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热喷涂Cr3C2-NiCr涂层耐固体粒子冲蚀磨损性能研究

2020-12-14阅读(891)

热喷涂Cr3C2-NiCr涂层耐固体粒子冲蚀磨损性能研究

论文摘要

汽轮机的通流部件存在着严重的固体粒子冲蚀磨损现象,而且随着机组效率的提高,冲蚀现象加剧。为了保护通流部件,国外普遍采用热喷涂的方法进行通流部件的表面防护。本文选用汽轮机的通流部件常用的Cr3C2-NiCr热喷涂涂层作为研究对象,研究了不同的制备工艺和粉粒尺寸对涂层组织、性能的影响。通过对不同涂层固体粒子冲蚀磨损机制的研究找出了抗磨性能与涂层组织和力学性能之间的联系,为将来制备更好的耐固体粒子冲蚀磨损涂层提供了理论依据。本文分别选用爆炸DS和超音速HVOF喷涂技术,采用Sulzer-Metco Diamalloy3007粉、自制亚微米粉和H.C.Starck粉分别制备了爆炸Diamalloy3007涂层D1、超音速Diamalloy3007涂层H1、超音速自制粉涂层S2和超音速H.C.Starck粉涂层N3。借助于光学显微镜（OM）、扫描电镜（SEM/BSE）和X射线衍射（XRD）等分析手段对涂层的显微组织及缺陷进行观察与分析,通过系列实验研究了涂层的孔隙率、表观碳化物含量、溶解碳化物含量、硬度和断裂韧性,并研究了涂层组织与力学性能的关系。通过模拟汽轮机叶删实际工况环境下的固体粒子冲蚀磨损实验,研究了D1和H1涂层在600℃和620℃冲蚀温度、210和420m/s冲蚀速度、18°和90°冲蚀角度下的冲蚀磨损机制,得出了影响涂层冲蚀磨损性能的因素。分析结果表明：在制备Cr3C2-NiCr涂层上,DS工艺要优于HVOF工艺。D1和N3涂层的性能相差不大,要优于H1和S2涂层。涂层的硬度和断裂韧性与结构之间表现出：随着孔隙率的增加,硬度和断裂韧性降低；随着表观碳化物含量的增加,硬度增加而断裂韧性降低；随着溶解碳化物含量的增加,硬度和断裂韧性同时降低的趋势。冲蚀磨损试验结果表明：涂层的质量磨损率具有随着冲蚀角度（或冲蚀速度）的增加而增加,随着冲蚀温度的增加而降低的变化规律。D1和H1涂层呈现出典型的脆性材料磨损特征。冲蚀机制的分析表明：18°冲蚀机制以微观切削、微观犁削为主,伴随着碳化物拔出和少量的块状剥落,而且420m/s冲蚀条件下的块状剥落更严重一些。90°冲蚀机制包括块状剥落,粘结相的塑性变形和碳化物的挤出,420m/s冲蚀的粘结相还表现出了脆性断裂的特点,块状剥落是质量磨损率升高的主因。最终评定出优良耐磨损涂层的结构特点：在相同的缺陷条件下,当涂层的表观碳化物含量相同时,则碳化物尺寸越小,耐磨性越好；表观碳化物含量越高,尺寸越细小,耐磨性越好；随着涂层中溶解碳化物的增多,涂层的耐磨性降低。当表观碳化物含量、溶解碳化物含量和碳化物尺寸均相同时,涂层的缺陷（如：孔隙、裂纹、氧化物含量）越多,耐磨性越差。此外,涂层的内聚强度越高,涂层的耐磨性越好。

论文目录

  • 摘要
  • ABSTRACT
  • 第1章 绪论
  • 1.1 引言
  • 1.2 热喷涂技术研究现状
  • 1.2.1 热喷涂技术原理
  • 1.2.2 热喷涂技术分类及特点
  • 1.2.3 热喷涂技术的应用
  • 3C2-NiCr涂层的研究现状'>1.3 Cr3C2-NiCr涂层的研究现状
  • 3C2-NiCr涂层的简介'>1.3.1 Cr3C2-NiCr涂层的简介
  • 3C2-NiCr涂层的组织结构分析现状'>1.3.2 Cr3C2-NiCr涂层的组织结构分析现状
  • 3C2-NiCr涂层硬度的因素简介'>1.3.3 影响Cr3C2-NiCr涂层硬度的因素简介
  • 3C2-NiCr涂层断裂韧性的因素简介'>1.3.4 影响Cr3C2-NiCr涂层断裂韧性的因素简介
  • 1.4 金属陶瓷涂层的耐磨性研究现状
  • 1.4.1 金属陶瓷涂层的冲蚀磨损机制研究现状
  • 1.4.2 金属陶瓷涂层耐磨损性能影响因素简介
  • 1.5 课题研究的目的及意义
  • 第2章 试验材料、方法及设备
  • 2.1 试验材料
  • 2.1.1 基体材料
  • 2.1.2 喷涂材料
  • 2.2 喷涂设备及参数
  • 2.3 涂层的组织结构分析
  • 2.4 涂层的性能表征
  • 2.4.1 涂层厚度的测量
  • 2.4.2 涂层表观碳化物尺寸的测量
  • 2.4.3 涂层孔隙率和表观碳化物含量的测量
  • 2.4.4 涂层溶解碳化物含量的测量
  • 2.4.5 涂层硬度的测量
  • 2.4.6 涂层断裂韧性的测量
  • 2.4.7 涂层固体粒子冲蚀磨损实验
  • 2.5 本章小结
  • 3C2-NiCr涂层组织、结构及性能分析'>第3章 Cr3C2-NiCr涂层组织、结构及性能分析
  • 3.1 涂层的显微组织特点
  • 3.1.1 涂层的X射线衍射分析
  • 3.1.2 涂层的SEM分析
  • 3.2 涂层性能的表征
  • 3.2.1 涂层的厚度
  • 3.2.2 涂层的孔隙率
  • 3.2.3 涂层的表观碳化物含量
  • 3.2.4 涂层的溶解碳化物含量
  • 3.3 涂层硬度影响因素分析
  • 3.3.1 涂层的硬度
  • 3.3.2 孔隙率（包括孔隙和微裂纹）对涂层硬度的影响
  • 3.3.3 表观碳化物含量对涂层硬度的影响
  • 3.3.4 溶解的碳化物含量对涂层硬度的影响
  • 3.4 涂层的断裂韧性影响因素分析
  • 3.4.1 涂层的断裂韧性
  • 3.4.2 孔隙率对断裂韧性的影响
  • 3.4.3 表观碳化物含量对断裂韧性的影响
  • 3.4.4 溶解的碳化物含量对断裂韧性的影响
  • 3.5 本章小结
  • 3C2-NiCr涂层冲蚀磨损性能分析'>第4章 Cr3C2-NiCr涂层冲蚀磨损性能分析
  • 4.1 涂层冲蚀磨损结果分析
  • 4.2 涂层冲蚀磨损机制分析
  • 4.2.1 210m/s冲蚀速度下涂层的冲蚀磨损机制
  • 4.2.2 420m/s冲蚀速度下涂层的冲蚀磨损机制
  • 4.2.3 冲蚀孔洞的形成机制
  • 4.3 本章小结
  • 第5章 涂层冲蚀磨损性能预测与验证
  • 5.1 冲蚀磨损机制与硬度、断裂韧性之间的关系分析
  • 5.2 涂层冲蚀磨损性能的预测
  • 5.3 冲蚀性能预测的验证
  • 5.4 本章小结
  • 结论
  • 参考文献
  • 攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果
  • 致谢
  • 附录A
  • 附录B
  • 附录C

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