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在水利机械过流部件的表面往往发生汽蚀的现象,汽蚀对机械性能的负面影响是巨大的。为了提高水利机械抵抗汽蚀的能力,制备高抗汽蚀涂层抵抗汽蚀破坏作用成为研究重点。
本文采用超音速火焰(High Velocity Oxy-Fuel,HVOF)喷涂技术,采用Fe-Cr-Ni基合金粉末,选择不同的喷涂参数,在1Cr18Ni9Ti不锈钢表面制备了一定厚度的合金涂层。采用光学显微镜、扫描电镜、透射电镜、X射线衍射等测试方法,研究了涂层的组织、结构、相组成。利用显微硬度仪测量了不同工艺条件下涂层的显微硬度,参照ASTM-C-633-79和GB8642-88,对涂层与基体的结合强度进行了测量,按照GB6383-86振动空蚀试验标准,对涂层进行了汽蚀试验,并与大型水利机械常用的抗汽蚀材料ZG06Cr13Ni5Mo进行了汽蚀对比试验。
本文采用正交试验方法,针对影响HVOF涂层性能的主要工艺参数(氧气流量、燃气流量和喷涂距离)进行系统定量研究,采用极差法优化喷涂工艺参数,最终得到涂层抗汽蚀喷涂的最佳参数为:氧气流量1058L/min、煤油流量28L/h、喷涂距离380mm。这三个试验参数对涂层抗汽蚀性能的影响关系是:氧气流量>煤油流量>喷涂距离。
微观分析表明超音速火焰喷涂层为层状组织,涂层由变形良好的带状粒子,未充分变形的球形颗粒和孔隙组成。涂层中含有非晶、纳米晶和硼化物,正是因为它们的存在,涂层的硬度才得以提高。超音速涂层的平均显微硬度(1000HV<,0.1>)大大高于基体平均硬度(250HV<,0.1>),超音速喷涂层与基体有着良好的结合强度,其结合强度值大于70MPa。
试验按照“振动空蚀试验标准”进行汽蚀破坏试验,得到失重与时间关系曲线和汽蚀速率随时间变化过程图,结果表明:超音速火焰喷涂层在不同的喷涂参数下表现出不同的抗汽蚀性能,但其抗汽蚀性都优于传统抗汽蚀材料ZG06Cr13Ni5Mo。涂层表现出较好的抗汽蚀性能归结于复杂微观结构产生的高硬度。