摘 要：1Cr13 马氏体不锈钢具有良好的抗气蚀、抗磨损、抗疲劳和大截面机械性能，优良的抗裂纹扩展和断裂韧性，良好的铸造性能、焊接性能和加工性能，是汽轮机叶片典型用材。但在严酷的海洋腐蚀环境中服役时，其耐蚀性相对较差，难以满足海洋环境的耐腐蚀性要求。
Ti 具有优越的抗腐蚀性能，作为防腐涂层具有广阔的应用前景，在不锈钢表面制备一层 Ti 金属涂层可以大大改善不锈钢在海洋环境中的耐腐蚀性能。Ti 的活性较高，用传统的热喷涂方法制备 Ti 涂层存在 Ti 的高温氧化问题，而涂层中的氧化物不仅增加涂层的脆性，而且降低 Ti 涂层的防腐性能，因此，在热喷涂制备 Ti 涂层时，一般需要真空或惰性气体保护，这样就增加了制备工艺的复杂程度。
冷喷涂是近年来发展起来的一种新型喷涂工艺，粒子在温度远低于喷涂材料熔点的固态下以较高的速度（300～1000m/s）撞击基体，通过发生塑性变形而沉积形成涂层。在粒子沉积过程中，由于温度低，喷涂材料的组织结构几乎不发生变化，也不发生明显的氧化，因此，可以用来制备冷喷涂 Ti 涂层。但 Ti 涂层组织致密性较差，这表明影响涂层组织及性能的工艺因素还有待阐明。本文以冷喷涂过程中的载气温度、载气种类、工作压力三个因素为变量，在 1Cr13 不锈钢基体上制备了 6 种不同致密度的冷喷涂 Ti 涂层，研究了不同工艺条件对冷喷涂 Ti涂层组织结构及耐蚀性能的影响，从而达到优化制备参数的目的。
经环境扫描电镜（ESEM）及其附带的能谱（EDX）分析表明，随着制备过程中载气温度的提高，冷喷涂 Ti 涂层的致密度提高，但涂层中的含氧量也相应提高；制备过程中采用的工作压力越高，涂层的致密度越高；采用空气制备的冷喷涂 Ti 涂层，其致密度与采用氮气制备的差别不大，但含氧量较大。经 XRD 分析，涂层中未发现氧化物相的峰。显微硬度及拉伸试验证明，冷喷涂 Ti 涂层的机械物理性能也与制备过程的工艺参数有关；随着制备过程中载气温度和载气压力的提高，涂层的硬度以及涂层与基体之间的结合强度均增大；采用高压空气制备的冷喷涂 Ti 涂层相对于采用氮气制备的涂层硬度较大，但其与基体之间的结合强度较小。
测量冷喷涂 Ti 涂层的动电位极化曲线，结合涂层组织结构特征，发现涂层的耐蚀性与涂层的致密度和含氧量有关，涂层的致密度越高，含氧量越低，涂层的耐蚀性越好；对涂层抛光处理，消除其粗糙表面，能大大提高涂层的耐蚀性。研究涂层与基体不锈钢的电偶腐蚀行为，发现无论从热力学角度还是从动力学角度来讲，冷喷涂 Ti 涂层与 1Cr13 不锈钢的电偶腐蚀倾向都较小，说明一旦涂层出现局部破损，不会有加速基体的腐蚀现象发生，甚至会出现小阴极（基体）大阳极（涂层）的情况，而使基体受到保护。盐雾试验表明，表面制备了冷喷涂Ti 涂层的 1Cr13 不锈钢在中性盐雾环境中 60 天无红锈渗出，不锈钢基体得到了有效的保护。
为了进一步提高涂层的致密度，提高其耐海洋环境腐蚀性能，利用 Al2O3颗粒，控制冷喷涂工艺参数，在 Al2O3颗粒不沉积的情况下对制备的冷喷涂 Ti 涂层表面进行冷喷致密化处理，扫描电镜研究表明，经冷喷致密化处理后涂层致密度大大提高，越接近表面，效果越明显；XRD 测试结合谢勒公式分析表明，涂层表层的晶粒尺寸达到纳米级；涂层的硬度相对于冷喷致密化处理前有上升趋势；动电位极化试验表明，冷喷处理后涂层的腐蚀电流密度大大降低，耐蚀性能明显提高。这种方法可以作为一种涂层表面后处理及纳米化的手段。
关键词：冷喷涂；1Cr13 不锈钢；Ti 涂层；微观组织；腐蚀行为；致密化
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