[发明专利]一种高抗冲蚀-空蚀-腐蚀涂层

说明书

本发明属于机械磨蚀防护领域，具体涉及一种高抗冲蚀‑空蚀‑腐蚀涂层。该高抗冲蚀‑空蚀‑腐蚀涂层为Fe90、Ti粉和Cr₃C₂通过激光熔覆形成的激光熔覆涂层；所述Ti粉和Cr₃C₂的总质量为Fe90质量的20～100％，Ti粉和Cr₃C₂在所述激光熔覆过程中原位生成TiC硬质相。本发明的高抗冲蚀‑空蚀‑腐蚀涂层，Cr₃C₂作为原位自生反应中的C源，和Ti粉反应生成TiC硬质相的同时，还可以向涂层中补充耐蚀性元素Cr，所得涂层兼具抗冲蚀‑空蚀‑腐蚀的效果，提高水力机械过流部件的使用寿命。

技术领域

本发明属于机械磨蚀防护领域，涉及水力机械磨蚀防护，进一步涉及水力机械过流部件高抗冲蚀-空蚀-腐蚀涂层。

背景技术

对于运行于多泥沙河流的水力机械，由于受到空蚀、泥沙冲蚀的联合破坏，造成故障率升高、运行效率降低、使用寿命缩短，维护成本增加等问题。此外，长期的水下运行工况往往还会伴随着腐蚀问题的产生，这会进一步加剧水力机械过流部件的破坏。

为解决此类问题，尽管人们进行了诸多尝试，也取得了一系列成果。如在过流部件表面涂覆抗空蚀性能优异的聚氨酯高分子涂层，或采用热喷涂技术制备WC陶瓷涂层等，此类技术在一定程度上减缓了过流部件的破坏，有效提高了水力机械的使用寿命。然而，由于聚氨酯高分子类涂层的抗划伤性能差，抗冲蚀性能不佳，且涂层与基体的粘结力弱，只有20MPa左右，在服役过程易脱落失效；WC陶瓷涂层虽然有着良好的抗冲蚀性能，但抗空蚀能力表现不佳。

激光熔覆技术在增强金属基体硬度等性能方面已得到一定应用。例如公告号为CN108103502B的中国发明专利以基础金属粉末和硬质颗粒粉末(TiN、TiC、TiCN、WC、SiN、SiC等)为激光熔覆粉末马氏体不锈钢刀剪进行激光熔覆处理，来对局部硬度进行改善处理。在不锈钢粉末中添加碳化物、氮化物等陶瓷硬质相作为熔覆粉末，通过各相间的优势互补，可以获得更优异的综合性能。

然而，此类方式也会存在一些弊端。首先，由于陶瓷相与金属基体的物理与化学性质存在差异，受制备工艺以及增强相类型等因素的制约，界面区易形成热力学不平衡体系，使得材料的韧性下降，恶化其抗空蚀性能。此外，陶瓷相的引入稀释了原有不锈钢涂层中耐蚀性元素的比例，导致涂层耐蚀性的下降。总之，水力机械过流部件受空蚀、冲蚀和腐蚀耦合破坏的影响，这种耦合破坏形式对激光熔覆技术提出了更高的要求。

发明内容

本发明的目的是提供一种高抗冲蚀-空蚀-腐蚀涂层，在提高涂层抗冲蚀的基础上而不降低涂层的抗空蚀性和耐腐蚀性，克服水力机械由于长期在水环境中工作，受空蚀、冲蚀和腐蚀耦合破坏的影响。

为了以上目的，本发明所采用的技术方案是：

一种高抗冲蚀-空蚀-腐蚀涂层，所述高抗冲蚀-空蚀-腐蚀涂层为Fe90、Ti粉和Cr₃C₂通过激光熔覆形成的激光熔覆涂层；所述Ti粉和Cr₃C₂的总质量为Fe90质量的20～100％，Ti粉和Cr₃C₂在所述激光熔覆过程中原位生成TiC硬质相。

本发明的高抗冲蚀-空蚀-腐蚀涂层，Cr₃C₂作为原位自生反应中的C源，和Ti粉反应生成TiC硬质相的同时，还可以向涂层中补充耐蚀性元素Cr，所得涂层兼具抗冲蚀-空蚀-腐蚀的效果，提高水力机械过流部件的使用寿命。

优选地，Ti粉和Cr₃C₂的质量比为0.5～0.55。

优选地，Fe90由以下质量分数的组分组成：C：0.13～0.16wt％，Cr：12～14wt％，Si：1.2～1.4wt％，B：1.55～1.65wt％；余量为铁。