论文摘要
空蚀会使设备使用效率降低,甚至导致设备破坏,造成的后果和影响十分严重,对材料表面进行耐空蚀保护是提高零件服役寿命的有效方法。等离子束表面冶金技术可分为等离子束表面熔凝技术和等离子束表面熔覆技术,利用该技术可以在金属表面获得优异的耐热、耐磨、低成本的冶金层,并已在矿山、冶金、军工等领域获得应用。如能将该技术应用于提高材料的耐空蚀性能,会获得巨大的经济效益和社会效益。对冶金层空蚀破坏过程进行分析研究,能够帮助人们进一步了解空蚀的产生机理,具有一定的理论价值。本文针对船用发动机铸铁气缸套的工况,采用等离子束表面熔凝强化技术,选择优化后的工艺参数,在气缸套表面制备出了优质的耐空蚀熔凝强化层。针对水利机械的工况,采用等离子束表面熔覆强化技术,制备了多种铁基合金等离子束表面熔覆层。应用光学显微镜、扫描电镜、X射线衍射仪、显微硬度计研究表明,经等离子束表面熔凝处理后,铸铁试样的表面硬度高、组织细密,石墨的存在形式和分布得到彻底改变;以Fe、Cr、C、Ni、B、Si粉末为原料在Q235钢表面制备的熔覆层,表面宏观形貌良好与基体材料实现了冶金结合。在此配方基础上添加不同成分的稀土氧化物后,熔覆层组织细密,缺陷、夹杂明显减少。但是加入量并不是越多越好,最佳加入量为0.1%La2O3+0.1%Ce2O3。熔覆层硬度大体呈梯度分布,熔覆层外表层硬度比内部次表层略有下降,次表层具有最高硬度。利用超声振荡磁致伸缩仪、分析天平研究了铸铁熔凝层、未处理试样和渗氮处理试样的耐空蚀性能。利用扫描电子显微镜对空蚀过程中试样的形貌变化进行了跟踪观察。结果表明:相同空蚀时间内经等离子束表面熔凝处理的铸铁气缸套试样空蚀失重最少,12h累计失重也最少。其耐空蚀性能是未经处理试样的4.48倍,优于渗氮处理后的铸铁气缸套试样,表现出良好的耐空蚀性能。随着时间延长,熔凝处理比不经处理及渗氮处理的耐空蚀性能优势越来越明显。主要原因是表面熔凝使石墨存在状态发生了彻底改变,而且熔凝层组织细密,具有一定的深度。采用同样的设备,研究了不同的铁基合金熔覆层试样的耐空蚀性能,并同0Cr13Ni6Mo不锈钢进行空蚀失重对比。结果表明:以Fe、Cr、C、Ni、B、Si粉末为原料的熔覆层具有一定的耐空蚀性能,是0Cr13Ni6Mo不锈钢的0.841倍,主要原因是硬质相晶界对γ-（Fe,Ni）相塑性变形的阻碍以及应力诱发γ-（Fe,Ni）相向马氏体组织的转变。加入稀土氧化物后,耐空蚀性能明显提高,主要是由于稀土的加入使熔覆层组织得到净化,枝晶组织细化,二次枝晶间距减小,组织变得均匀致密。但稀土的加入应适量,在本实验中,以加入0.1Ce2O3+0.1La2O3后熔覆层空蚀性能最佳,耐空蚀性能是0Cr13Ni6Mo不锈钢的近两倍。
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