搅拌摩擦加工镍铝青铜组织演变及其空蚀和腐蚀性能研究

As-cast nickel aluminum bronze (NAB) have been widely employed in marine propellers due to its excellent mechanical properties and corrosion properties. However, as-cast NAB encounters significant cavitation erosion and corrosion in a more severe marine environment due to its defects. Therefore, it is very important to select the appropriate surface modification technology according to the characteristics of its service environment. To serve this purpose, this study is aiming at the surface modification on NAB by friction stir processing (FSP). The cavitation tests of FSP NAB are carried out in distilled water and artificial sea water and a detailed analysis of the surface and cross-section morphologies, microstructure and element distribution are performed by X-ray diffraction (XRD), scanning electron microscope (SEM), energy dispersive spectrometer (EDS) and transmission electron microscopy (TEM). The cavitation erosion and corrosion mechanisms and synergistic effect of cavitation erosion and corrosion are investigated accordingly with the variation of microstructure and mechanical properties of FSP NAB through the whole cavitation erosion process and how the variation of FSP NAB microstructure influences the cavitation erosion and corrosion resistance is thoroughly examined. Meanwhile, by comparison of static-state corrosion and electrochemical properties of FSP NAB, this study is destined to corroborate the theoretical foundation for the future application of FSP materials in the field of marine cavitation erosion and corrosion protection.

铸态镍铝青铜作为一种重要的海洋工程材料，凭借其良好的力学和腐蚀性能被广泛应用于船用螺旋桨等领域，是舰船安全平稳行驶的保障。然而，随着舰船向着远洋和深海发展，铸态镍铝青铜自身存在的缺陷造成了严重的空蚀和腐蚀破坏，因此根据其服役环境的特点选择合适的表面改性技术显得尤为重要。本项目拟采用搅拌摩擦加工技术，对铸态镍铝青铜进行表面改性，并在不同腐蚀介质下（包括蒸馏水和人工海水）进行空蚀试验，结合X射线衍射仪、扫描电子显微镜、能谱仪、透射电子显微镜等多种检测手段，分析表面改性层在整个空蚀过程中的表面和截面形貌、晶体结构、元素分布等变化。根据表面改性层组织结构和力学性能的变化特点及规律，探索改性镍铝青铜的空蚀和腐蚀机制，明确空蚀与腐蚀相互作用机理，探索改性层组织结构变化对其空蚀和腐蚀性能的影响。同时对比分析改性层的静态腐蚀性能和电化学性能，为搅拌摩擦加工技术制备出性能优良的耐空蚀和腐蚀材料提供理论依据。

铸态镍铝青铜合金具有优异的力学性能和耐空蚀、腐蚀性能，广泛应用于海洋工程机械。但由于铸态合金本身具有的一些缺陷，如晶粒粗大、成分偏析、孔洞等导致了机械构件在使用过程中发生了严重的空蚀和腐蚀现象，造成了巨大的经济损失，严重时甚至会威胁到国家安全。随着海洋机械运行工况的愈发苛刻，该类合金已难以胜任，亟需新材料、新技术和新工艺的产生。由于腐蚀和磨损常发生在构件的表面，所以采用表面技术对合金进行表面改性就成为了更加合理有效的选择。为了消除缺陷、提升材料性能，本项目采用搅拌摩擦加工技术对铸态镍铝青铜合金进行了表面改性，研究了合金组织的演化过程，以及搅拌摩擦加工镍铝青铜合金在蒸馏水和人工海水中的空蚀和腐蚀行为，系统分析了合金组织和耐空蚀、腐蚀性能之间的内在联系，探讨了空蚀和腐蚀之间的交互作用。结果表明，经搅拌摩擦加工后获得了具有均匀细化显微组织的镍铝青铜合金，合金的成分偏析以及孔洞等缺陷也得到了消除。合金的力学性能、耐空蚀和腐蚀性能获得了极大的提升。本项目获得了大量的研究数据，为海洋工况的合理选材提供了帮助，为搅拌摩擦加工技术成功应用于海洋工程机械提供了有效指导，为新型耐空蚀和腐蚀材料的研发提供了理论依据。