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.1002, 北京科技大学学报 第29卷 0.6 累计质量损失为514.3mg,1Crl8Ni9Ti不锈钢的累 ■1Cr18Ni9Ti ▲Ni46 计质量损失为559.4mg,分别是Ni基熔覆合金层 ●0Cr13 NiSMo 的4倍和4.3倍多.这表明Ni基等离子熔覆合金 0.4 的抗冲蚀性能比现有水轮机用材的抗冲蚀性能优异 0 很多 图6(a)是镍基熔覆层在液固双相流中冲刷36h 后的扫描照片.对比图6(a)、6(b)和6(c)可看出，镍 0 20 30 40 时间h 基熔覆层冲蚀表面出现了比较明显的变形唇，而 1Crl8Ni9Ti表面冲击坑边缘上保留着大量的变形 图5冲蚀性能随时间的变化规律 唇，OCrl3Ni5Mo表面变形唇相对较少.表明在不锈 Fig-5 Effect of time on the erosion properties 钢表面进行表面熔覆处理不但可使熔覆层硬度提 计质量损失为129.9mg,而0Cr13Ni5Mo不锈钢的 高，而且可改善熔覆层的韧性，使变形唇材料流失较 (b) c 20 um 20 um 204m 图6冲蚀36h后各试样的磨损形貌.(a)i基合金涂层：(b)0Cr13Ni5o:(c)1Cr18N9Ii Fig.6 SEM morphologies of erosion worn surface for different erosion samples:(a)Ni-based coating:(b)0Cr13Ni5Mo:(c)1Cr18NiTi 少，从而提高了熔覆层的冲蚀磨损抗力 基合金表面在砂砾产生的冲击力的作用下，铲削破 在单独的砂浆冲蚀磨损情况下，小粒径时材料 坏造成的点蚀坑在较小的硬质相与基体界面之间形 的损伤是一种轻微的点坑形冲蚀破坏.固相颗粒随 成，然后沿着硬质颗粒的边界扩展，其中一些尺寸更 液流方向流动的同时，还存在垂直于材料表面方向 小的颗粒脱落，导致材料的失重，尺寸较大的硬质 的运动；由于粒径很小的粒子质量很小，其动能和冲 相的表面和界面保存完好（图6(a)),大尺寸硬质相 击力也很小[]，因而不能形成犁削形破坏.在本 的表面略小于砂砾的作用面积，但由于这些硬质相 次实验中旋转圆盘转速很高，达到3000rmin1,线 是在熔覆过程中形成的，与镍基体的结合强度很好， 速度46ms,粒子的相对动能和冲击力也很大，由 因此显示出整体材料的性能，涂层中弥散分布的硬 于转盘速度的提高，相当于提高了冲击粒子的动能， 质颗粒增大了复合材料的整体硬度，因而对微切削 对试样的熔覆层产生了强烈的机械磨损作用，因此 过程起到抑制的作用；同时由于部分砂粒被挤碎或 在高倍电镜照片下可见硬质相周围的镍基体被磨损 磨损而降低了其切削能力，从而在磨损后期相对提 剥落（见图6(a) 高了材料表层的抗冲蚀性能，冲蚀一段时间后，砂 从涂层的组织分析，熔覆涂层上部主要是固溶 砾在较软的奥氏体基体部位以微切削的方式形成大 有大量合金元素的Y一Nⅰ基体与硬质碳化物及硼化 量浅而小的切削坑，基体产生了塑性变形和冲蚀微 物.YNi基体中含有大量的Ni、Mo、Cr、Si、C等合 坑，在试样表面小的硬质相由于与基体的变形不一 金元素，其固溶强化的程度很高，同时由于在熔覆 致，受到基体变形的挤压，开始发生明显的脱落，随 过程中生成大量碳、硼化合物，碳、硼化合物的弥散 着冲蚀的进行，大的硬质颗粒逐渐暴露出来，大颗粒 强化使得YNi基体硬度较高(HV550),碳硼化合 边界粗糙，在不断的连续砂砾的冲蚀作用下，疲劳裂 物硬质相颗粒硬度更高(HV860),尖锐棱角的砂砾 纹容易从此扩展，表面裂纹和微坑也开始产生，并在 不足以对这些硬质相颗粒造成显著磨损，相对硬质 其内部扩展，长时间冲蚀后，导致大颗粒在冲蚀过程 相颗粒而言弥散分布有大量碳硼化合物的奥氏体基 中被拔除后剥落，宏观表现出来的就是韧性低，抗疲 体显微硬度相对较低，由于硬质相颗粒与基体YN 劳性能差.这与Bailin Zha等人的研究结果是一致 的力学性能的不同，导致砂浆冲蚀开始时，尖角状的 的，试样表面黑色深坑的出现，就是大颗粒硬质相 砂粒首先对硬质相以外的镍基基体产生微切削，N 被拔除后留下的，从图6(a)可以看到，冲刷后的材图5 冲蚀性能随时间的变化规律 Fig．5 Effect of time on the erosion properties 计质量损失为129∙9mg而0Cr13Ni5Mo 不锈钢的 累计质量损失为514∙3mg1Cr18Ni9Ti 不锈钢的累 计质量损失为559∙4mg分别是 Ni 基熔覆合金层 的4倍和4．3倍多．这表明 Ni 基等离子熔覆合金 的抗冲蚀性能比现有水轮机用材的抗冲蚀性能优异 很多． 图6（a）是镍基熔覆层在液固双相流中冲刷36h 后的扫描照片．对比图6（a）、6（b）和6（c）可看出镍 基熔覆层冲蚀表面出现了比较明显的变形唇而 1Cr18Ni9Ti 表面冲击坑边缘上保留着大量的变形 唇0Cr13Ni5Mo 表面变形唇相对较少．表明在不锈 钢表面进行表面熔覆处理不但可使熔覆层硬度提 高而且可改善熔覆层的韧性使变形唇材料流失较 图6 冲蚀36h 后各试样的磨损形貌．（a） Ni 基合金涂层；（b）0Cr13Ni5Mo；（c）1Cr18Ni9Ti Fig．6 SEM morphologies of erosion worn surface for different erosion samples： （a） N-i based coating；（b）0Cr13Ni5Mo；（c）1Cr18Ni9Ti 少从而提高了熔覆层的冲蚀磨损抗力． 在单独的砂浆冲蚀磨损情况下小粒径时材料 的损伤是一种轻微的点坑形冲蚀破坏．固相颗粒随 液流方向流动的同时还存在垂直于材料表面方向 的运动；由于粒径很小的粒子质量很小其动能和冲 击力也很小［6—8］因而不能形成犁削形破坏．在本 次实验中旋转圆盘转速很高达到3000r·min —1线 速度46m·s —1粒子的相对动能和冲击力也很大由 于转盘速度的提高相当于提高了冲击粒子的动能 对试样的熔覆层产生了强烈的机械磨损作用因此 在高倍电镜照片下可见硬质相周围的镍基体被磨损 剥落（见图6（a））． 从涂层的组织分析熔覆涂层上部主要是固溶 有大量合金元素的γ—Ni 基体与硬质碳化物及硼化 物．γ—Ni 基体中含有大量的 Ni、Mo、Cr、Si、C 等合 金元素其固溶强化的程度很高．同时由于在熔覆 过程中生成大量碳、硼化合物碳、硼化合物的弥散 强化使得γ—Ni 基体硬度较高（HV 550）碳硼化合 物硬质相颗粒硬度更高（HV 860）尖锐棱角的砂砾 不足以对这些硬质相颗粒造成显著磨损．相对硬质 相颗粒而言弥散分布有大量碳硼化合物的奥氏体基 体显微硬度相对较低由于硬质相颗粒与基体γ—Ni 的力学性能的不同导致砂浆冲蚀开始时尖角状的 砂粒首先对硬质相以外的镍基基体产生微切削．Ni 基合金表面在砂砾产生的冲击力的作用下铲削破 坏造成的点蚀坑在较小的硬质相与基体界面之间形 成然后沿着硬质颗粒的边界扩展其中一些尺寸更 小的颗粒脱落导致材料的失重．尺寸较大的硬质 相的表面和界面保存完好（图6（a））．大尺寸硬质相 的表面略小于砂砾的作用面积但由于这些硬质相 是在熔覆过程中形成的与镍基体的结合强度很好 因此显示出整体材料的性能．涂层中弥散分布的硬 质颗粒增大了复合材料的整体硬度因而对微切削 过程起到抑制的作用；同时由于部分砂粒被挤碎或 磨损而降低了其切削能力从而在磨损后期相对提 高了材料表层的抗冲蚀性能．冲蚀一段时间后砂 砾在较软的奥氏体基体部位以微切削的方式形成大 量浅而小的切削坑基体产生了塑性变形和冲蚀微 坑在试样表面小的硬质相由于与基体的变形不一 致受到基体变形的挤压开始发生明显的脱落．随 着冲蚀的进行大的硬质颗粒逐渐暴露出来大颗粒 边界粗糙在不断的连续砂砾的冲蚀作用下疲劳裂 纹容易从此扩展表面裂纹和微坑也开始产生并在 其内部扩展长时间冲蚀后导致大颗粒在冲蚀过程 中被拔除后剥落宏观表现出来的就是韧性低抗疲 劳性能差．这与 Bailin Zha 等人的研究结果是一致 的．试样表面黑色深坑的出现就是大颗粒硬质相 被拔除后留下的．从图6（a）可以看到冲刷后的材 ·1002· 北 京 科 技 大 学 学 报 第29卷