空泡腐蚀(简称空蚀)是由于液体内部的压力起伏引起的空化过程所造成的材料损伤。目前,海洋和能源行业的过流部件依然受到空蚀的危害,造成了很大的经济损失、环境问题、甚至人员伤亡。开发抗空蚀材料是比较理想的抑制空蚀损伤的方法。等原子比的镍钛合金具有超弹性和形状记忆效应,能有效耗散空泡溃灭的冲击能,因此,镍钛合金具有优异的抗空蚀性能。然而,镍钛合金昂贵的价格和较差的加工性能限制了其应用,因此,通过制备镍钛合金涂层(简称镍钛涂层),在尽量保留镍钛合金优点的基础上,避免上述缺点,有望成为抑制空蚀损伤的有效途径,具有重要的实际应用价值。本文拟采用易操作、成本低、效率高的大气等离子喷涂(APS)、冷喷涂和钨极惰性气体保护焊(TIG)制备镍钛涂层。通过改变原料、控制工艺参数、添加过渡层和后续热处理等,控制裂纹、孔洞、超弹性相奥氏体B2和第二相的含量,制备缺陷相对较少的镍钛涂层。通过评价涂层的抗空蚀性能,明确空蚀损伤机制,确定比较理想的镍钛涂层制备方法。最后,考虑其实际应用环境,研究镍钛涂层的空蚀-腐蚀交互作用机制,评价抗空蚀-腐蚀性能,制备出抗空蚀-腐蚀的镍钛涂层。主要结论如下:采用Ni粉和Ti粉的混合粉以及球磨粉为原料,利用冷喷涂制备的镍钛涂层中只含有Ni单质和Ti单质,没有等原子比NiTi相。采用NiTi粉和Ti粉(或Cu粉)的混合粉以及球磨粉制备的冷喷涂镍钛涂层以Ti单质或Cu单质为主要成分,NiTi粉还保持原始球形镶嵌在涂层里。热处理之后的球磨粉冷喷涂镍钛涂层主要含有NiTi和Ni3Ti相两种成分,但热处理导致涂层中的孔洞数量增加,严重降低了涂层的质量。采用NiTi粉为原料,利用APS制备的镍钛涂层主要由奥氏体B2相组成,还有未熔融颗粒、平行/垂直裂纹、孔洞、氧化物和硬脆相。空蚀性能测试表明,氧化物、硬脆相、裂纹和孔洞是APS镍钛涂层遭受严重空蚀损伤的主要原因。为了减少镍钛涂层的缺陷对其空蚀性能的影响,通过采用环氧树脂对镍钛涂层进行封孔,成功制备了环氧封孔镍钛涂层。环氧树脂可以填充涂层中的孔洞和裂纹,提高了 APS镍钛涂层的硬度、超弹性和韧性,进而提高了抗空蚀性能。采用TIG焊堆焊工艺制备了含镍过渡层的TIG镍钛堆焊涂层,该涂层主要以奥氏体B2相和金属间化合物组成,具有高的显微硬度和超弹性,镍过渡层的添加消除了焊接应力引起的裂纹,并通过Ni的稀释作用在一定程度上抑制了硬脆相的形成,因此,含镍过渡层的TIG镍钛堆焊涂层具有较高的抗空蚀性能。采用TIG焊堆焊工艺制备了含有铜和铌过渡层的TIG镍钛堆焊涂层。结果表明,铜和铜+铌过渡层的加入可以有效抑制裂纹和硬脆相的形成,但单一的铌过渡层对裂纹和硬脆相的抑制效果欠佳,导致含有铜和铜+铌过渡层的TIG镍钛堆焊涂层的抗空蚀性能明显优于含有铌过渡层的涂层。研究了 NiTi-Ni-TIG(含镍过渡层的TIG镍钛堆焊涂层)和NiTi-Cu-TIG(含铜过渡层的TIG镍钛堆焊涂层)涂层的空蚀-腐蚀交互作用。在NiTi-Cu-TIG涂层中,B2相与其周围的Cu-Ti金属间化合物形成的电偶腐蚀使得后者优先溶解,最终导致B2相失去支撑而容易被空蚀剥离,造成严重的空蚀损伤。NiTi-Ni-TIG涂层由于其组织均匀,没有明显的腐蚀微电偶,腐蚀对其空蚀的影响较小,因此,具有较好的抗空蚀-腐蚀损伤性能。