空蚀（CE）是一种常见于溢流部件表面的材料失效现象，在海洋环境中，海水里的气泡在压力变化下破裂，产生的冲击力反复作用于材料表面，最终导致材料损坏铸造分析仪器 。当前，大多数海洋螺旋桨由传统铸造NAB合金制造，然而，这种合金存在晶粒粗大、成分偏析以及孔隙和裂纹等缺陷，影响其性能。电弧定向能量沉积（DED-Arc）可制备NAB/钢双金属复合材料，有望替代铸造合金，但两种工艺制备的合金在空蚀行为上的差异尚不明确。
2025年1月22日，一项发表于Ultrasonics Sonochemistry期刊的研究成果，对电弧定向能量沉积和铸造镍铝青铜（NAB）合金的空蚀行为进行了对析，揭示了二者在微观结构、空蚀性能及腐蚀与空蚀协同效应方面的差异，为材料在海洋等领域的应用提供了重要参考铸造分析仪器 。该研究由东南大学材料科学与工程学院江苏省先进金属材料重点实验室、江苏科技大学材料科学与工程学院、第八工程局有限公司一公司和山东省大宗工业固体废弃物绿低碳与增值转化工程研究中心共同完成。
研究人员利用集成六轴机器人的电弧增材制造系统制备了全封装的NAB/钢复合材料样品，并以铸造NAB合金为对照铸造分析仪器 。通过扫描电子显微镜（SEM）、电子背散射衍射（EBSD）等多种微观结构表征手段，结合质量损失测试、电化学测试等方法，对两种合金在人工海水和去离子水中的空蚀行为展开研究。
电弧增材制造NAB制备示意图
（a）DED-Arc设备（b）沉积轨迹和形成的样品
一、微观结构
微观结构分析表明，铸造NAB合金主要由α-Cu相、残余β相和不同形态的κ相组成，α-Cu 相占比82.7%铸造分析仪器 。而DED-Arc NAB合金的α-Cu相呈树枝状结构，尺寸显著减小，占比76.5%，且由于冷却速度快，抑制了大尺寸κI相的析出，其余κ相尺寸也明显减小。
铸造NAB合金的微观结构
DED-Arc NAB合金的微观结构
此外，根据EBSD分析结果显示，铸造NAB合金的晶粒尺寸变化很大，范围从4.5 μm到79 μm（不包括κ相），平均晶粒尺寸为42.4 μm；而DED-Arc NAB合金的晶粒尺寸更小，平均为7.3 μm，相比铸造NAB合金的42.4 μm，其织构效应更弱铸造分析仪器 。
两者 EBSD结果
二、质量损失
在空蚀性能方面，研究发现DED-Arc NAB合金的抗空蚀性能优于铸造合金铸造分析仪器 。质量损失测试显示，在人工海水和去离子水中，DED-Arc NAB合金的累积质量损失和质量损失率均低于铸造合金。例如，在人工海水中进行24小时空蚀测试后，电弧增材NAB合金的累积质量损失为84.6 mg，比铸造合金（134.75 mg）低37.2%。
两者质量损失对比
三、空蚀形貌
从空蚀形貌来看，铸造合金在空蚀过程中表面粗糙度增加迅速，出现明显的空蚀坑，而电弧增材的NAB合金表面粗糙度增加缓慢，空蚀坑深度更浅铸造分析仪器 。这表明与铸造合金相比，电弧增材DED合金中的空蚀损伤明显减少。
NAB合金在人工海水中经过不同CE时间后的表面形貌
样品在去离子水中经过不同CE时间后的表面形貌
四、腐蚀-空蚀的协同效应
研究团队进一步研究腐蚀与空蚀的协同效应，发现二者相互作用，对材料造成的综合损伤不容忽视铸造分析仪器 。在人工海水中，铸造NAB合金和电弧增材NAB合金因腐蚀与空蚀协同作用导致的质量损失分别占总质量损失的56%和52%，且腐蚀对空蚀的促进作用大于空蚀对腐蚀的促进作用。
样品的空蚀机理图：(a) 铸造NAB； (b) DED-Arc NAB合金
具体而言，铸造合金中较大的κ相促进了选择性相腐蚀，增加了表面粗糙度和应力集中，加速了微裂纹扩展，从而导致更大的腐蚀增强空蚀质量损失；而电弧增材的NAB合金由于具有更好的均匀腐蚀特性和较高的硬度、强度，在一定程度上减轻了协同效应造成的损伤铸造分析仪器 。
该研究明确了电弧DED和铸造NAB合金在空蚀行为上的差异，为电弧增材NAB合金在海洋工程等领域的应用提供了理论依据铸造分析仪器 。未来，相关研究有望进一步优化材料性能，推动DED-Arc技术在更多领域的广泛应用。
论文链接：
[1] hts://doi.org/10.1016/j.ultsonch.2025.107235