對(duì)過(guò)流部件邊界如表面體型和表面粗糙度的合理設(shè)計(jì)主要是提高初生空化數(shù)，減少空泡數(shù)量，這在水利機(jī)械和水工建筑中比較常見(jiàn)，如廣一離心泵的葉形要求負(fù)荷分布平坦，空化數(shù)小，在葉片出口附近產(chǎn)生負(fù)壓，使得空泡移至葉片后方流體中潰滅，閘門門槽寬深比對(duì)流場(chǎng)影響復(fù)雜，直接控制內(nèi)部和下游角隅處渦旋的空化。體型設(shè)計(jì)成為水力機(jī)械等過(guò)流部件和建筑過(guò)流表面設(shè)計(jì)的基本考慮要素。

還可以通過(guò)摻氣減蝕、陰極和超空泡保護(hù)等減少空泡潰滅對(duì)邊壁的破壞。廣一水泵廠過(guò)對(duì)摻氣減蝕深入研究后指出：摻氣可以提高摻氣區(qū)壓強(qiáng)，影響空泡潰滅壓強(qiáng)和水體中的氣核分布，增加大尺寸氣核數(shù)量。1%的摻氣量就能顯著降低空泡潰滅的沖擊壓力，達(dá)到2%后效果不再繼續(xù)提升。而采用陰極保護(hù)可以抑制腐蝕的進(jìn)行，減緩腐蝕對(duì)空蝕附加影響，而陰極析氫的氣墊作用減緩了沖擊波與微射流的沖擊，對(duì)材料表面起到力學(xué)保護(hù)，減緩空蝕。對(duì)海水中的鎳鋁青銅、球墨鑄鐵、不銹鋼進(jìn)行陰極保護(hù)實(shí)驗(yàn)，空蝕率分別下降475，50%和19%，表明陰極保護(hù)對(duì)不同材料的效果不同。還可以添加緩蝕劑或乳化油降低液體的腐蝕性，改變表面蒸汽壓、張力和粘性，減少空蝕損傷。

最后是通過(guò)增強(qiáng)邊壁材料性能如硬度或彈性，加工硬化性能，抗腐蝕性能等提高抗空蝕性能。隨著材料科學(xué)的不斷完善與進(jìn)步，人們對(duì)抗空蝕材料以及涂層材料進(jìn)行深入研究。這些材料與涂層大都具備良好耐蝕性能以及較高硬度和強(qiáng)度，水泵選用這些材料與工藝可延長(zhǎng)過(guò)流部件的使用壽命，提高運(yùn)行效率。廣一離心泵如泵葉輪等過(guò)流部件多是采用17-4PH，OCr13Ni5Mo等高強(qiáng)不銹鋼以及硅錳低合金鋼，海洋工業(yè)的螺旋槳、推進(jìn)器則為鋁或鎳鋁青銅。表面涂層工藝是在材料表面涂覆具有優(yōu)異綜合力學(xué)性能的抗空蝕涂層材料，來(lái)提高部件的抗空蝕能力，包括激光與等離子表面改性技術(shù)、滲氮和堆焊、熱噴涂技術(shù)等。

1、激光表面改性技術(shù)

激光表面改性工藝是高能密度激光輻照金屬表面，形成特殊性能的合金層，改變材料組織結(jié)構(gòu)、硬度、均勻性與致密性，提高零件性能，進(jìn)而決定了抗空蝕性能，主要有激光表面合金化、激光熔覆/熔凝等技術(shù)。

2、等離子體表面改性技術(shù)

目前廣一水泵廠針對(duì)材料表面等離子改性工藝提高耐空泡腐蝕性能的研究為陰極電弧離子鍍獲取高硬耐磨TiN與CrN鍍層，等離子體注入金屬離子、N或B等元素提高表面硬度。陰極電弧離子鍍層空蝕磨損特征為微射流反復(fù)沖擊作用下軟質(zhì)點(diǎn)破壞，形成凹坑，凹坑處成為疲勞裂紋源，裂紋不斷擴(kuò)展導(dǎo)致邊緣剝落，表面局部斷裂影響陰極電弧離子鍍層抗空蝕性能因素：結(jié)合強(qiáng)度。

3、熱噴涂技術(shù)

熱噴涂是將合金材料加熱至半熔融或熔融狀態(tài)，借助高速氣體或者焰流使其霧化后噴射到基體表面，沉積為所需功能的涂層。熱噴涂技術(shù)具有生產(chǎn)效率高、基體熱影響小、變形小的特點(diǎn)，使用材料主要有鉆基、鎳基、銅基、鐵基自熔性合金及NiTi合金等。

4、化學(xué)鍍與電鍍

化學(xué)鍍與電鍍工藝與前面提到的幾種改性技術(shù)相比，無(wú)需高溫，無(wú)熱變形的產(chǎn)生，更能保證基材的尺寸與形狀的幾何精度。

5、表面滲氮處理技術(shù)

表面滲氮技術(shù)是在材料表面引入與基體結(jié)合良好的硬質(zhì)氮化物涂層。目前對(duì)其廣一化工泵空蝕研究主要集中于等離子體滲氮、離子滲氮和激光氣相滲氮技術(shù)。

激光表面處理技術(shù)是以激光作為熱源，采用非接觸的方式進(jìn)行表面改性，改變金屬材料物理性能及化學(xué)性質(zhì)，在表面性能差和價(jià)格便宜的基體金屬表面制得具有一定功能的涂層或組織，如高硬度、高強(qiáng)度、耐磨損腐蝕和耐高溫的表面合金層，改善金屬材料表面性能，代替貴重的整體合金，節(jié)約了昂貴或稀有金屬材料，降低成本。其研究始于20世紀(jì)60年代，自發(fā)明便存在極大的技術(shù)潛力和研究?jī)r(jià)值。1960年美國(guó)科學(xué)家梅曼成功研制出第一臺(tái)激光器，20世紀(jì)70年代成功研制大功率激光器，近十年來(lái)激光表面處理工藝得到迅速發(fā)展和廣泛應(yīng)用，其直接或間接所獲得的經(jīng)濟(jì)與社會(huì)效益更加顯著，可縮短產(chǎn)品周期，提高產(chǎn)品質(zhì)量，降低成本。作為局部改性方法，激光表面處理廣泛應(yīng)用于航空、海洋、軍事等制造行業(yè)和修復(fù)行業(yè)，是未來(lái)工業(yè)極具應(yīng)用潛力的表面技術(shù)之一，技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益明顯，其優(yōu)點(diǎn)也是其他表面改性技術(shù)無(wú)法比擬的。

1、激光表面工程的發(fā)展

水泵材料表面技術(shù)是在材料基體表面添加涂層或者改變表層相組成、化學(xué)組成、形貌、缺陷分布、微觀結(jié)構(gòu)等，提高材料對(duì)環(huán)境作用的抵御能力或者賦予表面具備某種期望功能特性的工藝工程。由于表面工程在科技發(fā)展中的促進(jìn)作用和重要地位，多項(xiàng)先進(jìn)表面工程及理論研究列入了國(guó)家重大技術(shù)創(chuàng)新項(xiàng)目、國(guó)家重點(diǎn)科技攻關(guān)項(xiàng)目等。例如全軍裝備維修表面工程研究中心研發(fā)的高速電弧噴涂技術(shù)被列入國(guó)家重大技術(shù)創(chuàng)新項(xiàng)目與國(guó)家“九五”重點(diǎn)科技攻關(guān)項(xiàng)目

激光表面處理技術(shù)是統(tǒng)和現(xiàn)代材料科學(xué)、物理化學(xué)、計(jì)算機(jī)、機(jī)械等技術(shù)理論與研究結(jié)果的高新技術(shù)，形成具有特殊性能的層結(jié)構(gòu)，改善表面力學(xué)、化學(xué)、物理等性能，滿足了不同環(huán)境的應(yīng)用要求。作為當(dāng)前材料方面重要方向之一，各國(guó)對(duì)其高度重視并重點(diǎn)發(fā)展。激光表面改性工藝被譽(yù)為光加工時(shí)代一個(gè)標(biāo)志技術(shù)，其低消耗污染及高效率效益增長(zhǎng)的特點(diǎn)滿足了當(dāng)代材料加工發(fā)展標(biāo)準(zhǔn)。

2、激光表面改性的設(shè)備以及優(yōu)點(diǎn)

激光改性設(shè)備主要為YAG固體激光器和C02激光器。YAG激光器是以憶鋁石榴石單晶為基礎(chǔ)材料，摻入稀土離子Nd}+構(gòu)成摻憶石榴石晶體(Nd}+：YAG)oNd-YAG為其英文簡(jiǎn)化名稱，來(lái)自Neodymium-dopedYttriumAluminiumGarnet；Nd：Y}A150120憶鋁石榴石晶體為其激活物質(zhì)，晶體內(nèi)Nd原子含量為0.6-1.1%，屬固體激光，可激發(fā)脈沖激光或連續(xù)式激光，發(fā)射激光為波長(zhǎng)1.064林m紅外線，是激光波長(zhǎng)1/10，波長(zhǎng)越短越容易被金屬吸收。根據(jù)晶體形狀可將其分為棒狀YAG激光器，在國(guó)內(nèi)外應(yīng)用最廣，其次還有片裝及管狀YAG激光器。YAG固體激光加工設(shè)備具有運(yùn)行成本低、設(shè)備易于維護(hù)、操作簡(jiǎn)單等特點(diǎn)。YAG激光器工作方式為“小斑點(diǎn)快速掃描”。二氧化碳激光器是以C02氣體作為工作物質(zhì)的氣體激光器。放電管通常是由玻璃或石英材料制成，里面充以C02氣體和其他輔助氣體(主要是氦氣和氮?dú)猓话氵€有少量的氫或氮?dú)?；電極一般是鎳制空心圓筒；諧振腔的一端是鍍金的全反射鏡，另一端是用鍺或砷化稼磨制的部分反射鏡。COZ激光器是一種比較重要的氣體激光器。這是因?yàn)樗哂幸恍┍容^突出的優(yōu)點(diǎn)，如比較大的功率和比較高的能量轉(zhuǎn)換效率，它是利用COZ分子的振動(dòng)一轉(zhuǎn)動(dòng)能級(jí)間的躍遷，有比較豐富的譜線，在10微米附近有幾十條譜線的激光輸出，它的輸出波段正好是大氣窗口(即大氣對(duì)這個(gè)波長(zhǎng)的透明度較高)。

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