【摘 要】
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不锈钢材料因其具有良好的可塑性和耐腐蚀性,在工业领域中得到了广泛应用,然而在一些复杂工况环境下,暴露出其在耐摩擦磨损和耐腐性方面的不足。利用超音速火焰喷涂（HVOF）方法在不锈钢基材上制备防护涂层,并探究其摩擦磨损和耐腐蚀性能,对不锈钢材料防护来说具有重要意义。Ni基涂层具有较好的耐腐蚀性和耐磨性,且纳米CeO2颗粒可进一步改进Ni基涂层质量。因此,本文借助数值模拟的方法,分析了超音速火焰喷涂过程
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不锈钢材料因其具有良好的可塑性和耐腐蚀性,在工业领域中得到了广泛应用,然而在一些复杂工况环境下,暴露出其在耐摩擦磨损和耐腐性方面的不足。利用超音速火焰喷涂（HVOF）方法在不锈钢基材上制备防护涂层,并探究其摩擦磨损和耐腐蚀性能,对不锈钢材料防护来说具有重要意义。Ni基涂层具有较好的耐腐蚀性和耐磨性,且纳米CeO2颗粒可进一步改进Ni基涂层质量。因此,本文借助数值模拟的方法,分析了超音速火焰喷涂过程中的焰流行为和Ni基粉末飞行特性,在优化的工艺参数下制备了Ni-CeO2复合涂层,并通过摩擦磨损和电化学实验,研究了复合涂层的耐磨、耐腐蚀性能。具体内容如下:基于计算流体力学（CFD）的方法,以JP8000型喷枪为研究对象,模拟了不同氧油比下焰流行为和计算域内的燃烧特性,当氧油比（O/F）为3时,焰流特性最好;为探究流体焰流与固体粉末颗粒的流动特性,分析了喷涂粉末颗粒在流动焰流内的动力学行为规律,得到了颗粒尺寸与颗粒沉积时的物理状态（熔融温度、冲击速度）的关系。数值计算结果系统地展示出了氧油流量参数、粉末入射速度、颗粒粒径对固相颗粒的温度、速度及飞行轨迹的影响。采用HVOF工艺制备出不同纳米CeO2配比量下得到的Ni-CeO2复合涂层,通过实验的手段分析涂层表面特性。实验证明:纳米CeO2的存在实现了很好的改性效果,制备的Ni-CeO2复合涂层的孔隙率、硬度和涂层与基体间结合面积等均优于未添加CeO2的Ni基涂层。当CeO2添加量为1%时,复合涂层表现出最佳表面特征。借助摩擦磨损实验机探究了复合涂层的摩擦磨损特性及发生机理;借助电化学工作站对复合涂层的腐蚀规律及机理进行探究。实验表明:磨损量随着配比量的增加呈先降低后增加的趋势,磨损机理逐渐从黏着磨损变为磨粒磨损,当配比量为1%时,Ni-CeO2复合涂层的摩擦系数及磨损量皆最小,耐磨性能最好;复合涂层的耐腐蚀性随着CeO2配比量的增加,表现出先增强后减弱,当配比量为1%时,Ni-CeO2复合涂层耐腐蚀能力最好。综上所述,纳米CeO2配比量为1%时,复合涂层具有最好的摩擦学性能。
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