激光重熔处理对高速电弧喷涂Fe基非晶涂层在不同介质中空蚀行为的影响机制研究

为解决液压机械关键部件在腐蚀性介质中的空蚀损伤问题，研究人员采用高速电弧喷涂(HVAS)结合激光重熔(LR)技术制备Fe基非晶涂层，系统研究了涂层在蒸馏水和3.5 wt% NaCl介质中的空蚀-腐蚀耦合行为。结果表明，LR处理使涂层孔隙率从1.73%降至0.11%，界面结合强度显著提升，在3.5 wt% NaCl介质中质量损失率降低77.84%，腐蚀电流密度(Icorr)相差近10倍，为海洋工程装备防护提供了新思路。

　　

在海洋工程和液压机械领域，关键部件长期遭受空蚀和腐蚀的双重威胁。当高速流动的液体中含有气泡时，气泡溃灭产生的微射流和冲击波会导致材料表面发生空蚀损伤，而在含盐介质中，电化学腐蚀会加速这一过程。传统防护涂层存在孔隙率高、界面结合弱等缺陷，难以满足苛刻工况需求。Fe基非晶涂层因其优异的耐蚀性和机械性能备受关注，但通过常规热喷涂技术制备的涂层往往存在结构缺陷，严重影响其防护性能。

针对这一技术瓶颈，国内某高校的研究团队在《Ultrasonics Sonochemistry》发表最新成果，创新性地将高速电弧喷涂(HVAS)与激光重熔(LR)技术相结合，系统研究了Fe基非晶涂层在蒸馏水和3.5 wt% NaCl介质中的空蚀-腐蚀耦合行为及其防护机制。

研究采用HVAS制备涂层后，通过正交试验优化LR参数（功率500 W，扫描速度5 mm/s，搭接率40%），利用超声波空蚀试验机测试涂层性能，结合SEM、XRD、电化学工作站等技术手段分析微观结构和腐蚀行为。通过对比原始涂层(ASC)和激光重熔涂层(LRC)在不同介质中的质量损失率、腐蚀电位(E_corr)和腐蚀电流密度(I_corr)，揭示了LR处理对涂层性能的改善机制。

3.1 微观结构与显微硬度
研究发现ASC呈现典型层状结构，含有1.73%孔隙率和微裂纹，而LR处理后孔隙率降至0.11%，界面实现冶金结合。XRD显示LRC中形成Fe₂₃B₆和Fe₃B新相，非晶含量保持62.5%。尽管LRC硬度(864±10 HV_0.1)略低于ASC(970±119 HV_0.1)，但其硬度分布更均匀，表明LR能有效消除结构缺陷。

3.2 空蚀性能
在3.5 wt% NaCl介质中，ASC质量损失率高达66.8 mg/h，是蒸馏水环境(30.5 mg/h)的2.2倍，证实腐蚀会加剧空蚀损伤。相比之下，LRC在相同条件下质量损失率仅14.8 mg/h，较ASC降低77.84%。3D形貌分析显示ASC在盐水中最大空蚀坑深度(270.75 μm)远超蒸馏水(139.04 μm)，而LRC表面仅出现孤立裂纹，表现出优异的抗空蚀性能。

3.3 空蚀对电化学腐蚀的影响
电化学测试表明，LRC的I_corr在静态(0.07157 μA·cm^-2)和空蚀状态(0.74942 μA·cm^-2)均显著低于ASC(分别为0.57799和2.1994 μA·cm^-2)。EIS测试显示LRC容抗弧半径更大，表明其具有更高的电荷转移电阻。在空蚀-腐蚀耦合作用下，ASC表面发生严重氧化，生成Fe₂O₃等腐蚀产物，而LRC凭借致密结构有效延缓了腐蚀进程。

该研究通过多尺度表征揭示了LR处理提升Fe基非晶涂层性能的内在机制：消除孔隙和微裂纹可阻断腐蚀介质渗透路径；形成的Fe₃B硬质相增强机械强度；冶金结合界面提高涂层整体性。这些发现为开发适用于恶劣工况的新型防护涂层提供了重要理论依据和技术支撑，对延长海洋装备服役寿命具有重要工程价值。研究创新性地将表面改性技术与腐蚀科学相结合，为空蚀-腐蚀耦合损伤的防护研究开辟了新思路。