完全熔融并成为粘结基体(由于快速冷却作用，可以形成纳米晶)，另一部分的纳米颗粒呈半熔融或非熔状态镶入粘结基体(与粉末形态相似的纳米晶)，这种熔化或者不熔化的颗粒都可以呈现出纳米的特性，从而形成致密的双峰涂层。这种双峰涂层比普通涂层具有更高的结合强度和更好的耐磨性能。在相同的研磨条件下，双峰涂层的磨痕更为平滑，塑性变形的区域更多，从而表明这种具有随机分布纳米显微结构的双峰涂层具有更好的塑性，能有效地阻止裂纹的扩展。R S Lima等人在热喷涂纳米氧化锆时，发现喷涂层的努氏显微硬度(HK)呈现出了双峰特性，并且这种双峰特性可以用双参数威布尔(Weibull)分布来描述，其双参数为形状参数(m)和尺寸参数(n)。即在纳米颗粒熔化粘结区域内的努氏显微硬度符合双参数威布尔分布，其双参数为ml和nl；而在纳米颗粒非熔化区域内的努氏显微硬度同样符合双参数威布尔分布，但其形状参数为m2(≠m1)、尺寸参数为n2(≠n1)。纳米颗粒非熔区比熔化区的显微硬度要低；而在普通的涂层中，虽然其显微硬度也符合威布尔分布，但并没有出现双峰分布。至于为什么在纳米颗粒非熔化区域的显微硬度要比熔化区域的显微硬度低，R S Lima等人认为：由于纳米颗粒未熔化区域所呈现的是粉末纳米晶的特性，即粉末是由较多的纳米颗粒团聚或被包覆形成的，其纳米颗粒间存在较多的孔隙，结合不够紧密；而熔化区域由于液滴的相互撞击及激冷作用，形成部分纳米晶并结合十分紧密，故其显微硬度较高。由此可见，在热喷涂纳米结构涂层时，要想获得性能优良的涂层，必须合理控制喷涂参数，使一定量的纳米颗粒完全熔化，而另一部分不熔化或半熔化，完全熔化的部分作为粘结相，降低孔隙率，从而形成致密涂层；而没有熔化或半熔化的纳米颗粒起功能材料作用或起到提高其它机械性能的作用。
1.6.3 关于影响HVOF喷涂层的因素及机理研究
马壮等研究了超音速火焰(HVOF)喷涂WC-Co粒子过程中，基体表面粗糙度对粒子平化变形特征及粒子基体间结合性能的影响。实验结果表明：随基体表面粗糙度增大，粒子铺展过程中受到的阻力增大，圆形或近似圆形的粒子比例减少，不规则形貌粒子的比例增加；同时WC-Co粒子与基体问的物理机械嵌合强度提高；适当延长基体吹砂处理时间可增强粒子与基体间的结合强度。李长久等研究了碳化钨颗粒尺寸对超音速火焰喷涂WC-Co涂层形成的影响，通过
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探讨WC颗粒对扁平粒子厚度及喷涂后WC颗粒尺寸变化的影响，研究超音速火焰喷涂过程中WC-Co涂层的沉积过程：使用具有不同WC尺寸的四种WC-Co粉末，采用JET-KOTE喷枪系统喷制了WC-Co涂层。结果发现涂层中WC颗粒的大小主要取决于原始粉末中WC的尺寸。在粉末穿越火焰的过程中，大多数WC处于固态；WC-Co涂层的沉积涉及固液两相离子的扁平化，而不是像在优化条件下金属或陶瓷材料喷涂过程中仅存在单一液相的情况。很明显WC-Co粉末中的WC的大小对涂层的形成影响很大，在超音速火焰喷涂条件下当液固粒子碰撞到已形成的涂层表面上时，其中的大颗粒WC粒子容易被反弹脱落。基于实验结果，提出了计算由液相聚积固相形成的液固两相颗粒碰撞到表面时形成扁平粒子的厚度的模型。查柏林等研究了HVO/AF超音速火焰喷涂纳米结构WC-12Co涂层，HVO/AF超音速火焰喷涂技术可按不同混合比使用氧气与空气作为助燃剂，与煤油燃烧形成超音速焰流，焰流温度调节范围约为1400-28000C。利用HVO/AF设备制备了三种喷涂条件下的纳米结构WC-12Co涂层，分别是HVOF，HVO-AF和HVAF。试验结果表明，涂层与基体结合好，均匀致密，孔隙率低，显徽硬度高，比徽米结构WC-12Co涂层显徽硬度提高约0.5倍，WC出现了分解，涂层主要由WC，Co3W3C和Co组成，随着焰流温度的降低，WC的分解逐渐减少，但涂层硬度变化不明显。赵刚研究了超音速火焰喷涂工艺参数对涂层孔隙率、显微硬度、抗汽蚀性能的影响。选取了100mm和200mm两种不同长度的枪管及四种喷矩制备了八种纳米结构WC-12Co涂层。结果表明：采用200mm枪管喷涂的纳米结构WC-12Co涂层相对l00mm枪管喷涂的纳米结构WC-12Co具有更高的结合强度及更低的孔隙率，抗汽蚀性能更优异；而采用260mm喷矩的涂层抗汽蚀性能最优。常维纯等研究了工艺参数对HVOF喷涂WC-Co涂层磨损性能的影响，采用滑动磨损试验机对不同工艺参数下HVOF喷涂WC-Co涂层进行滑动磨损试验，并分析了涂层的表面失效行为。氧气流量和燃气流量对涂层磨损性能的影响呈不同的变化规律，较小的氧气流量、适中的燃气流量和喷涂距离条件下制备的涂层磨损率较低。涂层滑动磨损失效具有解理断裂特征。失效过程中碳化物颗粒的剥落对涂层磨损起关键作用，涂层中的粘结相、孔隙对疲劳裂纹的扩展有很大的影响。李长久等研究了表面熔融粒子结构对超音速火焰喷涂WC-Co层结合性能的影响，探讨了在
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超音速火焰喷涂(HVOF)过程中所形成的表面金属层熔化而芯部陶瓷相不熔化的表面熔融粒子结构，研究了这种粒子结构对HVOF涂层结合性能的影响规律，发现固态颗粒的密度及体积分数与结合强度有直接的对应关系。提出了综合考虑固态粒子密度、体积分数及速度，表征半熔结构状态对涂层结合性能影响的有效固相质量和有效固相动能两个参量。有效固相质量定义为固态粒子密度和其体积分数平方的乘积，有效固相动能定义为有效固相质量与粒子速度平方的乘积。试验结果表明，涂层的结合强度随这两个参量的增加而增加。赵民等研究了HVOF喷涂参数对WC-Co涂层力学性能的影响，研究HVOF下在不锈钢上热喷涂WC-Co合金涂层喷涂参数如速度和喷距对涂层力学性能的影响，揭示其对表面残余应力，表面硬度的影响机理，优选最佳工艺参数。使用HVOF在不锈钢表面喷涂WC-Co合金形成耐磨涂层，通过使用显维硬度测量和钻孔方法来测量不同加工参数下的涂层硬度和残余应力分布。结果表明：涂层和基体上存在3个区域，在这3个区域内硬度和残余应力完全不同的，但它们的变化趋势是一致的。涂层最大硬度并不是在表面，而是距离表面为40μm。通过比较不同参数下的涂层力学性能，可以确定最佳加工参数，通过试验发现喷枪速度小．喷矩小，涂层内部残余应力加大，同时显微硬度也有所提高。陈国安等研究了粉末的物理性能对热喷涂涂层的影响，在SUS316L不锈钢基体上，采用HVOF和DGS两种不同的工艺方法，分别喷涂WC-12Co和FeAl涂层，观察WC-12Co和FeAl粉末的颗粒形貌、粒度组成以及DTA(热分析试验)，研究它们对热喷涂涂层质量的影响。结果表明，粉末的球化程度越高和粉末的颗粒大小越均匀，喷涂后涂层的组织均匀，致密性好，涂层与基体的结合强度高。DTA试验表明：WC-12Co的DTA曲线在低于1200℃的温度范围内一直处于平缓的下降阶段，说明WC-12Co粉末颗粒处于一种稳定状态，且能够在氮气气氛中承受1200℃以下的高温侵蚀。在1200~1300℃的温度范围内出现了两个小的放热峰和两个小的吸热峰。两个放热峰的出现，说明WC-12Co晶体处于非平衡状态，而两个小的吸收峰的出现则表明了WC-12Co粉末发生了相交，X射线衍射分析结果表明，在此温度范围内，游离态Co与WC转化成亚稳态的Co3W3C。侯根良研究了送粉参数对超音速火焰喷涂粒子速度与温度的影响，以直径为30um的球形铜粒子为例，对KY-HVO(A)F多功能超音速火焰喷涂系统进行了不同送
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粉位置、送粉管直径、倾斜角度以及送粉压力条件下粒子的速度与温度分析。结果表明：送粉位置对粒子出口速度没有明显的影响，但对温度有较大的影响，送粉位置距离喷枪燃烧室越近，粒子的温度越高；送粉直径越小粒子的速度与温度越高；倾斜角度对粒子温度没有影响，随着送粉倾斜角度的增大，粒子进人焰流中心的能力增强，粒子速度增大：送粉压力对粒子的速度与温度影响不大，但压力为0.4 MPa时加热加速效果最好。侯根良研究了超音速火焰喷涂燃烧室燃气成分与温度的计算，在液体火箭发动机原理的基础上，建立了超音速火焰喷涂燃气成分与温度的计算方法，对KY-HVO(A)F多功能超音速火焰喷涂系统进行了计算，得到了不同混合分数下燃气成分与温度的变化规律。在此基础上进行了喷枪内外燃气流场分析，结果表明，燃气温度分布、速度分布与实际焰流有较好的一致性。在喷枪出口处，HVOF与HVAF两种状态下燃气都得到了超音速，不同的参数比可以调节焰流温度与速度，实现了HVOF与HVAF之间的连续可调。陶凯等研究了超音速火焰(HVOF)喷涂过程中颗粒行为数值模拟的研究进展，介绍了近年来描述HVOF喷涂过程中颗粒行为的数学模型，并结合不同粉末的特点给出了相应的模型修正。简要总结了数值模拟的研究成果，从颗粒的尺寸、形貌、密度及喷涂距离等方面分析了不同工艺参数对送粉颗粒在喷涂过程中状态变化的影响以及与涂层组织和性能之间的关系，从而为深入了解HVOF喷涂工艺的特点提供了一条有效途径，也为热喷涂的模拟研究提供了一些参考和借鉴。
1.7 本文研究的主要内容及意义
采用两种多峰WC-12Co粉末和一种亚微米WC-12Co粉末进行试验研究，两种多峰粉分别含有50%纳米WC-12Co和30%纳米WC-12Co，同时还含有亚微米(0.2um)的WC-12Co，采用HVOF的方法进行喷涂。对3种涂层进行显微组织、显微硬度测试、耐摩擦磨损性能试验、抗汽蚀性能试验。具体研究内容如下：
①制备两种多峰结构WC-12Co涂层和一种亚微米结构WC-12Co涂层。 ②对涂层进行显微组织结构分析：分析涂层的截面形貌，表面形貌，相组织结构。
③对涂层进行机械性能测试：测试涂层的显微硬度，耐摩擦磨损性能，，探讨涂
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层失效的机理。
④探讨粉末的结构特性对涂层组织结构的影响，包括显微组织结构、相结构。 本论文工作的意义：
①本论文研究了WC-12Co粉末结构对其HVOF涂层多项性能的影响，揭示了粉末结构特性对涂层影响的机理，探讨了WC-12Co涂层耐磨损、抗汽蚀性能的机理。
②本论文的研究扩展了纳米WC-12Co涂层的研究范围，提出了一种新型的喷涂用粉末—多峰WC-12Co粉末：对多峰WC-12Co涂层中纳米WC颗粒的含量比例进行了探讨，为多峰WC-12Co粉末的成分设计及其HVOF涂层的应用提供了理论依据。
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