在复杂的工作条件下,表面工程是改善零部件表面性能、运行可靠性的重要方法。当船舶在江河海水中运行时,尤其是水中存有污染物或者大量河沙时,严重降低了船用螺旋桨叶片的使用寿命,而在其表面增加防护层是提高叶片使用寿命的有效手段。本研究采用等离子喷涂技术在船用螺旋桨叶片常用材料ZG310-570和ZCuZn40Mn3Fe1表面制备粉煤灰复合增强涂层,通过热力学和正交优化实验确定了涂层之间可能发生的反应及配方的最佳比例;测试了粉煤灰复合增强涂层的表面形貌、组织结构、孔隙率、热震性能、耐蚀性、耐磨性等;分析了冲蚀角度、冲蚀转速和冲蚀时间等因素对粉煤灰复合增强涂层冲蚀磨损性能的影响及冲蚀磨损失重率的变化规律,揭示了不同基体表面粉煤灰复合增强涂层的冲蚀磨损机理;设计制作了一种模拟船用螺旋桨冲蚀磨损的实验装置,分析了粉煤灰复合增强涂层厚度、转速对船用螺旋桨叶片推力的影响及表面粗糙度、冲蚀时间与冲蚀磨损性能的变化规律,结合船用螺旋桨叶片及表面粉煤灰复合增强涂层的冲蚀磨损形貌,确定了最佳厚度的粉煤灰复合增强涂层及其在船用螺旋桨叶片的应用效果。主要研究工作及成果如下:（1）热力学及正交优化实验研究表明,Al-B2O3-CeO2-粉煤灰之间能发生固相反应,并产生硬质相A12O3、3CeB6、CaO·B2O3等,粉煤灰复合增强涂层配方最佳比例质量分数为粉煤灰 55%、B2O320%、A120%、CeO25%。（2）与ZCuZn40Mn3Fe1基体表面粉煤灰复合增强涂层相比,ZG310-570基体表面粉煤灰复合增强涂层具有较高的致密性、显微硬度和抗热震性能。测试结果得出,ZG310-570表面粉煤灰复合增强涂层的孔隙率为3%,显微硬度为497HV和抗热震次数达到78次以上。（3）与基体相比,ZCuZn40Mn3Fe1和ZG310-570表面粉煤灰复合增强涂层都具有较好的耐蚀性,在腐蚀液中的耐蚀性大小依次为3.5%NaCl>人工模拟海水>15%H2SO4。与ZCuZn40Mn3Fe1基体表面粉煤灰复合增强涂层相比,ZG310-570基体表面粉煤灰复合增强涂层对防止基体腐蚀的保护效果更佳。（4）与基体相比,ZCuZn40Mn3Fe1和ZG310-570基体表面粉煤灰复合增强涂层都具有较好的耐磨粒磨损性能。与2#、3#、4#金相砂纸对磨过程中,两种不同基体表面粉煤灰复合增强涂层的相对耐磨粒磨损性比ZCuZn40Mn3Fe1基体分别提高1.3倍、1.44倍和1.72倍;比ZG310-570基体分别提高3.92倍、5.25倍和7.67倍。（5）耐冲蚀磨损实验表明,在冲蚀时间4h、冲蚀角度90°和冲蚀转速200r/min、300r/min、400r/min时,ZCuZn40Mn3Fe1、ZG310-570基体表面粉煤灰复合增强涂层的相对耐冲蚀磨损性比ZCuZn40Mn3Fe1分别至少提高了 1.46倍、1.63倍和1.73倍;比ZG310-570基体分别至少提高了 20.41倍、22.43倍和23.17倍。（6）当冲蚀时间和冲蚀速度固定时,在冲蚀角度30°时,两种基体表面粉煤灰复合增强涂层的冲蚀磨损主要以微切削和疲劳剥落为特征,表面发生塑性变形、伴有冲蚀坑和微裂纹,两种基体表面粉煤灰复合增强涂层都具有良好抗塑性冲蚀磨损性能,且ZG310-570基体表面粉煤灰复合涂层的抗塑性冲蚀磨损性能更好;在冲蚀角度60°时,两种基体表面粉煤灰复合增强涂层的失效主要以疲劳剥落和断裂脱落为特征,表面呈冲蚀坑和片状脱落,并伴有少量腐蚀孔,且在冲蚀角60°时ZG310-570基体表面粉煤灰复合增强涂层失重率达到最大,具有塑性及脆性材料双重冲蚀磨损失效机制;在冲蚀角度90°时,两种基体表面粉煤灰复合增强涂层的失效主要以疲劳剥落和断裂脱落为特征,表面呈冲蚀坑和片状脱落,并伴有少量腐蚀孔,且在90°时ZCuZn40Mn3Fe1基体表面粉煤灰复合增强涂层冲蚀磨损失重率达到最大,表现出脆性材料失效机制。（7）对船用螺旋桨叶片进行模拟工况实验,并在其表面喷涂200μm（以下文中简称涂层1叶片）、250μm（以下文中简称涂层2叶片）和300μm（以下文中简称涂层3叶片）厚度的粉煤灰复合增强涂层,从螺旋桨叶片和涂层1叶片、涂层2叶片、涂层3叶片的冲蚀磨损前后形貌可知,涂层2叶片具有良好的宏观形貌;粉煤灰复合增强涂层的厚度对螺旋桨叶片推力有一定影响,并结合冲蚀磨损性能、成本等因素确定涂层2叶片厚度最为合适,且涂层2叶片产生的推力与螺旋桨叶片产生的推力最为吻合。表面粗糙度和冲蚀时间对螺旋桨叶片和喷涂粉煤灰复合增强涂层叶片的冲蚀磨损性能有一定影响,涂层2螺旋桨叶片粗糙度变化最小,冲蚀磨损失重量最小,具有最好的耐冲蚀磨损性能;涂层1叶片、涂层2叶片和涂层3叶片比螺旋桨叶片的相对耐冲蚀磨损性分别提高了 1.39倍、3.25倍和1.72倍,则涂层2叶片具有最好的耐冲蚀磨损性能。因此,在船用螺旋桨叶片表面等离子喷涂250μm厚度的粉煤灰复合增强涂层可以有效提高其耐冲蚀磨损性能和使用寿命。该论文有图63幅,表22个,参考文献195篇。