【摘要】：空蝕廣泛存在于海洋裝備的過流部件,如海洋鉆井平臺(tái)中的離心泵和輸送泵、船舶螺旋槳、氣缸套等,不僅造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失,也帶來極大的安全隱患。采用表面工程技術(shù)和先進(jìn)的涂層材料,在過流部件表面制備抗空蝕涂層是解決海洋工程裝備關(guān)鍵部件空蝕問題的重要技術(shù)手段。鎳基合金由于具有良好抗空蝕性能和優(yōu)異的工藝性而被廣泛用作抗空蝕涂層材料。鎳基自熔性合金是應(yīng)用最廣泛的一種鎳基合金,包括NiCrBSi系列、WC增強(qiáng)Ni基系列、NiCrBSiMoCu系列等,采用氧乙炔火焰噴熔工藝制備了Ni60A、NiWC35、Ni55MoA和Ni60CuMo不同鎳基合金噴熔層。采用X射線衍射相分析儀(XRD)和掃描電鏡(SEM)分析了涂層的顯微組織結(jié)構(gòu),測量了涂層的洛氏硬度、電化學(xué)特性。分別在3.5%NaCl溶液和蒸餾水中進(jìn)行涂層的空蝕試驗(yàn),探討了涂層在NaCl溶液中的抗空蝕性能并分析空蝕機(jī)理。試驗(yàn)結(jié)果表明,NiCrBSiMoCu噴熔層組織細(xì)小,抗腐蝕性能較好。WC增強(qiáng)鎳基合金噴熔層中彌散分布著WC顆粒,WC的加入雖然提升了噴熔層的硬度,但使其抗腐蝕性能大大降低�？瘴g試驗(yàn)結(jié)果表明,兩種NiCrBSiMoCu噴熔層在NaCl溶液中具有優(yōu)異抗空蝕性能,在NiCrBSi噴熔層的基礎(chǔ)上提升了24%和39%;WC增強(qiáng)鎳基合金噴熔層在NaCl溶液中的抗空蝕性能最差,在NiCrBSi噴熔層的基礎(chǔ)上降低了28%。不同鎳基合金粉末所含元素的種類與含量有所差異,制備的噴熔層的組織結(jié)構(gòu)不同,因此在NaCl溶液中的抗空蝕性能不同。雖然涂層材料的空蝕均是由空蝕裂紋的擴(kuò)展導(dǎo)致材料表面顆粒剝離,產(chǎn)生蝕坑,但是組織細(xì)小的NiCrBSiMoCu系列涂層空蝕裂紋擴(kuò)展困難(尤其是Ni60CuMo),蝕坑較小和較淺,因此在NaCl溶液中抗空蝕性能較好,相對而言NiCrBSi系列涂層表面蝕坑較大和較深,在NaCl溶液中抗空蝕性能較差。WC增強(qiáng)鎳基合金噴熔層存在體積較大的WC硬質(zhì)相,由于WC顆粒與鎳基固溶體構(gòu)成較強(qiáng)原電池,大大加速了其相界裂紋的擴(kuò)展,導(dǎo)致WC顆粒的脫落,進(jìn)而又引起周圍鎳基固溶體的剝落,涂層表面出現(xiàn)的空蝕坑最大而且蝕坑周圍呈現(xiàn)凹凸不平的形貌,因此在NaCl溶液中的抗空蝕性能最差。
【圖文】：

裝備的空蝕現(xiàn)象洋油氣開發(fā)的空蝕現(xiàn)象氣開發(fā)采用鉆井平臺(tái)，如圖 1.1 所示。平臺(tái)中的鉆井泵、機(jī)械常出現(xiàn)空蝕破壞，在海洋這種腐蝕環(huán)境下其空蝕損井泵的空蝕的空蝕是由鉆井液汽化造成的。研究表明，鉆井液中因 間不可溶的固相微顆粒而較自來水更易汽化，兩者汽化壓

1.2.2 船舶流體機(jī)械的空蝕現(xiàn)象（1）船舶螺旋槳的空蝕空蝕現(xiàn)象19世紀(jì)首次被發(fā)現(xiàn)是在船舶螺旋槳葉片上。圖1.2為螺旋槳空蝕形貌。近二十年里，由于螺旋槳功率不斷增大，大型船舶的航速不斷提高，，螺旋槳的空蝕成為一個(gè)越來越嚴(yán)峻的問題�？瘴g造成螺旋槳水動(dòng)力性能的惡化，槳葉材料剝蝕、脫落，發(fā)展到一定程度將產(chǎn)生強(qiáng)烈的噪聲并會(huì)加劇船體震動(dòng)。一旦發(fā)現(xiàn)船舶螺旋槳發(fā)生空蝕現(xiàn)象必須及時(shí)采取措施著手修復(fù)，否則不僅會(huì)影響船舶水動(dòng)力性能，更嚴(yán)重的是空蝕源一旦產(chǎn)生后，其擴(kuò)展將是一個(gè)加速的過程，整個(gè)螺旋槳的性能將很快因空蝕而大大降低[8-9]。圖 1.2 螺旋槳空蝕圖片（2）船舶尾軸的空蝕目前商船上應(yīng)用的尾軸軸承主要采用水潤滑和油潤滑兩種方式。水潤滑式尾軸軸承采用水作為潤滑介質(zhì)，油潤滑式尾軸軸承則采用滑油為潤滑介質(zhì)。與水相比較而言，滑油在同樣的飽和溫度下飽和壓力低，不容易汽化，故空蝕更常見于水潤滑軸承的尾軸。尾軸在振動(dòng)過程中與軸承之間的間隙是時(shí)刻變化的且是一種無規(guī)律的振動(dòng)
【學(xué)位授予單位】：武漢理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：U674.38

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本文編號：2665663