涂层低0．38MPa．Ill“2，约7．16％：(3)APS和HVOF喷涂WC．Co涂层表面应力都表现为压应力，且HVOF喷涂层残余压应力水平比APS喷涂层高85．50MPa，约61．60％；纳米WC．Co涂层残余压应力水平比普通WC．Co涂层高20．89MPa，约10．27％；WC一12Co涂层残余应力水平低WC．17Co涂层18．67MPa，约9．08％；IqVOF喷涂WC．Co涂层残余应力均表现为压应力，表面残余应力值比较集中，残余应力沿表面分布较为平缓，沿着深

5、度方向应力值浮动较大，呈梯度分布。HVOF喷涂WC—Co涂层中各相残余应力大小及状态均不同，WC和W2C相为压应力，而C06W6C相则为拉应力；(4)随着疲劳载荷的增加，纳米WC．12Co涂层疲劳寿命减少；循环载荷作用下，涂西南交通大学硕士研究生学位论第ff页层与基体轴向变形不协调，在涂层．基体界面产生较大剪应力，致使45#钢基体纳米WC．12Co涂层失效；载荷作用下，疲劳试样上受较大弯矩，致使试样表面涂层失效，应力陡然增大致使试样断裂。关键字：等离子喷涂；超音速火焰喷涂；WC．Co涂层：弹性模量；断

6、裂韧性；残余应力；疲劳性能。西南交通大学硕士研究生学位论第llI页曼皇曼曼I_=__mmIII皇曼曼曼曼皇曼皇曼曼曼曼曼曼曼曼曼曼曼鼍曼曼窟寰曼皇皇曼曼皇鼍!曼舅皇曼鼍曼孽皇曼曼皇蔓皇曼舅舅曼!曼曼曼曼曼皇曼AbstractWC—Cocoatingtechnologyisafocusforcivilandabroadresearchers，whichisexpectedtobecomeakeytechnologytosolvewear-resistanceofcriticalcomponentsinl

7、arge—scaleequipments．Manyscholarshavedonealotofresearchesontheprocess，microstructuresandperformanceatroomtemperatureofWC-CocoatingsprayedbyHVOEHowever’theresearchesonfracturetoughness，residualstressandfatiguepropertiesofWC—Cocomingarerare．So，thesystemat

8、icandin—depthreseachesaboutthembecomemoreandmorenecessary,whichcouldprovideastrongsupportontecnologiesforengineeringapplicationofWC—Cocoating．Aimingattheproblemonmechanicalpropertiesoftheturbinekeyparts，inthispaper,themechanicalp