但在现有研究中，工艺参数对热喷涂层组织和冲击性能的影响仍不清晰，涂层力学性质与其冲击性能的关系还需进一步研究。在已有的硬质合金涂层冲击行为研究中，冲击载荷未超过1 kN，且介质为空气。以Ni替代Co黏结相的WC-Ni系涂层具有更优异的抗腐蚀性能，可满足介质工况下的泵阀等水力机械装备涂层耐磨抗冲击的应用需求。大连理工大学雷明凯教授团队通过λO/F调节HVOF喷涂工艺参数，在17-4PH不锈钢基体上制备具有不同组织特征的WC-12Ni涂层，开展水介质中10 kN级的重载冲击实验研究，分析涂层组织特征与涂层冲击行为之间的对应关系，旨在弄清喷涂工艺参数影响其抗冲击性能的机理，为改善热喷涂涂层性能的工艺参数优化提供依据。
采用HVOF热喷涂技术，通过氧气/燃料比（λO/F）调节喷涂工艺参数，以λO/F=1.1为基准点调节，分别固定氧气流量为811 L/min、降低煤油流量，固定煤油流量为22.7 L/h、增大氧气流量，均使λO/F增至1.2、1.3，制备了相应的WC-12Ni涂层试样，分析了涂层孔隙率和相组成等微观组织，及涂层显微硬度和弹性模量，进行了7.4 kN大载荷下20 Hz、6000次冲击实验，并对比分析了各涂层的抗冲击行为。主要结论如下。
1）λO/F可显著影响涂层的孔隙率，而孔隙率又会影响涂层的显微硬度。当λO/F=1.1时，涂层的孔隙率为0.91%，显微硬度为10.1 GPa。在固定氧气流量、降低煤油流量，使λO/F增至1.3时，孔隙率增至1.24%，显微硬度降至8.6 GPa。在固定煤油流量、增大氧气流量，使λO/F增至1.3时，孔隙率降至0.85%，显微硬度增至10.8 GPa。降低煤油流量，使λO/F从1.1增至1.3时，弹性模量从344.0 GPa降至313.9 GPa。增加氧气流量，使λO/F增至1.3时，涂层的弹性模量增至382.5 GPa。此外，WC相在所有λO/F条件下均发生了脱碳分解，生成了W2C、WC1−x、W，但λO/F的增加会抑制WC相的分解。
2）涂层微观组织及力学性质随着λO/F的增加并未表现出已有文献报道的单调变化规律。当固定氧气流量、降低煤油流量，使λO/F由1.1增至1.3时，涂层孔隙率、显微硬度和弹性模量均逐渐降低。当固定煤油流量、增加氧气流量，使λO/F由1.1增至1.3时，涂层孔隙率、显微硬度和弹性模量均逐渐增加。涂层显微硬度与孔隙率呈负相关，孔隙率越高，则涂层的硬度越小。涂层的弹性模量主要取决于粒子速度，当固定氧气流量、降低煤油流量，使λO/F增大时，粒子速度减小，弹性模量相应减小。当固定燃料流量、增加氧气流量，使λO/F增大时，可提高喷涂粒子速度，进而增大涂层的弹性模量。
3）涂层的H3/E2定量表征了其抵抗塑性变形和开裂的能力，决定了涂层的抗冲击性能，即H3/E2越大，涂层的抗冲击性能越优异。当涂层的H3/E2≤8.4 MPa（λO/F，O 998 L/min，F 22.7 L/h）时，出现了冲击裂纹损伤，且裂纹累加总长随着H3/E2的增加而减小。当涂层的H3/E2>8.4 MPa时，以WC硬质相剥落损伤特征为主，且随着H3/E2的增加而减轻。此外，涂层的H3/E2由6.4 MPa（λO/F，O 811 L/min，F 18.4 L/h）增至8.7 MPa（λO/F =1.1）时，坑体积由3.3×10−3 mm3降至2.1×10−3 mm3，减小了36%；WC剥落程度由1.79%降至1.17%，降低了35%。
该文章发表在《表面技术》第53卷第19期。
引文格式：张书姣, 朱小鹏, 苑菁茹, 等. 氧气/燃料比对超音速火焰喷涂 WC-Ni 涂层抗冲击性能的影响[J]. 表面技术, 2024, 53(19): 193-200.
ZHANG Shujiao, ZHU Xiaopeng, YUAN Jingru, et al. Effect of Oxygen-fuel Ratio on Impact Resistance of WC-Ni Coatings Deposited by HVOF Spraying[J]. Surface Technology, 2024, 53(19): 193-200.
DOI：10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2024.19.018
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编辑| 邓李旸
审核| 汪 潇
