水輪機防蝕材料及表面防護技術

有少許孔洞遺留在塗層內部或靠近界面的地方，調整重熔溫度及凝固方向 可降低孔隙殘留。由於結合強度仍然達到一定水準，整體來看並不減損合 金材料的抗磨、抗沖蝕性能。

貳、鈷不銹鋼在穴蝕磨損過程中的相變化

Z.Xiaojun,L.A.J.Procopiak,N.C.Souza,A.S.C.M.d’Oliveira(2003) ^{［1 3］}提出於碳 鋼表面塗覆一層鈷不銹鋼，在穴蝕磨損過程中的相變化，由於碳鋼與Hidroloy 914 不易親和堆銲，因此以碳鋼為基底情形下，先堆銲 一層AISI 309，再堆銲 Hidroloy 914（鈷不銹鋼），其成分如表 2-1 所示；Hidroloy 914 為含鈷沃斯田體不銹鋼以作 為耐空泡腐蝕塗層，先表面堆銲 ，然後進行TIG﹙鎢極惰性氣體保護銲﹚表面重 熔加工，根據ASTM G32/92 標準，空泡腐蝕是由超音波振動設備產生，示意如圖 2-5 所示，經過數分鐘到數十小時，利用 X 射線繞射儀及掃描式電子顯微鏡〈SEM〉

對經過空泡腐蝕的試片進行觀察，結果顯示在空泡腐蝕過程中，先後發生了相變 和麻田散體扭曲斷裂，空泡衝擊能誘發沃斯田體到麻田散體的相變，並被其吸收；

當相變到達飽和點時，麻田散體片層開始吸收衝擊能，同時逐漸發生扭曲和斷裂，

最終麻田散體片層斷裂產生的碎片大量剝落，該材料的空泡腐蝕潛伏期結束，各 階段SEM 如圖 2-6 所示。

表2-1 表面堆銲材質之成分組成（重量百分比 w﹪）

Cr Ni Co Si Mn C Mo S Fe 309 22.8 12.3 - 0.68 1.35 0.021 - 0.004 Bal.

Hidroloy 914 17.5 2.04 9.4 4.10 9.6 0.24 - 0.01 Bal.

圖2-5 堆銲材質及超音波震盪示意圖

参、高氮奧斯田鐡對穴蝕磨損的耐磨性

Fu Wantang,Zheng Yangzeng,He Xiaokui(2001) ^{［1 4］}提出高氮奧斯田鐡對穴蝕 磨損的耐磨性，該實驗以 HNS 為主要實驗對象，CrNi1 及 CrNi2 為對照組；HNS、

CrNi1、CrNi2 組成如表 2-2 所示，這三種材質分別處以熱處理，分別得到沃斯田 體組織﹙austenite、HNS﹚、麻田散體加沃斯田體組織（martensite+austenite、CrNi1）、 麻田散體加肥粒體組織(martensite+ferrite、CrNi2)，其後分別以試片形式放至於旋 轉盤上，再以水滴方式模擬穴蝕之磨損，示意如圖 2-7 所示，經過持續測定時間再 量測各種材質之重量損失率如圖2-8 所示及 HNS 於電子顯微鏡觀察下之相變化。

實驗結果顯示 HNS 材質因穴蝕磨損之重量流失率最低且相對平緩慢速很多，

而 HNS 隨著時間之相變化乃由於空泡穴蝕持續的產生，於實驗六小時時，產生塑 性變形（差排產生），但是差排密度並不很高（無網狀差排）並且有機械雙晶（變 形雙晶）的產生，其大小約10nm 如圖 2-9 所示，隨著空泡穴蝕時間再增加，於 18 小時後觀察，HNS 表面之差排及雙晶密度跟著增加並且產生較為細緻之機械雙晶，

同時有網狀差排的發現，其各階段時間之 TEM 影像如圖 2-9 所示。

表2-2 實驗各試片材質之成分組成（重量百分比 w﹪）

C Cr Mn N Ni Mo S P Fe

HNS 0.09 18.51 18.71 0.52 - - 0.005 0.025 Bal.

CrNi1 0.034 11.90 0.36 - 6.10 0.64 0.002 0.018 Bal.

CrNi1 0.050 15.00 0.45 - 5.00 0.59 0.004 0.019 Bal.

圖2-7 高氮奧斯田鐡對穴蝕磨損之實驗示意圖

圖2-9 HNS 於各階段時間之組織變化