【摘 要】
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开发海洋资源的过程中,由于海水腐蚀和矿物磨损而报废机器日益增多。如何避免各种海洋设备及其零部件在海水中遭受腐蚀和磨损是目前人类关心的热点问题。利用等离子喷涂技术制备的热喷涂防护涂层是解决此类问题的有效方法之一。因此,本文采用等离子喷涂技术在2Cr13马氏体不锈钢表面制备NiCrBSi涂层,并研究粉末尺寸效应对涂层微观结构、性能及质量的影响。首先研究NiCrBSi粉末粒度诱导涂层的电化学腐蚀行为,两
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开发海洋资源的过程中,由于海水腐蚀和矿物磨损而报废机器日益增多。如何避免各种海洋设备及其零部件在海水中遭受腐蚀和磨损是目前人类关心的热点问题。利用等离子喷涂技术制备的热喷涂防护涂层是解决此类问题的有效方法之一。因此,本文采用等离子喷涂技术在2Cr13马氏体不锈钢表面制备NiCrBSi涂层,并研究粉末尺寸效应对涂层微观结构、性能及质量的影响。首先研究NiCrBSi粉末粒度诱导涂层的电化学腐蚀行为,两种样品（50-75μm和75-100μm的粉末制备的NiCrBSi涂层即50-75C和75-100C）的性能差异主要是由于粉末尺寸不同造成的。同样重量的粉末由于体积较小,总表面积较大,飞行中的小颗粒容易在等离子弧中熔化,因此50-75C涂层表面的快速凝固后,表现出较大的非晶相体积分数（15.5%）和较低的硬度(700±41HV0.5)。热处理消除非晶态的影响后,小颗粒(850±111HV0.5)的硬度反超大颗粒(800±82HV0.5)。由于沉积颗粒之间的扩散有限,较小的颗粒会导致50-75C中大量的非结合边界使得腐蚀性介质更易渗透。因此,50-75C具有高腐蚀电流密度（0.254±0.062μA/cm2）相比于75-100C（0.189±0.069μA/cm2）。相应地,50-75C的电荷转移电阻低于75-100C。因而50-75C的耐腐蚀性更低。然而镍基合金材料由于本身的局限性其性能改善有限,所以寻求新的途径来提高涂层性能。研究发现将NiCrBSi粉末与陶瓷粉末机械混合后形成的复合涂层能够有效地提高涂层的性能。纳米氧化钇稳定的氧化锆（YSZ）粉末由于其高硬度、高耐磨等性能而被广泛应用。因而下面探究在NiCrBSi粉末添加不同含量纳米YSZ粉末后形成复合涂层的性能差异行为。试验发现Z2涂层（2%YSZ+NiCrBSi）中的纳米YSZ粒子以小液滴的形式聚集能增强涂层硬度。Z6（6%YSZ+NiCrBSi）和Z10（10%YSZ+NiCrBSi）复合涂层中纳米YSZ粒子以长条形状的形式聚集,削弱了涂层间的结合,降低了涂层的平均硬度,Z6涂层的硬度(825±96HV0.5)低于Z2复合涂层(910±70HV0.5)。喷涂涂层的磨损机理为磨粒磨损,复合涂层磨损机理为粘着磨损。纳米YSZ粉末会增加复合涂层与Fe转移层之间的咬合,而Fe转移层的增加也会防止磨损表面的磨损损伤,延缓NiCrBSi和纳米YSZ颗粒的脱落,最终降低磨损质量损失,提高耐磨性。复合涂层的摩擦磨损行为与喷涂涂层存在明显区别具有研究价值。以磨擦磨损实验中部分复合涂层参数为基础研究涂层耐腐蚀性与粉末尺寸效应之间的联系。M涂层（微米YSZ+NiCrBSi）比N涂层（纳米YSZ+NiCrBSi）熔融程度更好层状结构更加连续,电化学综合数据显示添加YSZ粉末会提高NiCrBSi涂层的耐腐蚀性,YSZ粉末的添加会使喷涂涂层中的孔隙及缝隙得到填充可以有效阻止溶液中离子通过涂层。M涂层具有较高的电荷转移电阻（0.445MΩcm2）和较低的腐蚀电流密度（0.175μA/cm2）耐腐蚀性更好,这与M涂层致密的层状结构有着紧密的联系。本文研究结果表明粉末尺寸效应对涂层的性能有明显的影响,添加YSZ粉末有利于提高涂层的耐腐蚀性,但并不是尺寸越小的粉末形成的涂层性能越好。另外,添加粉末的含量在改善涂层的性能方面也有很好的研究价值。
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