作者簡(jiǎn)介

通訊作者吳忠 天津大學(xué) 副教授

2003年起在上海交通大學(xué)開(kāi)展本科及研究生學(xué)習(xí)，2013年博士畢業(yè)后在上海交通大學(xué)和加拿大卡爾加里大學(xué)開(kāi)展博士后研究，2017年起擔(dān)任天津大學(xué)材料學(xué)院副教授。

主要致力于材料表面結(jié)構(gòu)與功能一體化、腐蝕與防護(hù)、新能源材料等方面的研究，先后主持國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目、JKW重點(diǎn)項(xiàng)目、天津市自然科學(xué)基金重點(diǎn)項(xiàng)目等各級(jí)科研項(xiàng)目15項(xiàng)。研究成果已發(fā)表學(xué)術(shù)論文50余篇，其中第一/通訊作者論文30余篇；出版學(xué)術(shù)著作1部；獲授權(quán)專(zhuān)利11項(xiàng)。兼任國(guó)家自然科學(xué)基金委員會(huì)通訊評(píng)議專(zhuān)家、國(guó)際學(xué)術(shù)期刊《Coatings》主題編輯、腐蝕與防護(hù)學(xué)會(huì)磨蝕與防護(hù)技術(shù)專(zhuān)委會(huì)委員，榮獲電力建設(shè)科學(xué)技術(shù)進(jìn)步獎(jiǎng)二等獎(jiǎng)（2018）。

文章簡(jiǎn)介

耐空蝕涂層及其研究進(jìn)展

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本文總結(jié)了多種國(guó)內(nèi)外用于空蝕防護(hù)的涂層材料，并根據(jù)抗空蝕原理將其分為兩種，一為通過(guò)自身較高硬度來(lái)抵御空泡沖擊的高硬度涂層，如大多數(shù)的金屬、陶瓷材料以及基體的直接硬化改性處理。另外一種是具有良好韌塑性的高彈性涂層，通過(guò)吸收空蝕沖擊波與微射流的機(jī)械沖擊能量來(lái)延長(zhǎng)空蝕孕育期，降低空蝕破壞，如形狀記憶合金和聚合物有機(jī)涂層，同時(shí)，結(jié)合作者近年來(lái)在空蝕表面防護(hù)領(lǐng)域所做的工作，對(duì)每種耐空蝕涂層的特點(diǎn)、性能、應(yīng)用現(xiàn)狀及損傷機(jī)制進(jìn)行了舉例說(shuō)明，分析了各自的優(yōu)缺點(diǎn)。最后，展望了耐空蝕涂層的發(fā)展趨勢(shì)，指出高強(qiáng)韌的金屬涂層依舊是現(xiàn)階段實(shí)際工程中空蝕防護(hù)的主要涂層，高彈性的有機(jī)涂層是涂層的研發(fā)方向，但需解決與工件表面結(jié)合力低的問(wèn)題。

關(guān)鍵詞：空泡腐蝕；涂層；高硬度涂層；表面改性層；高彈性涂層

鑄態(tài)鎳鋁青銅（a、c）和摩擦堆焊鎳鋁青銅涂層（b、d）空蝕180 min后的形貌

不銹鋼表面冷噴涂涂層空蝕后的形貌和塑性變形區(qū)局部微結(jié)構(gòu)（黃色箭頭表示裂紋）

3.5%NaCl溶液中空泡12 h后的失重及失重率曲線

AlCoCrFeNi高熵合金涂層在3.5% NaCl溶液中的空蝕機(jī)理示意圖

HVOF噴涂WC-10Co4Cr涂層截面的SEM圖像

浸泡腐蝕30 d后鑄態(tài)NAB與激光淬火改性NAB合金的腐蝕形貌對(duì)比

不同合金在NaCl溶液中空蝕后的失重曲線

結(jié)論：

本文主要?dú)w納了常見(jiàn)的幾種抗空蝕涂層材料，并根據(jù)抗空蝕原理將其分為高硬度涂層與高彈性涂層兩種。除本文所述涂層之外，還有金屬玻璃涂層[66]、類(lèi)金剛石涂層[67]和復(fù)合涂層[68]等。例如陶瓷-有機(jī)復(fù)合涂層可以克服單一涂層的不足，實(shí)現(xiàn)對(duì)基體材料的協(xié)同防護(hù)[69]。但這些涂層用于耐空蝕防護(hù)目前大多處于實(shí)驗(yàn)研究階段，由于工藝與成本等方面的制約，還沒(méi)有實(shí)現(xiàn)工程應(yīng)用。在本文中列舉的涂層材料相對(duì)而言已有較多的理論研究，但許多涂層同樣因各種原因依舊缺乏實(shí)際應(yīng)用。未來(lái)對(duì)于耐空蝕涂層的研究趨勢(shì)主要集中在以下幾個(gè)方面：

1）高硬度涂層在今后一段時(shí)間內(nèi)仍是空蝕防護(hù)的主要方式。其中，金屬涂層及表面硬化改性處理會(huì)在抗空蝕領(lǐng)域發(fā)揮著越來(lái)越重要的作用，但仍需要解決腐蝕對(duì)空蝕的加劇作用；至于金屬陶瓷涂層，熱噴涂工藝下的顆粒難以完全熔化，制備的涂層呈現(xiàn)較高的孔隙率，且由于陶瓷顆粒與金屬非冶金結(jié)合，因此在空蝕的作用下容易剝落。改善金屬陶瓷涂層的硬度與韌性，增強(qiáng)涂層與基體間的結(jié)合力，降低涂層的孔隙率是未來(lái)的研究方向。

2）高彈性涂層是未來(lái)抗空蝕涂層的研究熱點(diǎn)，有機(jī)涂層因極大地降低了腐蝕的作用，是未來(lái)抗空蝕涂層的發(fā)展趨勢(shì)。然而，有機(jī)涂層的耐磨蝕性能較差，與金屬基體的結(jié)合力也較低，在空泡機(jī)械力的頻繁擊打下容易脫落，成為限制該涂層應(yīng)用的一大障礙，因此有機(jī)涂層的研發(fā)主要在目前的基礎(chǔ)上提高與基體的結(jié)合力。

3）空蝕過(guò)程極為復(fù)雜，尚未建立一個(gè)較為完整的理論模型以揭示空蝕的發(fā)生過(guò)程與破壞機(jī)制。因此，在耐空蝕涂層的制備過(guò)程中要綜合考慮的因素也比較多。涂層的組織結(jié)構(gòu)和力學(xué)性能對(duì)其抗空蝕性能有著直接的影響，例如金屬涂層的硬度和耐空蝕性能呈現(xiàn)明顯的正相關(guān)性[70]，金屬材料的晶粒大小和各相的分布情況等也影響著空蝕行為[71]，有機(jī)材料的厚度越大越有利于吸收空蝕機(jī)械沖擊所帶來(lái)的能量[63]。因此，在實(shí)際空蝕防護(hù)中，不僅要選擇合適的空蝕涂層材料，還要嚴(yán)格把控涂層的制備工藝，從而取得更好的抗空蝕效果。

引文格式：

李雪寒, 李家樂(lè), 秦真波, 等. 耐空蝕涂層及其研究進(jìn)展[J]. 表面技術(shù), 2022, 51(1): 1-15, 42.

LI Xue-han, LI Jia-le, QIN Zhen-bo, et.al. Research Progress of Cavitation Corrosion Resistant Coatings[J]. Surface Technology, 2022, 51(1): 1-15, 42.