摘要
在海洋环境中服役的过流部件（如船桨、泵叶轮、阀门、涡轮机等）面临严峻的腐蚀和空蚀问题。铁基非晶合金具有高强度、高硬度、高耐腐蚀性和高耐磨损性等优点，受到研究者的广泛关注。然而，大尺寸、形状复杂的非晶合金的制备仍是一个挑战。利用热喷涂技术制备铁基非晶涂层不仅可以保留铁基非晶材料本身的优势，而且可以解决铁基非晶材料大尺寸和复杂形状难以制备的问题。本研究以海洋常用的过流部件材料316L不锈钢作为基材，利用超音速火焰喷涂（HVOF）技术制备了铁基非晶涂层，并研究了退火处理（600℃和850℃）对铁基非晶涂层腐蚀和空蚀行为的影响。 本研究利用HVOF在316L不锈钢基材上制备了厚度约为250μm的铁基非晶涂层，涂层非晶含量约为79.9％,且涂层微观组织结构致密，孔隙率仅为1.57％。涂层维氏硬度为879.7±16.7Hv0.2,约为316L不锈钢基材的4.8倍（200Hv0.2），涂层的断裂韧性为50.8J/m2。经过热处理（600℃和850℃）后，涂层的非晶含量显著降低，600℃和850℃热处理涂层的非晶含量分别为59.6％和35.5％。热处理后涂层的孔隙率显著降低，其中850℃退火涂层的孔隙率仅为0.29％。此外，热处理后涂层的维氏硬度均降低，断裂韧性增加，600℃退火涂层和850℃退火涂层的维氏硬度和断裂韧性分别为854.2±19.9Hv0.2和652±15.8Hv0.2、65.6J/m2和121.9J/m2。 为了探究热处理对铁基非晶涂层腐蚀行为的影响，对热处理前后铁基非晶涂层进行了电化学和中性盐雾实验测试。结果表明，600℃退火涂层和850℃退火涂层的极化电阻（Rp）从8.57×104Ω·cm2降为1.78×103Ω·cm2和1.08×104Ω·cm2,腐蚀电流密度（Icorr）从9.89×10-6A·cm-2升高为4.53×10-5A·cm2和1.80×10-5A·cm-2。所以两种温度退火处理均降低了铁基非晶涂层的耐腐蚀性能，这是因为退火处理降低了涂层的非晶含量，从而降低了涂层在腐蚀环境中钝化膜的形成能力。同时，850℃退火涂层的耐腐蚀性能优于600℃退火涂层，这是因为850℃退火使涂层具有更低的孔隙率，而降低孔隙率有益于耐腐蚀性能的提升。 为了探究热处理对铁基非晶涂层抗空蚀行为的影响，依据ASTMG32超声空蚀测试标准，分别对其在去离子水中和人工海水中进行了空蚀行为研究。结果表明，在去离子水中空蚀10h后，喷涂态涂层、600℃退火涂层和850℃退火涂层累计质量损失分别为22.2mg、15.7mg和13.3mg;在人工海水中空蚀10h后，喷涂态涂层、600℃退火涂层和850℃退火涂层累计质量损失分别为19.4mg、40.1mg和12.1mg。600℃退火涂层耐腐蚀性较差，在人工海水中受空蚀-腐蚀协同作用的影响，导致质量损失最多。腐蚀环境并未对喷涂态涂层和850℃退火涂层产生严重影响。以上研究表明，合适的热处理有助于提升铁基非晶涂层的耐腐蚀性能和抗空蚀性能，从而为铁基非晶涂层在海洋过流部件的防护应用中提供了更多的可能。
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