近年来，热喷涂技术已经被广泛应用于制备不同工况条件下材料表面的冲蚀磨损防护涂层，主要利用其对基体热影响小、设备简单以及生产效率高等优点，目前已取得了较好的效果。热喷涂WC-Co涂层是一种在高温焰流作用下以WC作为硬质相，Co作为粘结相形成的一种硬面涂层。由于Co对WC有很好的润湿性，当温度升高到一定值时，WC能溶解在Co中，温度降低时又形成WC骨架。所以WC可用Co作为粘结相进行高温烧结或复合，使得WC-Co涂层具备高硬度和良好柔性，使得材料表面有效推延冲蚀破坏的孕育期，抑制或减少冲蚀磨损破坏。
大气等离子喷涂(APS)过程涉及极为复杂的等离子电弧的传热与流动、粉末粒子与等离子射流之间以及熔融粒子与基体之间的相互作用，这使得涂层综合性能对喷枪类型、喷涂距离极为敏感。刘延宽等人运用Fluent软件对HVOF焰流进行仿真模拟, 揭示喷涂过程中焰流速度、温度对粒子速度和温度的影响。文魁等人采用SprayWatch3i在线监测系统测量了F6大气等离子喷枪在不同喷嘴条件下产生的等离子射流中Al2O3-3TiO2粒子的温度和速度，研究了粒子的扁平化程度及涂层性能。在喷涂过程中，粒子速度与温度之间的关系是相互矛盾的，在同等喷涂距离下，若要增加粒子的飞行速度，粒子加热的时间就会缩短，降低了粒子的温度；若要增加粒子的温度，粒子的速度就会降低。所以在喷涂过程中，需要获得较好的粒子温度与速度的配合(即合适的喷涂距离)才能获得高质量涂层。
WC-12Co硬质涂层由于具有良好的耐磨耐蚀性能，被广泛应用到工业的各个方面。V·Bonache等人采用等离子喷涂制备微米结构与纳米结构粉末的WC-Co涂层，研究发现电流为625 A时，微米结构的WC-Co涂层在45°冲蚀角下失重率大于大于90°冲蚀角。王海军等人采用HVOF法制备WC-Co涂层，研究了冲蚀角30°与90°下WC-Co涂层的冲蚀磨损性能，研究发现冲蚀角为90°时失重率大于30°，其涂层的失效形式是涂层疲劳剥落。李阳等人利用HVOF法制备WC-Co-Cr涂层，分析了涂层孔隙和层状结构等缺陷对15°、45°、75°和90°攻角下的料浆冲蚀行为。目前，就不同工艺参数对等离子喷涂制备WC-Co涂层性能研究报道较多，主要集中于电流与主气流量方面；涂层抗冲蚀磨损性能研究主要集中于不同冲蚀角度对其的影响。文中以Q235钢为基体采用等离子喷涂制备WC-12Co涂层，研究不同喷涂距离对涂层显微组织、力学性能及抗冲蚀磨损能力的影响，通过测量不同喷涂距离下粒子速度与温度，揭示粒子温度与速度对涂层性能的影响，并探讨WC-12Co涂层冲蚀磨损的机理。
1． 涂层的制备
基体为Q235钢，粘结拉伸试验采用Φ 20 mm×6 mm试样，冲蚀磨损试验采用30 mm×40 mm×5 mm试样。喷涂时粘结层选用NiCr5Al粉末，粒度为25~45 μm，其质量分数为：5%Al，余量为NiCr。采用喷雾造粒获得WC-12Co球形团聚粉，粉末SEM形貌如图1所示。WC颗粒通过Co黏结相团聚成球形，WC-12Co粉末的粒度分布均匀、且表面光滑，流动性能较好。粒度25~45 μm，流动性20.1 s/50 g，松装密度4.4 g/cm3，其组成(质量分数/%)为：88.0WC，12.0Co，喷涂前所有粉末进行烘干处理。喷砂及等离子喷涂参数见表1。喷涂前将Q235基体表面打磨平整，超声波清洗净化30 min，清除油污及铁锈，而后用粒径为0.5~1.0 mm棕刚玉喷砂粗化处理，喷砂后用过滤的洁净压缩空气将基体表面杂质和浮尘吹除，2 h内完成等离子喷涂试验。涂层制备采用上海大豪纳米材料喷涂有限公司生产的DH-2080型等离子喷涂系统，圆柱形喷嘴内孔径为6 mm。
2． 涂层的分析与表征
采用LED-1430VP扫描电镜(SEM)观察涂层截面形貌。采用D&Advance型号衍射仪测定涂层物相成分，其基本参数：阳极靶为Cu靶，管电压40 kV，管电流30 mA，扫描速度2°/min，扫描范围为20°~80°，步长为0.02°。涂层成分测定采用OXFORD-2000型能谱仪。Spray Watch 2i热喷涂在线监测系统用于测量等离子射流中飞行粒子的温度和速度。孔隙率测定采用图像灰度法。采用HXD-1000TB维氏硬度仪对涂层显微硬度及韧性进行测定，硬度及韧性均采用0.5 kg载荷。压痕韧性的计算方法如式(1)：
KIC=0.113H⋅D1/2(1+CL/2D)3/2KIC=0.113H⋅D1/2(1+CL/2D)3/2 (1)
式中，H为涂层维氏硬度，GPa；D为维氏压痕对角线长，μm；CL为压痕四角延伸出的裂纹长之和，μm。涂层的结合强度测定按照GB/T 9793-2012标准进行，采用E-7胶将涂层试样与喷砂后的Q235钢对偶件粘接，经3 h固化后, 通过万能材料试验机测定涂层的结合强度。冲蚀磨损试验采用自制的干砂型常温冲蚀磨损试验机进行，选取新疆当地黄沙，沙粒形状不规则，大部分呈尖角状。角度(0°~90°)利用自制的冲蚀夹具进行调节。采用型号FA2004精度为0.1 mg的电子天平称量试样的冲蚀磨损失重，沙粒流量为250 g/min，每4 min测量一次，计算得到单位面积上的失重量。
