钴基高温合金涂层由于其优良的耐腐蚀、抗氧化、耐磨性能等,被广泛应用于汽轮机相关部件以提高其服役寿命。汽轮机叶片、阀门等高温部件在服役过程中,工况复杂极端,受到高温、高压、流体、应力、以及杂质等的影响,会发生腐蚀(氧化腐蚀、汽蚀等)和机械损伤(包括微动磨损、微动疲劳、滑动磨损、冲击磨损等),进而发生破损,严重的情况下将导致失效。尤其是微动磨损,该磨损类型不易于察觉,等到发现时损伤可能已经非常严重,甚至是灾难性的破坏,导致无法估量的经济损失。本文针对汽轮机叶片涂层在服役过程中发生的微动磨损和冲击磨损,利用超音速火焰喷涂技术(HVOF)在镍基基体表面制备了钴基涂层,并通过扫描电镜(SEM)、X射线衍射(XRD)和维氏硬度仪等测试手段系统的分析了该钴基涂层的结构和性能。采用球-平面接触模式,分别在新型高温切向微动设备和能量控制模式冲击磨损设备上对涂层进行切向微动磨损和冲击磨损性能研究。采用光学显微镜(OM)、SEM电镜及EDS等对磨痕进行微观分析,通过白光干涉仪对磨痕形貌和磨损量测定,系统的揭示了钴基涂层的切向微动和冲击损伤机理,得到以下结论:1.喷涂工艺参数对涂层的微观结构有一定的影响,不同喷涂参数下,粉末的沉积率、涂层的孔隙率、裂纹等有较为明显的区别。在设计喷涂参数范围内,涂层孔隙率非常低,基本都在0.8%以下。喷涂参数对涂层的硬度分布以及切向微动磨损性能影响不显著。综合微观结构及磨损量评估得到最佳喷涂工艺变参:送粉速度为6.5转/分,燃油量为6.0加仑/小时,氧流量为1950标准立方英尺/小时,喷涂距离为380毫米。2.涂层切向微动磨损性能受温度影响非常显著,当温度从室温升高到400℃,摩擦系数下降明显。由于显著的粘着磨损和大量的材料转移,涂层的磨损形貌由凹坑变为凸起。室温下,磨损机制为磨粒磨损、剥层和剥落,而高温下的主要微动损伤机制为粘着磨损。不同温度和不同循环次数下,涂层的磨损体积始终远低于基体,说明涂层相对基体具有更优的耐切向微动磨损能力。3.冲击初始动能越大,单次冲击过程中冲击接触力、速度变化量以及吸收的能量值也越大,但能量吸收率的变化没有明显的规律。另外,随着初始动能增加,磨损量随之增大,但磨损率在冲击速度低于130mm/s时增加,高于130mm/s时反而有所减小;初始动能恒定时,随着冲击循环次数的增加,冲击接触力和返回速度都先减小后增加,能量吸收率则先增加后减小。磨损量随着循环次数的增加持续增加,但基体的磨损率在最初阶段远大于涂层的值,且磨损率持续减小,涂层的磨损率相对基体则始终保持较低水平,并且相对稳定。在不同的初始动能和冲击循环次数下,磨损机制主要是塑性变形和剥落,涂层的磨损体积始终低于基材。