超音速火焰噴涂Fe-Cr基含非晶-納米晶涂層及其抗汽蝕特征.pdf

1、超音速火焰(HVOF)噴涂是目前國際上先進的噴涂技術。本研究采用超音速火焰噴涂技術制備了Fe-Cr基非晶/納米晶復合涂層，利用金相顯微鏡(OM)、X射線衍射(XRD)、掃描電鏡(SEM)、透射電鏡(TEM)、差示掃描量熱儀(DSC)對涂層的組織結構特征進行了研究，對涂層中的非晶、納米晶的形成進行了熱力學分析；采用磁致伸縮汽蝕儀研究了涂層的抗汽蝕性特征，并與水利機械常用材料ZG06Cr13Ni5Mo馬氏體不銹鋼、Ni60+TiC等離子熔覆

2、層進行了對比，建立了Fe-Cr基HVOF噴涂層的汽蝕損傷模型。 Fe-Cr基HVOF噴涂層的特征由工藝參數(shù)決定，正交實驗結果表明：氧氣流量、煤油流量、噴涂距離對涂層的厚度、孔隙率、顯微硬度、汽蝕性均有重要影響?？蛊g性隨噴涂距離的增加而減小，隨涂層顯微硬度的增加和孔隙率的減小而增加，并在氧氣流量和煤氣流量取得較佳配合、且兩者取較大值時，獲得優(yōu)異的抗汽蝕性。 對涂層的顯微分析表明，噴涂過程中直接得到了非晶和納米晶，不需要后

3、續(xù)熱處理。HVOF噴涂Fe-Cr基涂層由完全熔化區(qū)(約為1000HV<,0.2>)、未熔或半熔的球形顆粒(510HV<,0.2>～700HV<,0.2>)、耐蝕白色塊狀組織(600HV<,0.2>)及孔隙組成；涂層致密，層狀結構不明顯；涂層中的相組成主要為非晶、α-Fe(Cr)納米晶和硼化物。不同類型的硼化物以硬質(zhì)相的形式分布在非晶、納米晶基體上，納米晶的尺寸約為10～50nm，納米晶粒團聚在一起，形成100～500nm的團簇。硼化物主

4、要為Cr<,2>B、CrB、Fe<,3>B、FeB、Fe<,2>B，另有少量Fe<,23>(B，C)<,6>、Fe<,1.1>Cr<,0.9>B<,0.9>。涂層中非晶的形成是由于噴涂液滴的快速冷卻及合適的粉末成分；由于后續(xù)熔融液滴的堆積對已形成的涂層產(chǎn)生退火效應，納米晶以均勻形核與非均勻形核的方式分別在非晶內(nèi)部和非晶與硼化物的界面形成。與前人的研究結果不同，涂層中未發(fā)現(xiàn)氧化物的存在，表明本研究已成功制備了無氧化潔凈涂層。 通過

5、對Fe-Cr基HVOF噴涂層、ZG06Cr13Ni5Mo馬氏體不銹鋼和Ni60+TiC等離子熔覆層的汽蝕性對比研究，結果表明前者具有優(yōu)異的抗汽蝕性；Ni60+TiC等離子熔覆層的抗汽蝕性介于其它兩者之間。材料的硬度起著關鍵性作用，硬度高，抗汽蝕性好。Fe-Cr基HVOF噴涂層的抗汽蝕性呈現(xiàn)明顯的汽蝕周期，與涂層的層狀剝落有關。系統(tǒng)開展了材料汽蝕損傷過程的原位跟蹤觀察研究，表明汽蝕損傷起始于組織界面或相界面。對于ZG06Cr13Ni5Mo

6、馬氏體不銹鋼，汽蝕破壞首先從馬氏體板條界開始。Ni60+TiC等離子熔覆層的裂紋源在TiC顆粒與基體界面，并沿界面擴展，預示著提高TiC顆粒與γ-Ni基體的結合強度將提高這種復合熔覆層的抗汽蝕性。對于Fe-Cr基HVOF噴涂層，汽蝕損傷起始于未熔顆粒和孔隙與周圍組織的界面。未熔顆粒的脫落通過兩種方式進行，一是顆粒直接脫離本體，二是顆粒內(nèi)部組織松弛、移動，最后碎裂；孔隙可作為“現(xiàn)成”的汽蝕坑，大大縮短汽蝕的孕育期。所觀察到的疲勞輝紋表明三

7、種材料均表現(xiàn)出疲勞破壞特征。汽蝕剝離粒子的尺寸與汽蝕材料的組織粗細有直接關系，組織越細，粒子尺寸越小。 首次發(fā)現(xiàn)了汽蝕過程中的非晶晶化現(xiàn)象，并基于位錯模型提出了非晶晶化的沖擊波機制。沖擊波在非晶中傳播造成“cluster”切變合并是非晶晶化的主要原因。沖擊波使晶態(tài)材料破碎的機制以及沖擊波的瞬時性又限制了“cluster”和晶體的過分長大。 提出了一種直觀表示抗汽蝕性大小的參數(shù)：Rc(h/mg)，用以直接比較不同材料或不同