沖刷(shua)腐(fu)蝕是(shi)金(jin)(jin)屬表(biao)面(mian)(mian)與腐(fu)蝕性(xing)(xing)流體(ti)之(zhi)間由于(yu)(yu)相對(dui)運動而引起的(de)(de)金(jin)(jin)屬損(sun)壞現象(xiang)，是(shi)材(cai)料(liao)受沖刷(shua)和腐(fu)蝕交互作用(yong)的(de)(de)結果(guo)[1]。沖刷(shua)腐(fu)蝕環境(jing)廣(guang)泛存在(zai)于(yu)(yu)石油、化工領(ling)域(yu)，嚴(yan)重影響(xiang)運輸管道、葉輪及閥門等設(she)備(bei)構(gou)件的(de)(de)服(fu)役壽(shou)命。為(wei)(wei)避免和降低(di)以上損(sun)害，可以通過(guo)表(biao)面(mian)(mian)處理(li)方(fang)法來改善(shan)設(she)備(bei)表(biao)面(mian)(mian)的(de)(de)力(li)學和耐腐(fu)蝕性(xing)(xing)能。常用(yong)的(de)(de)表(biao)面(mian)(mian)處理(li)技術(shu)包括等離子噴涂(tu)、氣相沉(chen)積、激(ji)光(guang)熔覆技術(shu)等。其中，激(ji)光(guang)熔覆技術(shu)是(shi)一種通過(guo)高(gao)能量(liang)密度激(ji)光(guang)熔化基材(cai)表(biao)面(mian)(mian)和熔覆材(cai)料(liao)并使其形成冶(ye)金(jin)(jin)結合(he)熔覆層(ceng)的(de)(de)新型(xing)表(biao)面(mian)(mian)處理(li)方(fang)法。激(ji)光(guang)熔覆層(ceng)的(de)(de)制備(bei)方(fang)法分別為(wei)(wei)同步送粉法和預(yu)置涂(tu)覆法[2]。使用(yong)激(ji)光(guang)熔覆技術(shu)制備(bei)的(de)(de)熔覆層(ceng)具(ju)有優(you)異(yi)的(de)(de)力(li)學性(xing)(xing)能、耐蝕性(xing)(xing)及優(you)良的(de)(de)界(jie)面(mian)(mian)結合(he)強度[3,4]。Xu等[5]認為(wei)(wei)，與等離子噴涂(tu)相比，激(ji)光(guang)熔覆工藝具(ju)有更(geng)高(gao)的(de)(de)效(xiao)率，所獲熔覆層(ceng)的(de)(de)微(wei)觀(guan)組(zu)織也更(geng)加精細。Pei等[6]研究認為(wei)(wei)，激(ji)光(guang)熔覆層(ceng)與基體(ti)之(zhi)間的(de)(de)界(jie)面(mian)(mian)區冶(ye)金(jin)(jin)結合(he)良好(hao)。

基(ji)于上述分析(xi)可知，鎳(nie)基(ji)激光(guang)熔覆(fu)(fu)(fu)層(ceng)(ceng)在復雜沖刷(shua)(shua)(shua)(shua)(shua)腐(fu)蝕(shi)(shi)環境中具有較好的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)應(ying)(ying)用(yong)(yong)(yong)前(qian)景，對其(qi)進(jin)行(xing)(xing)(xing)沖刷(shua)(shua)(shua)(shua)(shua)腐(fu)蝕(shi)(shi)行(xing)(xing)(xing)為的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)研(yan)究(jiu)尤為必要。進(jin)行(xing)(xing)(xing)沖刷(shua)(shua)(shua)(shua)(shua)腐(fu)蝕(shi)(shi)實(shi)(shi)驗(yan)(yan)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)常用(yong)(yong)(yong)研(yan)究(jiu)方(fang)法包括管(guan)流(liu)(liu)式、噴射(she)式及(ji)旋(xuan)轉(zhuan)式。Zheng等[7]采用(yong)(yong)(yong)噴射(she)式實(shi)(shi)驗(yan)(yan)方(fang)法研(yan)究(jiu)了(le)(le)鐵(tie)基(ji)非晶合(he)金涂層(ceng)(ceng)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)沖刷(shua)(shua)(shua)(shua)(shua)腐(fu)蝕(shi)(shi)行(xing)(xing)(xing)為，并通(tong)過(guo)失重法和電化(hua)學(xue)方(fang)法評估了(le)(le)其(qi)在含固相顆粒(li)、不(bu)同沖擊角(jiao)及(ji)不(bu)同流(liu)(liu)速(su)條件下(xia)(xia)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)沖刷(shua)(shua)(shua)(shua)(shua)腐(fu)蝕(shi)(shi)行(xing)(xing)(xing)為。張(zhang)大偉等[8]利用(yong)(yong)(yong)旋(xuan)轉(zhuan)式實(shi)(shi)驗(yan)(yan)設備測試(shi)了(le)(le)鎳(nie)基(ji)復合(he)熔覆(fu)(fu)(fu)層(ceng)(ceng)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)抗沖刷(shua)(shua)(shua)(shua)(shua)腐(fu)蝕(shi)(shi)性能，并認為其(qi)與熔覆(fu)(fu)(fu)層(ceng)(ceng)組織(zhi)及(ji)韌化(hua)性直(zhi)(zhi)接相關。劉國宇等[9]通(tong)過(guo)自制(zhi)旋(xuan)轉(zhuan)式試(shi)驗(yan)(yan)機(ji)證明了(le)(le)沖刷(shua)(shua)(shua)(shua)(shua)腐(fu)蝕(shi)(shi)速(su)率受(shou)沖刷(shua)(shua)(shua)(shua)(shua)角(jiao)、流(liu)(liu)體(ti)(ti)流(liu)(liu)速(su)及(ji)溫度(du)等多因素(su)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)影響(xiang)。Tian等[10]通(tong)過(guo)旋(xuan)轉(zhuan)式沖刷(shua)(shua)(shua)(shua)(shua)腐(fu)蝕(shi)(shi)實(shi)(shi)驗(yan)(yan)觀察到，沖刷(shua)(shua)(shua)(shua)(shua)角(jiao)效應(ying)(ying)是流(liu)(liu)體(ti)(ti)正應(ying)(ying)力(li)和剪(jian)切(qie)應(ying)(ying)力(li)共同作用(yong)(yong)(yong)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)結果(guo)，其(qi)中，前(qian)者可以通(tong)過(guo)直(zhi)(zhi)接作用(yong)(yong)(yong)于樣品表(biao)面(mian)而使其(qi)產(chan)生裂紋或(huo)孔隙，后者則可以使表(biao)面(mian)膜層(ceng)(ceng)變薄或(huo)去除。姚新陽等[11]采用(yong)(yong)(yong)噴射(she)式試(shi)驗(yan)(yan)機(ji)研(yan)究(jiu)了(le)(le)沖蝕(shi)(shi)介質(zhi)pH值(zhi)對激光(guang)熔覆(fu)(fu)(fu)鈷基(ji)合(he)金熔覆(fu)(fu)(fu)層(ceng)(ceng)沖刷(shua)(shua)(shua)(shua)(shua)腐(fu)蝕(shi)(shi)行(xing)(xing)(xing)為的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)影響(xiang)。經過(guo)學(xue)者多年的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)努力(li)，在材料(liao)沖刷(shua)(shua)(shua)(shua)(shua)腐(fu)蝕(shi)(shi)實(shi)(shi)驗(yan)(yan)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)開(kai)展及(ji)機(ji)理(li)分析(xi)上均已積累了(le)(le)一(yi)定(ding)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)基(ji)礎。然而，就鎳(nie)基(ji)激光(guang)熔覆(fu)(fu)(fu)層(ceng)(ceng)而言，其(qi)沖刷(shua)(shua)(shua)(shua)(shua)腐(fu)蝕(shi)(shi)行(xing)(xing)(xing)為的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)系統(tong)研(yan)究(jiu)還較少(shao)，限制(zhi)了(le)(le)該類熔覆(fu)(fu)(fu)層(ceng)(ceng)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)推廣應(ying)(ying)用(yong)(yong)(yong)。近幾年，Chen等[12,13]利用(yong)(yong)(yong)射(she)流(liu)(liu)沖擊系統(tong)研(yan)究(jiu)了(le)(le)多種(zhong)因素(su)下(xia)(xia)鎳(nie)基(ji)激光(guang)熔覆(fu)(fu)(fu)層(ceng)(ceng)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)沖刷(shua)(shua)(shua)(shua)(shua)腐(fu)蝕(shi)(shi)行(xing)(xing)(xing)為，并揭示(shi)其(qi)與流(liu)(liu)體(ti)(ti)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)沖刷(shua)(shua)(shua)(shua)(shua)速(su)度(du)及(ji)流(liu)(liu)體(ti)(ti)沖擊下(xia)(xia)熔覆(fu)(fu)(fu)層(ceng)(ceng)表(biao)面(mian)出現(xian)鈍(dun)(dun)化(hua)和去鈍(dun)(dun)化(hua)兩個過(guo)程有關。

本文為(wei)研究流體剪切(qie)應力、正應力及固(gu)相顆粒對鎳基激(ji)(ji)光(guang)熔覆層沖(chong)(chong)刷腐(fu)蝕(shi)行(xing)為(wei)的(de)影響，采(cai)用自制管(guan)流式沖(chong)(chong)刷腐(fu)蝕(shi)試驗機，對鎳基激(ji)(ji)光(guang)熔覆層在不同沖(chong)(chong)刷角(jiao)及固(gu)相顆粒存(cun)在條件的(de)沖(chong)(chong)刷腐(fu)蝕(shi)行(xing)為(wei)進行(xing)了研究，所獲(huo)研究結果對該類熔覆層的(de)實際應用具有(you)支撐和參考價值(zhi)。

1 實驗方法(fa)

采用(yong)高功率半導體(ti)激(ji)光器在Q235碳鋼(gang)基材上(shang)通過(guo)預置涂(tu)覆(fu)(fu)(fu)法(fa)制備鎳基激(ji)光熔(rong)(rong)(rong)覆(fu)(fu)(fu)層。Q235碳鋼(gang)基材的(de)(de)(de)化學(xue)組(zu)成(cheng) （質(zhi)量(liang)分數，%） 為(wei)(wei)(wei)：Si 0.37，Mn 0.08，C 0.16，S 0.04，P 0.04，Fe余(yu)(yu)量(liang)。熔(rong)(rong)(rong)覆(fu)(fu)(fu)材料為(wei)(wei)(wei)鎳基合金(jin)粉末(mo)，其化學(xue)組(zu)成(cheng) （質(zhi)量(liang)分數，%） 為(wei)(wei)(wei)：Cr 21，Mo 13，Fe 5，W 5，Ni余(yu)(yu)量(liang)。激(ji)光熔(rong)(rong)(rong)覆(fu)(fu)(fu)過(guo)程(cheng)中所使用(yong)的(de)(de)(de)激(ji)光功率為(wei)(wei)(wei)3000 W，掃描速率為(wei)(wei)(wei)6 m/s，光斑直(zhi)徑為(wei)(wei)(wei)8 mm，搭接率為(wei)(wei)(wei)35%。用(yong)線切割(ge)的(de)(de)(de)方法(fa)將熔(rong)(rong)(rong)覆(fu)(fu)(fu)后(hou)的(de)(de)(de)樣品切割(ge)成(cheng)尺寸為(wei)(wei)(wei)10 mm×10 mm×4 mm的(de)(de)(de)塊(kuai)狀試樣，用(yong)240~2000#的(de)(de)(de)SiC水性砂紙對熔(rong)(rong)(rong)覆(fu)(fu)(fu)層表(biao)(biao)面進(jin)行(xing)打磨，并(bing)對磨制后(hou)的(de)(de)(de)表(biao)(biao)面用(yong)粒度為(wei)(wei)(wei)1 μm的(de)(de)(de)剛玉粉末(mo)進(jin)行(xing)拋(pao)光處理，然后(hou)再(zai)依(yi)次(ci)用(yong)無水乙(yi)醇和蒸餾水清洗熔(rong)(rong)(rong)覆(fu)(fu)(fu)層表(biao)(biao)面并(bing)吹干，除待測10 mm×10 mm熔(rong)(rong)(rong)覆(fu)(fu)(fu)層表(biao)(biao)面，其余(yu)(yu)面用(yong)硅(gui)橡(xiang)膠覆(fu)(fu)(fu)蓋(gai)。此外，用(yong)王水對試樣表(biao)(biao)面進(jin)行(xing)腐蝕以利于熔(rong)(rong)(rong)覆(fu)(fu)(fu)層表(biao)(biao)面微觀組(zu)織的(de)(de)(de)觀察。

采用(yong)(yong)自制管流式(shi)沖(chong)刷(shua)腐(fu)蝕(shi)試(shi)(shi)(shi)(shi)驗機(ji)對(dui)(dui)處理后的(de)(de)激光熔(rong)覆層試(shi)(shi)(shi)(shi)樣進行(xing)沖(chong)刷(shua)腐(fu)蝕(shi)實(shi)(shi)驗，試(shi)(shi)(shi)(shi)驗機(ji)的(de)(de)結構(gou)設計如圖1所示。在沖(chong)刷(shua)腐(fu)蝕(shi)實(shi)(shi)驗進行(xing)時同步(bu)(bu)進行(xing)電(dian)化學(xue)測試(shi)(shi)(shi)(shi)。采用(yong)(yong)CS310型(xing)電(dian)化學(xue)工作站進行(xing)電(dian)化學(xue)測試(shi)(shi)(shi)(shi)，測試(shi)(shi)(shi)(shi)時使用(yong)(yong)三電(dian)極(ji)(ji)體系，Pt片(pian)為(wei)(wei)輔助電(dian)極(ji)(ji)，飽和甘汞為(wei)(wei)參比電(dian)極(ji)(ji)，試(shi)(shi)(shi)(shi)樣為(wei)(wei)工作電(dian)極(ji)(ji)。沖(chong)刷(shua)介質為(wei)(wei)3.5% （質量分(fen)數） NaCl溶液和含有6 kg/m3不規則SiO2顆粒(li) （~75 μm） 的(de)(de)NaCl溶液。表1為(wei)(wei)沖(chong)刷(shua)腐(fu)蝕(shi)實(shi)(shi)驗條件(jian)匯總。由于實(shi)(shi)驗裝置的(de)(de)限制，沖(chong)刷(shua)速度(du)選擇1 m/s。在正式(shi)開始沖(chong)刷(shua)腐(fu)蝕(shi)實(shi)(shi)驗之前(qian)，預先沖(chong)刷(shua)30 min獲得穩定(ding)的(de)(de)流速后同步(bu)(bu)進行(xing)電(dian)化學(xue)測試(shi)(shi)(shi)(shi)。在獲得穩定(ding)開路電(dian)位(wei)后測試(shi)(shi)(shi)(shi)試(shi)(shi)(shi)(shi)樣的(de)(de)電(dian)化學(xue)阻抗譜 （EIS） 及動電(dian)位(wei)極(ji)(ji)化曲線(xian)，并討(tao)論固相顆粒(li)和沖(chong)刷(shua)角度(du)對(dui)(dui)熔(rong)覆層沖(chong)刷(shua)腐(fu)蝕(shi)行(xing)為(wei)(wei)的(de)(de)影響(xiang)。利用(yong)(yong)裝配(pei)有能譜儀 （EDS） 的(de)(de)掃描電(dian)子顯微鏡 （SEM，Zeiss） 分(fen)析單相流中不同沖(chong)刷(shua)角度(du)條件(jian)下鎳基激光熔(rong)覆層的(de)(de)表面形貌(mao)。

圖1   管流式沖(chong)刷腐蝕試驗機結構示意圖

2 結果與(yu)討論

2.1 涂層微(wei)觀組織

圖(tu)2是在(zai)SEM下觀察的(de)(de)(de)(de)(de)熔(rong)(rong)(rong)覆(fu)層(ceng)(ceng)(ceng)橫(heng)截面(mian)顯微形(xing)(xing)貌圖(tu)。可以(yi)看(kan)出，熔(rong)(rong)(rong)覆(fu)層(ceng)(ceng)(ceng)的(de)(de)(de)(de)(de)厚度(du)約為1 mm；同(tong)(tong)時，碳(tan)鋼基(ji)(ji)(ji)體(ti)(ti)(ti)和熔(rong)(rong)(rong)覆(fu)層(ceng)(ceng)(ceng)之間(jian)存在(zai)明(ming)(ming)顯的(de)(de)(de)(de)(de)界(jie)(jie)面(mian)，且(qie)界(jie)(jie)面(mian)結合良好(hao)。圖(tu)3為利用(yong)試樣實際表面(mian)及(ji)截面(mian)顯微組(zu)(zu)(zu)(zu)織形(xing)(xing)貌圖(tu)構(gou)建的(de)(de)(de)(de)(de)熔(rong)(rong)(rong)覆(fu)層(ceng)(ceng)(ceng)三維結構(gou)圖(tu)。可以(yi)看(kan)出，熔(rong)(rong)(rong)覆(fu)層(ceng)(ceng)(ceng)幾乎不存在(zai)明(ming)(ming)顯的(de)(de)(de)(de)(de)孔隙和裂(lie)紋等(deng)缺(que)陷，涂(tu)層(ceng)(ceng)(ceng)的(de)(de)(de)(de)(de)顯微結構(gou)主(zhu)(zhu)要是由(you)枝(zhi)(zhi)(zhi)狀(zhuang)晶(jing)和枝(zhi)(zhi)(zhi)間(jian)共晶(jing)組(zu)(zu)(zu)(zu)織組(zu)(zu)(zu)(zu)成，主(zhu)(zhu)干樹枝(zhi)(zhi)(zhi)晶(jing)的(de)(de)(de)(de)(de)周圍(wei)(wei)能(neng)看(kan)出延伸的(de)(de)(de)(de)(de)二次(ci)枝(zhi)(zhi)(zhi)晶(jing)臂。晶(jing)體(ti)(ti)(ti)的(de)(de)(de)(de)(de)形(xing)(xing)態(tai)主(zhu)(zhu)要取(qu)決(jue)于(yu)溫度(du)梯度(du) （G） 和凝固(gu)速(su)(su)率 （R） 以(yi)及(ji)G/R比值[14]。截面(mian)形(xing)(xing)貌顯示，從熔(rong)(rong)(rong)覆(fu)層(ceng)(ceng)(ceng)/基(ji)(ji)(ji)體(ti)(ti)(ti)界(jie)(jie)面(mian)到熔(rong)(rong)(rong)覆(fu)層(ceng)(ceng)(ceng)頂部(bu)區(qu)域，G/R比值不斷(duan)減小。涂(tu)層(ceng)(ceng)(ceng)底部(bu)晶(jing)體(ti)(ti)(ti)的(de)(de)(de)(de)(de)生長(chang)方(fang)式(shi)以(yi)柱狀(zhuang)樹枝(zhi)(zhi)(zhi)晶(jing)為主(zhu)(zhu)，越(yue)靠近(jin)熔(rong)(rong)(rong)覆(fu)層(ceng)(ceng)(ceng)頂部(bu)區(qu)域，較慢冷卻(que)速(su)(su)率為二次(ci)枝(zhi)(zhi)(zhi)晶(jing)的(de)(de)(de)(de)(de)生長(chang)創造了條(tiao)件，故二次(ci)枝(zhi)(zhi)(zhi)晶(jing)組(zu)(zu)(zu)(zu)織越(yue)多。同(tong)(tong)時，熔(rong)(rong)(rong)覆(fu)層(ceng)(ceng)(ceng)上表面(mian)的(de)(de)(de)(de)(de)微觀組(zu)(zu)(zu)(zu)織通(tong)常是等(deng)軸的(de)(de)(de)(de)(de)胞狀(zhuang)結構(gou)，主(zhu)(zhu)要由(you)初(chu)晶(jing)相(xiang)和周圍(wei)(wei)的(de)(de)(de)(de)(de)共晶(jing)網(wang)絡組(zu)(zu)(zu)(zu)成。從EDS分析結果(guo)可以(yi)看(kan)出，Ni主(zhu)(zhu)要富集(ji)于(yu)初(chu)晶(jing)相(xiang)中，而Cr、Mo、W等(deng)元素主(zhu)(zhu)要分布在(zai)共晶(jing)相(xiang)中。此外，熔(rong)(rong)(rong)覆(fu)層(ceng)(ceng)(ceng)與基(ji)(ji)(ji)體(ti)(ti)(ti)間(jian)存在(zai)一(yi)過渡區(qu)，該區(qu)的(de)(de)(de)(de)(de)出現(xian)表明(ming)(ming)熔(rong)(rong)(rong)覆(fu)層(ceng)(ceng)(ceng)與碳(tan)鋼基(ji)(ji)(ji)體(ti)(ti)(ti)形(xing)(xing)成了良好(hao)的(de)(de)(de)(de)(de)冶金結合[15]。

圖2   鎳基激光熔(rong)覆層截面顯微形(xing)貌

圖3   鎳基(ji)激光熔覆層微觀組(zu)織形(xing)貌(mao)

2.2 熔覆層沖刷腐(fu)蝕行(xing)為

2.2.1 電化學(xue)阻抗譜

EIS測量是(shi)分析(xi)材料電化學行為(wei)的(de)(de)一種非(fei)破壞性方法。圖(tu)4為(wei)試(shi)樣在穩定(ding)開(kai)路電位下(xia)(xia)測量的(de)(de)Nyquist曲(qu)(qu)線(xian)。其中，圖(tu)4a是(shi)在流(liu)速為(wei)1 m/s、3.5%NaCl溶液(ye)中不同沖刷角(jiao)條(tiao)件(jian)(jian)下(xia)(xia)的(de)(de)Nyquist曲(qu)(qu)線(xian)。可以看(kan)出(chu)，沖刷角(jiao)為(wei)45°的(de)(de)條(tiao)件(jian)(jian)下(xia)(xia)，熔(rong)(rong)(rong)(rong)覆(fu)(fu)層Nyquist曲(qu)(qu)線(xian)的(de)(de)容抗(kang)弧半(ban)徑最小，表明(ming)該條(tiao)件(jian)(jian)下(xia)(xia)熔(rong)(rong)(rong)(rong)覆(fu)(fu)層的(de)(de)耐蝕性較(jiao)其他(ta)沖刷角(jiao)條(tiao)件(jian)(jian)下(xia)(xia)的(de)(de)低(di)。沖刷角(jiao)為(wei)0°和90°兩種條(tiao)件(jian)(jian)下(xia)(xia)，熔(rong)(rong)(rong)(rong)覆(fu)(fu)層Nyquist曲(qu)(qu)線(xian)的(de)(de)容抗(kang)弧半(ban)徑相(xiang)差較(jiao)小，但在90°下(xia)(xia)容抗(kang)弧半(ban)徑略小，說明(ming)該條(tiao)件(jian)(jian)下(xia)(xia)熔(rong)(rong)(rong)(rong)覆(fu)(fu)層耐蝕性較(jiao)差，表明(ming)流(liu)體對熔(rong)(rong)(rong)(rong)覆(fu)(fu)層表面(mian)(mian)所產生(sheng)的(de)(de)正應力(li)(li)對熔(rong)(rong)(rong)(rong)覆(fu)(fu)層的(de)(de)損傷作用更(geng)大。圖(tu)4b為(wei)熔(rong)(rong)(rong)(rong)覆(fu)(fu)層在流(liu)速為(wei)1 m/s、沖刷角(jiao)為(wei)45°條(tiao)件(jian)(jian)下(xia)(xia)加入(ru)SiO2固相(xiang)顆粒(li)(li)與(yu)否的(de)(de)Nyquist曲(qu)(qu)線(xian)。由(you)圖(tu)4b可知，熔(rong)(rong)(rong)(rong)覆(fu)(fu)層在含(han)固相(xiang)顆粒(li)(li)流(liu)體中的(de)(de)容抗(kang)弧半(ban)徑較(jiao)小，表明(ming)由(you)于固體顆粒(li)(li)對熔(rong)(rong)(rong)(rong)覆(fu)(fu)層表面(mian)(mian)附加的(de)(de)正應力(li)(li)及剪切力(li)(li)進一步惡化了腐蝕過程。

圖(tu)4   鎳基激光熔覆層在3.5%NaCl溶液沖刷中(zhong)的Nyquist曲線

2.2.2 動電位(wei)極化曲(qu)線分(fen)析

圖5為(wei)熔(rong)(rong)(rong)(rong)覆(fu)(fu)(fu)(fu)層(ceng)(ceng)(ceng)在(zai)(zai)沖(chong)刷(shua)(shua)腐(fu)(fu)蝕過程中(zhong)(zhong)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)動(dong)電位(wei)極化(hua)(hua)曲線。表(biao)(biao)2為(wei)采(cai)用(yong)Tafel外(wai)推(tui)法利用(yong)電化(hua)(hua)學(xue)測試系統自帶擬合軟件(jian)計算獲(huo)(huo)得(de)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)各沖(chong)刷(shua)(shua)角(jiao)(jiao)條(tiao)件(jian)下(xia)熔(rong)(rong)(rong)(rong)覆(fu)(fu)(fu)(fu)層(ceng)(ceng)(ceng)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)自腐(fu)(fu)蝕電位(wei) （Ecorr） 和(he)自腐(fu)(fu)蝕電流(liu)密度 （Icorr）。其中(zhong)(zhong)，Ecorr表(biao)(biao)示從熱力(li)(li)(li)學(xue)角(jiao)(jiao)度分析材料(liao)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)腐(fu)(fu)蝕傾向(xiang)，Icorr從動(dong)力(li)(li)(li)學(xue)角(jiao)(jiao)度分析材料(liao)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)腐(fu)(fu)蝕速(su)(su)率。圖5a為(wei)熔(rong)(rong)(rong)(rong)覆(fu)(fu)(fu)(fu)層(ceng)(ceng)(ceng)在(zai)(zai)流(liu)速(su)(su)為(wei)1 m/s、3.5%NaCl溶(rong)液(ye)中(zhong)(zhong)不(bu)同沖(chong)刷(shua)(shua)角(jiao)(jiao)條(tiao)件(jian)下(xia)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)動(dong)電位(wei)極化(hua)(hua)曲線。由圖5a可以看(kan)出，隨著沖(chong)刷(shua)(shua)角(jiao)(jiao)從0°到90°變化(hua)(hua)，熔(rong)(rong)(rong)(rong)覆(fu)(fu)(fu)(fu)層(ceng)(ceng)(ceng)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)Ecorr先(xian)變負后(hou)變正(zheng)(zheng)，其Icorr先(xian)增(zeng)(zeng)加(jia)(jia)后(hou)減小，表(biao)(biao)明(ming)熔(rong)(rong)(rong)(rong)覆(fu)(fu)(fu)(fu)層(ceng)(ceng)(ceng)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)腐(fu)(fu)蝕速(su)(su)率先(xian)增(zeng)(zeng)加(jia)(jia)后(hou)減小。在(zai)(zai)沖(chong)刷(shua)(shua)角(jiao)(jiao)為(wei)45°條(tiao)件(jian)下(xia)，熔(rong)(rong)(rong)(rong)覆(fu)(fu)(fu)(fu)層(ceng)(ceng)(ceng)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)Ecorr最(zui)負、Icorr最(zui)大(da)(da)(da)，說(shuo)明(ming)耐蝕性最(zui)弱。以上現象與(yu)0°~45°時隨沖(chong)刷(shua)(shua)角(jiao)(jiao)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)增(zeng)(zeng)加(jia)(jia)逐漸增(zeng)(zeng)大(da)(da)(da)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)正(zheng)(zheng)應(ying)(ying)(ying)(ying)力(li)(li)(li)與(yu)逐漸減小的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)切(qie)應(ying)(ying)(ying)(ying)力(li)(li)(li)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)協同效應(ying)(ying)(ying)(ying)有(you)關。正(zheng)(zheng)應(ying)(ying)(ying)(ying)力(li)(li)(li)作(zuo)用(yong)使熔(rong)(rong)(rong)(rong)覆(fu)(fu)(fu)(fu)層(ceng)(ceng)(ceng)表(biao)(biao)面(mian)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)變形加(jia)(jia)劇，而(er)切(qie)應(ying)(ying)(ying)(ying)力(li)(li)(li)則促(cu)使材料(liao)表(biao)(biao)面(mian)減薄和(he)去除(chu)，導致(zhi)材料(liao)新的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)表(biao)(biao)面(mian)不(bu)斷暴(bao)露，正(zheng)(zheng)應(ying)(ying)(ying)(ying)力(li)(li)(li)和(he)切(qie)應(ying)(ying)(ying)(ying)力(li)(li)(li)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)協同作(zuo)用(yong)導致(zhi)以上材料(liao)破壞(huai)過程加(jia)(jia)劇。此外(wai)，從45°~90°時沖(chong)刷(shua)(shua)角(jiao)(jiao)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)增(zeng)(zeng)加(jia)(jia)會導致(zhi)正(zheng)(zheng)應(ying)(ying)(ying)(ying)力(li)(li)(li)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)不(bu)斷增(zeng)(zeng)加(jia)(jia)，剪切(qie)應(ying)(ying)(ying)(ying)力(li)(li)(li)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)不(bu)斷減小。熔(rong)(rong)(rong)(rong)覆(fu)(fu)(fu)(fu)層(ceng)(ceng)(ceng)在(zai)(zai)沖(chong)刷(shua)(shua)角(jiao)(jiao)為(wei)0°與(yu)90°時，前者得(de)到的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)Icorr大(da)(da)(da)于后(hou)者，同時其腐(fu)(fu)蝕傾向(xiang)也較大(da)(da)(da)，說(shuo)明(ming)剪切(qie)力(li)(li)(li)在(zai)(zai)熔(rong)(rong)(rong)(rong)覆(fu)(fu)(fu)(fu)層(ceng)(ceng)(ceng)損傷(shang)(shang)中(zhong)(zhong)占主導作(zuo)用(yong)。該處所獲(huo)(huo)熔(rong)(rong)(rong)(rong)覆(fu)(fu)(fu)(fu)層(ceng)(ceng)(ceng)損傷(shang)(shang)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)主導作(zuo)用(yong)力(li)(li)(li)與(yu)基于Nyquist曲線分析所獲(huo)(huo)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)結果(guo)相(xiang)反，主要原因可能(neng)在(zai)(zai)于切(qie)應(ying)(ying)(ying)(ying)力(li)(li)(li)容(rong)易(yi)導致(zhi)熔(rong)(rong)(rong)(rong)覆(fu)(fu)(fu)(fu)層(ceng)(ceng)(ceng)表(biao)(biao)面(mian)產生溝槽(cao)而(er)變粗糙，導致(zhi)比表(biao)(biao)面(mian)積增(zeng)(zeng)大(da)(da)(da)，進而(er)使Nyquist曲線容(rong)抗弧半徑(jing)增(zeng)(zeng)大(da)(da)(da)。圖5b是熔(rong)(rong)(rong)(rong)覆(fu)(fu)(fu)(fu)層(ceng)(ceng)(ceng)在(zai)(zai)沖(chong)刷(shua)(shua)角(jiao)(jiao)為(wei)45°、流(liu)速(su)(su)為(wei)1 m/s條(tiao)件(jian)下(xia)在(zai)(zai)含(han)與(yu)不(bu)含(han)SiO2固(gu)相(xiang)顆粒的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)NaCl溶(rong)液(ye)中(zhong)(zhong)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)動(dong)電位(wei)極化(hua)(hua)曲線。由圖5b和(he)表(biao)(biao)3可知，加(jia)(jia)入固(gu)體(ti)顆粒后(hou)，熔(rong)(rong)(rong)(rong)覆(fu)(fu)(fu)(fu)層(ceng)(ceng)(ceng)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)Ecorr變負、Icorr增(zeng)(zeng)加(jia)(jia)，表(biao)(biao)明(ming)耐腐(fu)(fu)蝕性能(neng)減小。在(zai)(zai)同一流(liu)速(su)(su)帶來的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)動(dong)力(li)(li)(li)條(tiao)件(jian)下(xia)，不(bu)規則固(gu)相(xiang)顆粒作(zuo)用(yong)于熔(rong)(rong)(rong)(rong)覆(fu)(fu)(fu)(fu)層(ceng)(ceng)(ceng)表(biao)(biao)面(mian)時更易(yi)產生機(ji)械損傷(shang)(shang)。

圖(tu)5   鎳基激光熔覆(fu)層在3.5%NaCl溶液中的動(dong)電位(wei)極化曲線(xian)

2.2.3 沖刷腐蝕形貌(mao)

熔(rong)(rong)覆(fu)層在(zai)(zai)(zai)3.5%NaCl溶液中沖(chong)(chong)(chong)刷(shua)(shua)(shua)后的(de)(de)(de)(de)形(xing)(xing)(xing)(xing)(xing)貌如圖6所示(shi)。其(qi)(qi)中，圖6a是(shi)熔(rong)(rong)覆(fu)層在(zai)(zai)(zai)沖(chong)(chong)(chong)刷(shua)(shua)(shua)角(jiao)為0°時(shi)的(de)(de)(de)(de)腐(fu)蝕形(xing)(xing)(xing)(xing)(xing)貌，其(qi)(qi)表(biao)面在(zai)(zai)(zai)流體(ti)所引起的(de)(de)(de)(de)剪切(qie)(qie)(qie)力(li)作(zuo)用(yong)下形(xing)(xing)(xing)(xing)(xing)成長(chang)窄(zhai)型溝壑形(xing)(xing)(xing)(xing)(xing)貌。圖6b顯示(shi)了熔(rong)(rong)覆(fu)層在(zai)(zai)(zai)沖(chong)(chong)(chong)刷(shua)(shua)(shua)角(jiao)為45°時(shi)的(de)(de)(de)(de)腐(fu)蝕形(xing)(xing)(xing)(xing)(xing)貌，其(qi)(qi)特點(dian)是(shi)熔(rong)(rong)覆(fu)層表(biao)面出(chu)(chu)現凹坑(keng)且寬(kuan)度大(da)于(yu)其(qi)(qi)在(zai)(zai)(zai)沖(chong)(chong)(chong)刷(shua)(shua)(shua)角(jiao)為0°時(shi)產(chan)生的(de)(de)(de)(de)溝槽。這是(shi)由于(yu)在(zai)(zai)(zai)沖(chong)(chong)(chong)刷(shua)(shua)(shua)角(jiao)為45°時(shi)，熔(rong)(rong)覆(fu)層表(biao)面不但受(shou)(shou)到(dao)切(qie)(qie)(qie)應力(li)的(de)(de)(de)(de)切(qie)(qie)(qie)削作(zuo)用(yong)使(shi)表(biao)面減薄，而(er)且受(shou)(shou)到(dao)正應力(li)作(zuo)用(yong)使(shi)減薄處發生塑(su)性(xing)變形(xing)(xing)(xing)(xing)(xing)而(er)產(chan)生凹坑(keng)。圖6c則為熔(rong)(rong)覆(fu)層在(zai)(zai)(zai)沖(chong)(chong)(chong)刷(shua)(shua)(shua)角(jiao)為90°時(shi)的(de)(de)(de)(de)腐(fu)蝕形(xing)(xing)(xing)(xing)(xing)貌，其(qi)(qi)表(biao)面出(chu)(chu)現明顯凹坑(keng)，深(shen)度大(da)于(yu)其(qi)(qi)在(zai)(zai)(zai)沖(chong)(chong)(chong)刷(shua)(shua)(shua)角(jiao)為45°時(shi)的(de)(de)(de)(de)凹坑(keng)深(shen)度，原因(yin)在(zai)(zai)(zai)于(yu)正應力(li)單獨作(zuo)用(yong)使(shi)熔(rong)(rong)覆(fu)層表(biao)面受(shou)(shou)到(dao)沖(chong)(chong)(chong)擊動能(neng)達到(dao)最大(da)，因(yin)此涂(tu)層吸收能(neng)量產(chan)生的(de)(de)(de)(de)塑(su)性(xing)變形(xing)(xing)(xing)(xing)(xing)程(cheng)度也最大(da)。以上(shang)分析表(biao)明，熔(rong)(rong)覆(fu)層沖(chong)(chong)(chong)刷(shua)(shua)(shua)腐(fu)蝕形(xing)(xing)(xing)(xing)(xing)貌與其(qi)(qi)表(biao)面所受(shou)(shou)流體(ti)作(zuo)用(yong)力(li)的(de)(de)(de)(de)種類直接(jie)相(xiang)關。

圖(tu)6   鎳基激光熔(rong)覆層在3.5%NaCl溶液(ye)中(zhong)沖刷腐蝕后的微觀形貌

3 結(jie)論

（1） 熔(rong)覆層由初晶相 （富(fu)(fu)含Ni） 和(he)周圍(wei)的共晶組織(zhi) （富(fu)(fu)集Cr、Mo、W等(deng)元素） 組成；熔(rong)覆層表面以胞狀晶為(wei)主(zhu)，內(nei)部則(ze)包(bao)含柱狀的枝晶凝固以及二次(ci)枝晶臂等(deng)微觀(guan)組織(zhi)。

（2） 在沖刷角(jiao)為(wei)0°，45°和(he)90°時，由于(yu)正應(ying)力(li)和(he)切應(ying)力(li)的協同效應(ying)，使(shi)熔覆層在沖刷角(jiao)為(wei)45°時耐蝕(shi)性最弱。沖刷腐蝕(shi)過程中，切應(ying)力(li)對熔覆層表(biao)面主要(yao)以(yi)產生(sheng)溝(gou)槽的形式損傷，而正應(ying)力(li)則(ze)容易(yi)致使(shi)熔覆層表(biao)面塑性變形產生(sheng)凹坑。

（3） 在流速和沖刷角不變(bian)時，加入SiO2固相顆粒(li)時會帶(dai)來附加機(ji)械力作(zuo)用(yong)，使熔覆層的耐蝕性進一步下降。