热处理对HVOF喷涂Fe基非晶涂层空蚀和腐蚀性能的影响

【作者】 吴玉萍； 乔磊； 洪晟；

【机构】 河海大学力学与材料学院；

【摘要】 采用表面涂覆技术解决潮汐能发电机组、水轮机等关键部位在海洋等恶劣工况下的空蚀、腐蚀问题是目前材料表面工程研究的热点。本研究采用超音速火焰（HVOF）喷涂技术在316L不锈钢表面制备了自行设计的Fe基非晶涂层（FAS涂层）,并在540、640和740°C下分别对涂层进行退火处理（分别命名为:F540、F640和F740）以获得不同含量的纳米晶。采用X射线衍射仪（XRD）、光学显微镜（OM）、扫描电子显微镜（SEM）和显微硬度计等检测手段分析涂层的相组成、微观组织结构,测定涂层的厚度、孔隙率和显微硬度。采用磁致伸缩仪和电化学工作站对热处理前后涂层的空蚀和腐蚀性能进行了表征,探讨涂层热处理前后空蚀、腐蚀行为的演变规律;分析涂层的破坏形貌,揭示涂层空蚀、腐蚀损伤机理。喷涂态涂层具有几乎完全的非晶相结构,而随着热处理温度的升高,涂层中晶相含量逐渐增加,孔隙率则略有减小。涂层的平均显微硬度由高到底排列依次为:F640涂层(977 HV_0.2)>F540涂层(957HV_0.2)>F740涂层(884 HV_0.2)>FAS涂层(850 HV_0.2),即热处理后Fe基非晶涂层的显微硬度提高,且随着热处理温度的升高,涂层的显微硬度呈先增大后减小的趋势。腐蚀试验结果表明:热处理后的涂层耐腐蚀性能变差,且热处理温度越高,得到涂层的耐腐蚀性能越差,这是因为热处理温度较高,获得的涂层中会形成较多的晶界等缺陷,这些缺陷会成为腐蚀介质入侵涂层的通道。空蚀试验结果表明:在清水中,F540涂层和F640涂层的空蚀失重远小于FAS涂层和F740涂层;而在3.5%NaCl溶液中,涂层的空蚀失重量随着热处理温度的升高而明显增加,这是因为腐蚀作用加速了空蚀对涂层的破坏。结合涂层表面和截面的损伤形貌,对空蚀损伤机理进行探讨发现,空蚀破坏从涂层表面的孔隙、微裂纹等缺陷处萌生,并沿相界面、未熔或半熔颗粒界面扩展。此外,在空蚀过程中,非晶相在冲击波的作用下会转化为晶相,这种晶化行为可以吸收微射流对涂层的冲击能,从而有利于涂层表现出较好的抗空蚀性能。更多还原