汽轮机叶片钢超音速火焰喷涂层和等离子喷焊层性能研究
发布时间：2021-11-04 06:12
目的提高汽轮机叶片钢1Cr12Ni2W1Mo1V的抗微粒冲蚀性能和抗水蚀性能。方法利用超音速火焰喷涂技术和等离子喷焊技术在其表面分别制备了Cr3C2-NiCr75-25涂层、WC-10Co-4Cr涂层和Stellite 6合金喷焊层。借助扫描电镜（SEM）观察3种涂层水蚀凹坑的微观组织形貌,并对3种涂层的显微硬度、抗摩擦磨损性能、抗微粒冲蚀性能和抗水蚀性能进行分析。结果 3种涂层的平均显微硬度较基体均有显著提升,其中WC-10Co-4Cr涂层的平均显微硬度最高,其值为1314.6HV4.9 N。以Stellite 6合金涂层为摩擦副,Cr3C2-NiCr75-25涂层的摩擦系数为0.5～0.7,失重0.0131g,而WC-10Co-4Cr涂层的摩擦系数为0.5～0.6,失重0.0007g,显然WC-10Co-4Cr涂层的抗摩擦性能更好。抗微粒冲蚀性能试验中,最大磨痕深度由深到浅依次为:基体材料（94.658μm）、Stellite6合金层（85.932μm）、Cr3C...
【文章来源】：表面技术. 2020,49(10)北大核心EICSCD
【文章页数】：7 页
【部分图文】：
涂层横截面显微组织形貌
图2为基体材料、碳化铬涂层、碳化钨涂层和Stellite 6合金涂层的平均显微硬度。可以看出，基体材料的平均显微硬度为203.4HV4.9 N，喷焊Stellite 6合金涂层的平均显微硬度为382.38HV4.9 N；约为基体材料的1.88倍；碳化铬涂层的平均显微硬度为960.6HV4.9 N，是基体材料的4.72倍；碳化钨涂层的平均显微硬度为1314.6HV4.9 N，是基体材料的6.46倍。以上数据表明，通过在基体材料1Cr12Ni2W1Mo1V不锈钢表面制备Stellite 6合金涂层、碳化铬涂层和碳化钨涂层，均可以显著提高其硬度，主要是由于各涂层中均有大量的碳化物硬质相弥散分布，尤其是碳化钨涂层孔隙率低，同时又有大量硬质相WC颗粒弥散分布，使其硬度最高。硬度的提升也利于涂层的摩擦磨损、抗微粒冲蚀和抗水蚀能力的提升。2.2 摩擦磨损性能分析
图3是碳化铬涂层和碳化钨涂层分别与等离子喷焊Stellite 6合金涂层对磨过程中，摩擦系数随时间的变化曲线。可以看出，碳化铬涂层的摩擦系数随着摩擦时间增加而急剧增大，150 s后开始稳定在0.5～0.7。碳化钨涂层的摩擦系数先急剧增大后缓慢降低，然后逐渐在0.5～0.6上下波动。这是因为对磨试样表面不是完全平整的状态，表面凹陷部分阻碍试样的相对滑动。在实验初期，突然施加的载荷会使试样表面状态发生巨大变化，试样凹陷和凸出部分受到破坏，即存在一定时间的磨合期[22]。磨合期结束后，整个摩擦过程进入稳定期，摩擦系数稳定在一定范围内上下波动。相对而言，碳化钨涂层摩擦系数更小，具有更好的耐摩擦磨损性能。采用精度0.1 mg的分析天平称取试样件摩擦磨损试验前后的质量，每个试样称量3次，取平均值作为测试结果，见表3。从表中可以看出，碳化铬涂层在磨损试验过程中质量减少0.0131 g，碳化钨涂层质量减少0.0007 g，而喷焊Stellite 6合金层的质量不仅没有减少，反而存在不同程度的增加。这是因为在摩擦磨损过程中，由于超音速火焰喷涂碳化铬、碳化钨涂层的显微硬度要远高于喷焊Stellite 6合金层，分别是Stellite 6合金层的2.5倍和3.4倍，这使得Stellite6合金涂层在磨损过程中粘附于碳化铬、碳化钨涂层表面，形成粘着磨损。同时可以发现，碳化钨涂层的质量损失最小，主要是因为该涂层的孔隙率低，微观组织更致密，且粉末本身含有的WC硬质相使得涂层的显微硬度高[23]。
【参考文献】：
期刊论文
[1]HVAF和HVOF制备的WC-10Co-4Cr涂层性能研究[J]. 陈焕涛,谭僖,朱晖朝,张忠诚,黄健,张小锋. 材料研究与应用. 2019(03)
[2]HVOF/AC-HVAF热喷WC-10Co-4Cr涂层的耐冲蚀性能[J]. 廉影,李阳,王建民,武浩. 焊接学报. 2019(04)
[3]等离子喷焊IN625合金显微组织和力学性能分析[J]. 刘政. 电焊机. 2018(12)
[4]超音速火焰喷涂Fe基非晶合金涂层材料的摩擦磨损性能研究[J]. 高涵,魏先顺,梁丹丹,江浩然,应承希,沈军. 表面技术. 2018(02)
[5]汽轮机通流部件防固体颗粒侵蚀碳化铬涂层的研制及应用[J]. 曹晓英,李定骏,范华. 材料保护. 2018(02)
[6]TiC对铁基合金喷焊层组织与性能影响[J]. 熊中,王艳,徐强,何芹. 表面技术. 2017(08)
[7]Ni基+WC等离子喷焊涂层性能研究[J]. 曾志强,张博,王俊元,祝锡晶,贵凯. 粉末冶金工业. 2017(01)
[8]17-4PH不锈钢表面激光熔覆Stellite6涂层组织及耐水蚀性能[J]. 任超,李铸国,疏达,赵文雨,杨仁杰,王朋,叶建水. 中国激光. 2017(04)
[9]某型核电汽轮机次末级叶片失效原因分析及优化改型设计[J]. 管继伟,李宇峰,王梅英,李庆,刘长春. 汽轮机技术. 2015(06)
[10]汽轮机末级叶片进汽边表面防水蚀工艺研究[J]. 王烜烽,张铁磊,胡仁杰,毛志刚,滕树新. 热力透平. 2015(03)
硕士论文
[1]2Cr12MoV表面激光熔覆Stellite 6涂层的组织及性能研究[D]. 赵文雨.上海交通大学 2015
本文编号：3475157
【文章来源】：表面技术. 2020,49(10)北大核心EICSCD
【文章页数】：7 页
【部分图文】：
涂层横截面显微组织形貌
图2为基体材料、碳化铬涂层、碳化钨涂层和Stellite 6合金涂层的平均显微硬度。可以看出，基体材料的平均显微硬度为203.4HV4.9 N，喷焊Stellite 6合金涂层的平均显微硬度为382.38HV4.9 N；约为基体材料的1.88倍；碳化铬涂层的平均显微硬度为960.6HV4.9 N，是基体材料的4.72倍；碳化钨涂层的平均显微硬度为1314.6HV4.9 N，是基体材料的6.46倍。以上数据表明，通过在基体材料1Cr12Ni2W1Mo1V不锈钢表面制备Stellite 6合金涂层、碳化铬涂层和碳化钨涂层，均可以显著提高其硬度，主要是由于各涂层中均有大量的碳化物硬质相弥散分布，尤其是碳化钨涂层孔隙率低，同时又有大量硬质相WC颗粒弥散分布，使其硬度最高。硬度的提升也利于涂层的摩擦磨损、抗微粒冲蚀和抗水蚀能力的提升。2.2 摩擦磨损性能分析
图3是碳化铬涂层和碳化钨涂层分别与等离子喷焊Stellite 6合金涂层对磨过程中，摩擦系数随时间的变化曲线。可以看出，碳化铬涂层的摩擦系数随着摩擦时间增加而急剧增大，150 s后开始稳定在0.5～0.7。碳化钨涂层的摩擦系数先急剧增大后缓慢降低，然后逐渐在0.5～0.6上下波动。这是因为对磨试样表面不是完全平整的状态，表面凹陷部分阻碍试样的相对滑动。在实验初期，突然施加的载荷会使试样表面状态发生巨大变化，试样凹陷和凸出部分受到破坏，即存在一定时间的磨合期[22]。磨合期结束后，整个摩擦过程进入稳定期，摩擦系数稳定在一定范围内上下波动。相对而言，碳化钨涂层摩擦系数更小，具有更好的耐摩擦磨损性能。采用精度0.1 mg的分析天平称取试样件摩擦磨损试验前后的质量，每个试样称量3次，取平均值作为测试结果，见表3。从表中可以看出，碳化铬涂层在磨损试验过程中质量减少0.0131 g，碳化钨涂层质量减少0.0007 g，而喷焊Stellite 6合金层的质量不仅没有减少，反而存在不同程度的增加。这是因为在摩擦磨损过程中，由于超音速火焰喷涂碳化铬、碳化钨涂层的显微硬度要远高于喷焊Stellite 6合金层，分别是Stellite 6合金层的2.5倍和3.4倍，这使得Stellite6合金涂层在磨损过程中粘附于碳化铬、碳化钨涂层表面，形成粘着磨损。同时可以发现，碳化钨涂层的质量损失最小，主要是因为该涂层的孔隙率低，微观组织更致密，且粉末本身含有的WC硬质相使得涂层的显微硬度高[23]。
【参考文献】：
期刊论文
[1]HVAF和HVOF制备的WC-10Co-4Cr涂层性能研究[J]. 陈焕涛,谭僖,朱晖朝,张忠诚,黄健,张小锋. 材料研究与应用. 2019(03)
[2]HVOF/AC-HVAF热喷WC-10Co-4Cr涂层的耐冲蚀性能[J]. 廉影,李阳,王建民,武浩. 焊接学报. 2019(04)
[3]等离子喷焊IN625合金显微组织和力学性能分析[J]. 刘政. 电焊机. 2018(12)
[4]超音速火焰喷涂Fe基非晶合金涂层材料的摩擦磨损性能研究[J]. 高涵,魏先顺,梁丹丹,江浩然,应承希,沈军. 表面技术. 2018(02)
[5]汽轮机通流部件防固体颗粒侵蚀碳化铬涂层的研制及应用[J]. 曹晓英,李定骏,范华. 材料保护. 2018(02)
[6]TiC对铁基合金喷焊层组织与性能影响[J]. 熊中,王艳,徐强,何芹. 表面技术. 2017(08)
[7]Ni基+WC等离子喷焊涂层性能研究[J]. 曾志强,张博,王俊元,祝锡晶,贵凯. 粉末冶金工业. 2017(01)
[8]17-4PH不锈钢表面激光熔覆Stellite6涂层组织及耐水蚀性能[J]. 任超,李铸国,疏达,赵文雨,杨仁杰,王朋,叶建水. 中国激光. 2017(04)
[9]某型核电汽轮机次末级叶片失效原因分析及优化改型设计[J]. 管继伟,李宇峰,王梅英,李庆,刘长春. 汽轮机技术. 2015(06)
[10]汽轮机末级叶片进汽边表面防水蚀工艺研究[J]. 王烜烽,张铁磊,胡仁杰,毛志刚,滕树新. 热力透平. 2015(03)
硕士论文
[1]2Cr12MoV表面激光熔覆Stellite 6涂层的组织及性能研究[D]. 赵文雨.上海交通大学 2015
本文编号：3475157
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