摘 要

本文主要介绍了不同的抗空蚀技术以及抗空蚀材料，简单地介绍了涂层的制备工艺。重点论述了利用氧乙炔火焰喷涂技术制作了Ni60CuMo 30% 纳米WC和Ni60CuMo两种涂层。并在此基础上分别对两种涂层试样用J93025超声波空蚀试验机按国标进行淡水空蚀实验，利用TG328电子天平进行试样的称重，利用型号为VHX-2000C的数码显微系统对涂层表面进行不同倍数的拍照，观测其表面形貌。比较两种涂层在相同的工况和相同的空蚀时间下的失重大小，并对造成这种情况的因素进行探讨。比较两种涂层空蚀后的表面形貌，对比其差异性，并对造成其差异的原因进行合理的解释与讨论。最后进一步讨论加WC和未加WC的Ni基合金涂层间抗空蚀性能的差异及造成其抗空蚀性能差异的因素。

关键词：WC增强Ni基合金；空蚀；发生机理；抗空蚀材料

Abstract

In this paper, we introduce different anti-cavitation techniques and anti-cavitation materials, and briefly introduce the preparation process of coating. The Ni60CuMo 30% nano WC and Ni60CuMo coatings were fabricated by using the Oxyacetylene Flame Spraying Technology. On the basis of this, two kinds of coating samples were tested with fresh water cavitation experiment with J93025 ultrasonic cavitation testing machine according to national standard. The TG328 electronic balance was used to weigher the samples, and the digital microsystems model VHX-2000C The surface of the coating was taken at different magnifications to observe the surface morphology. The weight loss of the two coatings under the same working conditions and the same cavitation time was compared, and the factors contributing to this situation were discussed. The surface morphology of the two layers after cavitation erosion is compared, and the reason of the difference is explained and discussed. Finally, the differences between the cavitation resistance and the cavitation resistance of WC-free Ni-based alloy coatings and the differences in cavitation resistance are discussed.

Key words: WC-reinforced Ni-based alloys, cavitation, mechanism, anti-cavitation materials

目 录

第1章 绪论 1

1.1课题提出背景 1

1.1.1空蚀问题 1

1.1.2空蚀概念 1

1.1.3空蚀危害 1

1.2空蚀的研究现状及抗空蚀发展趋势 1

1.2.1空蚀的研究现状 1

1.2.2抗空蚀发展趋势 2

1.3本论文的主要研究内容及意义 3

1.4课题技术路线 3

1.5本章小结 4

第2章 空蚀机理及抗空蚀材料和方法 5

2.1流体机械零件的空蚀机理 5

2.2空蚀的影响因素 6

2.3目前国内外常用的抗空蚀方法 6

2.4抗空蚀材料的应用现状及研究趋势 7

2.4.1常用抗空蚀材料 7

2.42抗空蚀材料的研究趋势 9

2.5表面涂层技术在流体机械零件中的应用 9

2.5.1堆焊技术 9

2.5.2化学涂层技术 9

2.5.3热喷涂技术 10

2.5.4渗铝和渗氮及热处理技术 10

2.5.5电镀技术 10

2.5.6激光表面处理技术 11

2.6本章小结 11

第3章 纳米WC增强Ni基合金涂层的设计 11

3.1涂层材料的成分设计 12

3.1.1对涂层性能的要求 12

3.1.2纳米WC增强Ni基合金涂层的特性 12

3.1.3本实验采用的材料成分 12

3.2喷涂工艺的选用 12

3.2.1几种喷熔工艺的特点 12

3.2.2本实验采用的喷熔工艺设备及其参数 13

3.3喷熔层厚度探讨 14

3.4实验试样的制备 14

3.4.1试样基材的选取 14

3.4.2喷涂前的准备工作 14

3.4.3试样喷涂要注意的问题 15

3.4.4试样后处理 15

3.5本章小结 15

第4章 试样在淡水中的空蚀实验 15

4.1空蚀实验装置及空蚀参数 16

4.2空蚀实验步骤 16

4.3实验数据处理 17

4.4试样表面形貌分析 19

4.5本章小结 24

第5章 结论 24

5.1本文总结 25

5.2表面涂层研究展望 25

参考文献 26

致 谢 28

第1章 绪论

1.1课题提出背景

1.1.1空蚀问题

1985年，在用蒸汽机驱动螺旋桨时发现了过流部件中存在着空蚀问题。而在更早的1753年，欧拉就曾经指出：当水管中的某处压强变成负压的时候，水将与水管壁分离，此处就会形成一个真空，他指出应避免这种现象。在19世纪后，随着蒸汽船的发展，空蚀造成的危害进一步凸显，空蚀问题开始受到一定的重视。针对空蚀的成因，一些学者提出了自己的见解。Reynolds认为螺旋桨上发生的空蚀现象是由于螺旋桨上的压强降到真空后吸入空气导致；而Barnaby和Parsons从英国的果敢号鱼雷艇和蒸汽船发生的空蚀现象的具体事例中提出了空化的概念，并且指出了液体介质和物体之间存在的高速运动场合可能出现空化。20世纪后，各种过流部件的空蚀问题受到人们的重视和研究，并提出了一系列的理论和抗空蚀方法^[1] 。

1.1.2空蚀概念

空蚀是在一定温度坏境下，过流部件表面因为空蚀介质压力的改变而发生空泡的成形与溃灭整个过程而使得过流部件表面遭受破坏，这是一个相当复杂的过程，涉及到很多方面的因素，即使在科学技术高速发展的今天，对于空蚀的破坏机理也尚未形成一个完整的理论体系。材料遭受严重破坏的阶段是在空蚀发生的初期，当前对于空蚀发生及发展的过程，特别是既定材料在特定的介质中的空蚀情况的研究较少。本文研究纳米WC增强Ni基合金涂层在淡水中的空蚀特性，并用未加WC的Ni基合金在相同的工况下与其做对比。对其他领域的研究具有一定参考意义^[2]。

1.1.3空蚀危害

很长时间以来，水轮机、水泵等过流部件的性能和寿命受到空蚀的严重影响。水轮机常因过流部件发生局部空蚀而导致效率下降，甚至危及正常运行，造成十分惊人的能源和材料损失^[3]。空蚀是当今造船、水工、宇航、化工等行业发展的主要障碍之一。我国幅员辽阔，内陆淡水河流、湖泊众多，在其中运行的流体机械更是难以计数，每年因空蚀造成的损失难以估量，所以，研究流体部件在淡水中的空蚀情况并找到合适的解决措施势在必行。

1.2空蚀的研究现状及抗空蚀发展趋势

1.2.1空蚀的研究现状

（1）空蚀理论的发展：机械作用理论和热与化学作用对空蚀的加速理论进一步完善。张法星^[4]等人做的关于掺气减蚀研究也取得了很大的进展。虽然至今尚未建立完整的空蚀理论，但相关方面的实验研究却是取得了很大的进展。

（2）抗空蚀材料的发展：由于材料的抗空蚀性能与其内因与外因有关，所以抗空蚀的研究也围绕这两个方面展开，主要在于对前者的研究。即是改善材料的性能，围绕细化晶粒制取亚微、超微、以及纳米结构硬质合金的研究开发已成为世界硬质合金领域的一大热点，人们通过大量的研究发现，在硬质合金粘结相含量不变的情况下，当WC晶粒度减小到1um以下时，不仅合金的硬度极高，而且合金的强度也有所提高，并且随着晶粒度的进一步减小，其提高幅度明显。文献报道，俄罗斯学者最近研制出牌号为BK40超细高Co硬质合金；日本三菱公司利用TiCN硬度较低但耐磨性很强的特点，将高速钢粉与添加剂混合、成型、脱蜡，然后通过热等静压、热处理和精加工方法制取的TiCN基钢结合金，具有显微组织结构均匀、无偏析、合金化程度高的特点；贾左诚通过反应烧结法，分别以Mo2FeB2,Mo2NiB2,Mo2CoB2为硬质相，以Fe,Ni,Co合金为粘结相，制得二相硬质合金。他们兼有硼化物的硬度，同时兼有粘结相的特性^[5]。

1.2.2抗空蚀发展趋势

要研究如何抗空蚀，对于空蚀机理的研究是不可避开的。目前对于水力机械的空化空蚀机理尚未形成统一的认识，未来的发展趋势主要集中在以下几个方面: