作者簡介

通訊作者吳忠 天津大學 副教授

2003年起在上海交通大學開展本科及研究生學習，2013年博士畢業后在上海交通大學和加拿大卡爾加里大學開展博士后研究，2017年起擔任天津大學材料學院副教授。

主要致力于材料表面結構與功能一體化、腐蝕與防護、新能源材料等方面的研究，先后主持國家自然科學基金項目、JKW重點項目、天津市自然科學基金重點項目等各級科研項目15項。研究成果已發表學術論文50余篇，其中第一/通訊作者論文30余篇；出版學術著作1部；獲授權專利11項。兼任國家自然科學基金委員會通訊評議專家、國際學術期刊《Coatings》主題編輯、腐蝕與防護學會磨蝕與防護技術專委會委員，榮獲電力建設科學技術進步獎二等獎（2018）。

文章簡介

耐空蝕涂層及其研究進展

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本文總結了多種國內外用于空蝕防護的涂層材料，并根據抗空蝕原理將其分為兩種，一為通過自身較高硬度來抵御空泡沖擊的高硬度涂層，如大多數的金屬、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，通過吸收空蝕沖擊波與微射流的機械沖擊能量來延長空蝕孕育期，降低空蝕破壞，如形狀記憶合金和聚合物有機涂層，同時，結合作者近年來在空蝕表面防護領域所做的工作，對每種耐空蝕涂層的特點、性能、應用現狀及損傷機制進行了舉例說明，分析了各自的優缺點。最后，展望了耐空蝕涂層的發展趨勢，指出高強韌的金屬涂層依舊是現階段實際工程中空蝕防護的主要涂層，高彈性的有機涂層是涂層的研發方向，但需解決與工件表面結合力低的問題。

關鍵詞：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局部微結構（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NAB與激光淬火改性NAB合金的腐蝕形貌對比

不同合金在NaCl溶液中空蝕后的失重曲線

結論：

本文主要歸納了常見的幾種抗空蝕涂層材料，并根據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]、類金剛石涂層[67]和復合涂層[68]等。例如陶瓷-有機復合涂層可以克服單一涂層的不足，實現對基體材料的協同防護[69]。但這些涂層用于耐空蝕防護目前大多處于實驗研究階段，由于工藝與成本等方面的制約，還沒有實現工程應用。在本文中列舉的涂層材料相對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際應用。未來對于耐空蝕涂層的研究趨勢主要集中在以下幾個方面：

1）高硬度涂層在今后一段時間內仍是空蝕防護的主要方式。其中，金屬涂層及表面硬化改性處理會在抗空蝕領域發揮著越來越重要的作用，但仍需要解決腐蝕對空蝕的加劇作用；至于金屬陶瓷涂層，熱噴涂工藝下的顆粒難以完全熔化，制備的涂層呈現較高的孔隙率，且由于陶瓷顆粒與金屬非冶金結合，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，增強涂層與基體間的結合力，降低涂層的孔隙率是未來的研究方向。

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

3）空蝕過程極為復雜，尚未建立一個較為完整的理論模型以揭示空蝕的發生過程與破壞機制。因此，在耐空蝕涂層的制備過程中要綜合考慮的因素也比較多。涂層的組織結構和力學性能對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明顯的正相關性[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]，有機材料的厚度越大越有利于吸收空蝕機械沖擊所帶來的能量[63]。因此，在實際空蝕防護中，不僅要選擇合適的空蝕涂層材料，還要嚴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, 秦真波, 等. 耐空蝕涂層及其研究進展[J]. 表面技術, 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.