冲蚀磨损是材料失效的重要原因之一。利用表面工程技术在材料表面制备耐磨层可以有效地降低材料的冲蚀磨损损失,具有十分显著的经济与社会效益。等离子喷涂是制备耐磨涂层常用的表面工程技术,在航空航天、冶金、能源、机械等工业领域得到广泛应用。金属基复合材料(MMC’s)兼备了增强体的高硬度和金属基体的高韧性特点而被广泛应用于耐磨涂层。镍基自熔剂合金具有优良的耐磨性能和良好的喷涂性能,且具有良好润湿性能,是较为理想的MMC’s涂层基体材料。MMC’s的增强体可以是硬的金属、非金属固体粒子或短纤维。氧化物、碳化物、氮化物陶瓷是较常见的非金属增强体材料。WC具有很高的硬度且有着与金属相近的物理化学特性,是最常用的增强体材料。但是WC昂贵的价格限制了其在MMC’s涂层中的更为广泛应用。Al2O3陶瓷在力学性能指标上与WC相近,且廉价易得,是公认的具有良好前景的增强体材料。但是,由于Al2O3与NiCrBSi的物理化学特性存在明显的差异,直接采用Al2O3和NiBCrBSi混合粉末进行热喷涂,难于获得高质量的复合材料涂层。本论文使用机械混合WC+NiCrBSi混合粉末,在Q235热轧钢表面成功的制备出WCp/NiCrBSi复合材料涂层。系统的研究WCp/NiCrBSi复合材料涂层的组织结构与性能,揭示了等离子喷涂参数、增强体含量对涂层组织结构与性能的影响规律,并基于涂层冲蚀磨损形貌的SEM像对涂层的冲蚀机理进行了分析。利用二次回归正交组合设计法优化喷涂工艺参数,建立了等离子喷涂WCp/NiCrBSi复合材料涂层冲蚀磨损率的二次回归方程;利用Matlab软件编程计算和试验研究,对等离子喷涂参数进行优化,为等离子喷涂制备WCp/NiCrBSi涂层的实际应用提供必要的理论依据和技术数据。研究结果表明,等离子喷涂WCp/NiCrBSi复合材料涂层由WC增强体和NiCrBSi基体组成。涂层由WC、W2C、γ-Ni、Ni3B、Cr2B、CrB、M7C3、M23C6相构成,并含有一定量的微晶/非晶组织。增强体含量对WCp/NiCrBSi涂层的组织结构及抗冲蚀磨损性能有明显影响。随增强体质量分数的增加,涂层的显微硬度及抗冲蚀磨损性能提高,但是过高的增强体质量分数会导致涂层的孔隙率明显升高,从而导致涂层的硬度降低、抗冲蚀磨损性能下降。WC质量分数为35 %的机械混合粉末制备的WCp/NiCrBSi涂层具有更小的孔隙率、更高的显微硬度和更佳的抗冲蚀磨损性能。研究结果表明,随冲蚀角度的增加,涂层的冲蚀磨损率增加,在90°时涂层冲蚀磨损率达到最大值;小角度冲蚀条件下,WCp/NiCrBSi复合材料涂层的冲蚀磨损主要是因为冲蚀粒子对较软的NiCrBSi基体的显微切削及硬质增强体发生脱落;在大角度冲蚀条件下,复合材料涂层的冲蚀磨损主要归因于在冲蚀粒子的冲击下,裂纹在涂层增强体/基体界面萌生及扩展贯通,从而导致涂层材料流失。Matlab软件编程计算结果和试验结果表明,采用喷涂电流为380 A,氢气流量为1.5 L/min,送粉率为42 g/min,WC质量分数为35 %的机械混合粉末制备的WCp/NiCrBSi涂层具有最佳的抗冲蚀磨损性能。为了得到抗冲蚀磨损性能优良,但更为廉价的复合材料涂层,试验首先利用等离子喷涂技术在Q235热轧钢板上成功制备出NiCrBSi涂层和Al2O3涂层。研究了NiCrBSi、Al2O3涂层的组织结构与性能。在此基础上,使用双路送粉、球磨复合粉末、机械混合粉末,三种不方法分别在Q235热轧钢板表面成功制备出Al2O3p/NiCrBSi复合材料涂层。研究了涂层的组织结构及性能。利用二次回归正交组合设计法优化喷涂工艺参数,建立了等离子喷涂Al2O3p/NiCrBSi涂层冲蚀磨损率的二次回归方程。利用Matlab软件编程计算,对等离子喷涂参数进行优化,为等离子喷涂制备Al2O3p/NiCrBSi涂层的实际应用提供必要的理论依据和技术数据。研究结果表明,等离子喷涂NiCrBSi涂层具有层状结构,涂层主要由γ-Ni、Ni3B、Cr2B、CrB、M7C3、M23C6相构成,并存在有一定量的微晶/非晶组织;喷涂电流为500 A、氢气流量为2 L/min条件下制备的等离子喷涂NiCrBSi涂层组织结构致密、显微硬度高、冲蚀磨损低,具有更佳的抗冲蚀磨损性能,涂层的孔隙率为1.6 %,显微硬度为801.2 Hv;NiCrBSi涂层的冲蚀磨损率随冲蚀角度的增加而增加,在90°时涂层的冲蚀磨损率达到最大值;小角度时涂层的冲蚀磨损机制为显微切削、铲削、犂削,呈现塑性材料的冲蚀磨损特征,大角度时涂层的冲蚀磨损机制为疲劳断裂。研究结果表明,等离子喷涂Al2O3涂层具备层状结构,层状薄片间存在较多的孔隙,涂层由α-Al2O3和γ-Al2O3组成,并含有一定量的微晶/非晶组织;喷涂电流为600 A、氢气流量为5 L/min时,涂层孔隙率为7 %,涂层的显微硬度为995.6 Hv,具有最佳的抗冲蚀磨损性能;Al2O3涂层的冲蚀磨损率随冲蚀角度的增加而增加,在90°时涂层的冲蚀磨损率达到最大值;小角度时涂层的冲蚀磨损机制为显微切削并伴有一定量的疲劳断裂;大角度时涂层的冲蚀磨损机制为疲劳断裂,呈现脆性材料冲蚀磨损特征。研究结果表明,Al2O3p/NiCrBSi复合材料涂层由由Al2O3增强体和NiCrBSi基体组成。双路送粉制备的涂层,涂层结构不均匀,局部有分层及孔隙聚集,涂层孔隙率为4 %,涂层的显微硬度为860.7 Hv;采用球磨复合粉未制备的涂层,涂层局部结构不均匀,出现增强体和孔隙聚集,涂层孔隙率为3.7 %,涂层的显微硬度为917.2 Hv;采用机械混合粉末制备的涂层,增强体被熔化的金属基体颗粒包裹,形成较为理想的复合材料涂层,涂层孔隙率为3 %,显微硬度为960.5 Hv。Al2O3p/NiCrBSi复合材料涂层主要由α-Al2O3、γ-Al2O3和γ-Ni、Ni3B、Cr2B、CrB、M7C3、M23C6构成,并含有一定量的微晶/非晶组织。增强体含量对Al2O3p/NiCrBSi涂层的组织结构及抗冲蚀磨损性能有明显影响。随增强体质量分数的增加,涂层的显微硬度及抗冲蚀磨损性能提高,但是过高的增强体质量分数会导致涂层的孔隙率明显上升,从而导致涂层的硬度降低、抗冲蚀磨损性能下降。Al2O3质量分数为25 %的双路送粉、22 %的机械球磨复合粉末、60 %的机械混合粉末制备的Al2O3p/NiCrBSi涂层具有更小的孔隙率、更高的显微硬度和更佳的抗冲蚀磨损性能。粉末结构对Al2O3p/NiCrBSi涂层的微观组织及性能具有明显的影响,采用机械混合粉末制备的Al2O3p/NiCrBSi涂层具有更低的孔隙率、更高的硬度高,Al2O3增强体分布均匀、与NiCrBSi基体结合致密,具有更佳的抗冲蚀磨损性能。随冲蚀角度的增加,涂层的冲蚀磨损率增加,在90°时涂层冲蚀磨损率达到最大值;小角度冲蚀条件下,复合材料涂层的冲蚀磨损主要是因为,冲蚀粒子对较软的NiCrBSi基体的显微切削和硬质增强体发生脱落;在大角度冲蚀条件下,复合材料涂层的冲蚀磨损主要归因于在冲蚀粒子的冲击下,裂纹在涂层增强体/基体界面萌生及扩展贯通,从而导致涂层材料流失。Matlab软件编程计算结果和试验结果表明,采用喷涂电流为350 A,氢气流量为2.6 L/min,送粉率为27 g/min,Al2O3质量分数为60 %的机械混合粉末制备的Al2O3p/NiCrBSi涂层,具有最佳的冲蚀磨损率。研究结果表明,相对于WCp/NiCrBSi复合材料涂层,Al2O3p/NiCrBSi复合材料涂层更为廉价易得,具有更好的社会效益和经济效益、更为广泛的应用前景。