采用高速火焰热(HVOF，High Velocity Oxygen Fuel)喷涂系统制备的WC-Co-Cr涂层，孔隙率低、内聚结合强度高，同时具备WC颗粒的高硬度和金属粘结相的高韧性，可能具备优良的耐冲蚀性能，有望被应用于水轮机过流部件的表面防护。涂层的应用可以有效提高水轮机效率，延长水轮机检修周期，提高水电站运行质量，具有明显的经济利益。因此，关于WC-Co-Cr涂层在不同工况下的冲蚀行为和冲蚀机制的研究十分重要。目前专门针对涂层的冲蚀研究还较少，涂层不可避免的缺陷和各向异性的特点使得它与块体材料的冲蚀行为和机制有所不同。近年来对WC-Co-Cr涂层冲蚀行为的研究成为从事水力资源开发和利用的科技工作者的重要课题，对于新型耐冲蚀防护涂层的研发和确定使用条件，均具有非常重要的指导意义。　　本文在自行研制的料浆罐冲蚀试验机、射流冲蚀试验机和气体喷砂冲蚀试验机上对名义成分相同的喷涂粉末通过三类HVOF热喷系统制备的九种WC-Co-Cr涂层进行冲蚀行为研究，并以水轮机过流部件常用材料-0Cr13Ni5Mo马氏体不锈钢作为对比材料。除关注攻角、料浆浓度、冲蚀速度和冲蚀时间等试验参数外，重点考察涂层孔隙率、层状结构等性能对涂层冲蚀行为和冲蚀机制的影响，分析造成涂层冲蚀行为和冲蚀机制不同的原因。主要研究结果如下：　　(1)料浆罐冲蚀试验　　(a)在料浆浓度和样品线速度不同的3种条件下研究各涂层的冲蚀行为规律，结果表明，即使都使用HVOF热喷涂系统，喷涂粉末名义成分也相同，但由于喷涂工艺不同，涂层的耐冲蚀性能差异很大。九种涂层被分为三个集团，致密性好的涂层耐冲蚀性能最好，孔隙率高和层状结构明显的涂层耐冲蚀性能最差。这是由于气孔和层状结构间隙处均为涂层内聚结合最薄弱处，在粒子的反复冲击下，容易开裂导致涂层层间剥落。　　(b)当冲蚀条件不苛刻时，高孔率涂层的耐冲蚀性能甚至不如基材。随着冲蚀条件越来越苛刻，层状结构明显的涂层较高孔率涂层耐冲蚀性能更差。这表明层状结构明显的涂层较高孔率涂层对服役条件更为敏感。　　(c)与料浆罐冲蚀试验结果的比较表明，由单摆冲击划痕试验获得的的涂层比能耗在一定程度上可以定量表征层状结构。涂层的冲蚀失重与其孔隙率、层状结构有很好的相关性，有可能用对涂层孔隙率和层状结构的测量结果推测涂层在料浆罐冲蚀试验条件下的耐冲蚀性能。　　(d)料浆罐冲蚀试验结果显示九种涂层对攻角均不敏感，这一方面是由于涂层性能具有一定的复合性，另一方面在于料浆罐冲蚀试验中所设攻角仅为名义攻角，实际攻角难以确定，故料浆罐冲蚀试验并不适合研究攻角对涂层冲蚀行为和冲蚀机制的影响。　　(2)射流冲蚀试验　　(a)用能够确定攻角的料浆射流试验研究各涂层的冲蚀行为，结果显示，九种涂层的冲蚀失重随攻角变化，WC-Co-Cr硬质涂层显示出脆性材料的特性，在低攻角下均比高攻角下更耐冲蚀。机制分析表明，低攻角时以涂层材料去除的微切削为主，高攻角时以裂纹萌生扩展导致的涂层剥落为主。　　(b)射流冲蚀试验中，冲蚀初期阶段涂层的失重随冲砂量增加快速上升，随后增速放缓进入稳态增长。涂层缺陷对其耐冲蚀性能的影响高于硬度的影响。　　(c)低攻角时层状结构明显的T1涂层耐冲蚀性能尚优于高孔率的M2和M3涂层，但随着攻角的增大T1涂层的冲蚀率增长得更快，到75°攻角时T1涂层的耐冲蚀性能已经劣于M2和M3涂层。表明层状结构明显的涂层对攻角更为敏感，高攻角时更易出现裂纹萌生和扩展，导致涂层剥落机制占主导地位。　　(d)M3涂层由于比能耗最小、孔率最高而使其在切削分量和冲击分量都不大的45°攻角也很容易发生切削和剥落，两种机制造成的涂层较大损伤导致M3涂层出现冲蚀率极大值；在90°攻角时，剧烈的冲击使涂层裂纹萌生和扩展增多，造成严重剥落，冲蚀率再次达到最大值。故M3涂层冲蚀率随攻角的变化曲线具有双峰值现象。　　(3)气体喷砂冲蚀试验　　(a)用气体喷砂冲蚀试验研究高速冲击下各涂层的冲蚀行为，结果显示，涂层在冲蚀过程中没有孕育期，冲蚀率始终稳定。这是由于冲蚀粒子速度高(达到90m/s)，涂层应变速率也较高，能够很快进入稳态冲蚀阶段。　　(b)低攻角时，冲蚀机制以切削为主，伴有少量的涂层剥落。孔隙率高的涂层，易于切削导致涂层被去除，材料流失最为严重；层状结构明显的涂层在一定的冲击积累作用下，表面有剥落坑出现；致密性好的涂层仅有刮擦痕迹。高孔隙涂层的冲蚀率与基材相当，其它涂层优于基材。　　(c)高攻角时，粒子冲击剧烈，涂层冲蚀机制以片状剥落为主。层状结构明显的涂层冲蚀率随攻角增加迅速上升，发生大片状剥落，导致其材料流失最严重；高孔隙率涂层和致密涂层的材料流失均随攻角变大而增加，其中致密涂层裂纹萌生少扩展速度慢，不易剥落，耐冲蚀性相对较好；基材0Cr13Ni5Mo不锈钢表现出韧性材料的特点，冲蚀率随攻角变化符合金属材料规律。试验表明，高攻角下各涂层样品的耐冲蚀性能均不如基材。　　(d)孔隙率和层状结构都降低涂层的耐冲蚀性能，但对攻角的响应有差异。在15°攻角时，层状结构明显的T1涂层耐冲蚀性能优于高孔率的M2涂层，随着攻角的增大T1涂层的冲蚀率增长迅速，达到45°攻角时，T1涂层的耐冲蚀性能就开始劣于M2涂层，说明层状结构明显的涂层对冲击分量更为敏感，粒子高速冲击过程中时更易发生涂层剥落。　　(4)硬质涂层的冲蚀行为研究　　(a)由于喷涂设备和工艺不同所造成的涂层结构差异对冲蚀行为有重要影响，尤其是孔隙率、层状结构明显等缺陷。不同工况下这两类缺陷对涂层耐冲蚀性能的影响也不同，低攻角时高孔率的涂层耐冲蚀性能差；高攻角时层状结构明显的涂层耐冲蚀性能更差。　　(b)须根据涂层应用工况选择适宜的试验方法研究冲蚀行为规律。料浆罐冲蚀试验具有工况模拟性强的优势，适合快速对材料耐冲蚀性能进行排队，十分有益于丰富耐冲蚀材料数据库，能够为工程选材提供有效的参考依据；射流冲蚀试验可用来研究攻角对涂层冲蚀行为和机制的影响，但料浆射流速度有限，难以研究固体颗粒高速度冲击下涂层的冲蚀行为；气体喷砂冲蚀试验可以用来研究粒子高速冲击下攻角对涂层冲蚀行为和冲蚀机制的影响。　　(c)建立了有缺陷硬质涂层在两种工况下与攻角相关的冲蚀机制模型。粒子速度较低的固液两相射流冲蚀试验条件下，低攻角时高孔率的涂层耐冲蚀性能差，是由于涂层抗切削能力差而容易被去除；高攻角时涂层的高孔率则有利于冲击能量的吸收耗散，而层状结构更容易萌生裂纹，造成层状结构明显的涂层耐冲蚀性能更差。粒子速度较高的固气两相气体喷砂冲蚀试验条件下，高攻角时高速粒子的冲击使涂层层状结构对冲击分量敏感的特点显现出来，造成涂层大量剥落，而基材仅发生严重的塑性变形材料流失较少，高能冲击时硬质涂层的耐冲蚀性能甚至不如韧性好的基材。