新型表面强化金属粉芯材料及涂层性能研究

发布时间：2017-09-17 07:20

  本文关键词：新型表面强化金属粉芯材料及涂层性能研究

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【摘要】：工业中常采用电弧喷涂涂层来实现对电厂燃煤锅炉管道的有效防护。然而,在当前最常用的喷涂丝材体系中,Ni基丝材因含有大量的贵重金属元素使其材料成本很高；而Fe基丝材制备的涂层在高温下抗剥落能力差,喷涂工艺复杂。因此,开发新的耐冲蚀磨损性能好、抗剥落能力强、工艺性能优良的电弧喷涂丝材具有重要的工程应用价值。本文基于节能减排和改善使用性能的目的,利用钢带分别包覆硼铁/磷铁和其它粉芯材料,设计了Fe-B系和Fe-P系两类管状粉芯丝材,拟利用该类管状粉芯丝材和高速电弧喷涂技术制备出可有效防护燃煤锅炉管道的表面强化涂层。论文对所制备涂层的组织特征、硬度规律、抗剥落能力和耐冲蚀磨损性能进行了测试与分析。研究表明：涂层表面成型良好,宏观缺陷很少。与含硼涂层相比,含磷涂层并没有明显降低孔隙率和氧化物的含量,但却使得涂层沉积过程中合金化过程更加充分。当采用不锈钢带时,涂层中形成的Fe-Cr固溶体和细小弥散分布的金属间化合物对涂层分别起到固溶强化和弥散强化的作用。Fe-P系涂层硬度(最高794.8HV0.1)低于Fe-B系涂层(最高1131.9HV0.1),但抗剥落能力却优于后者,尤其是Fe79.88P16.04C4.08涂层有良好的综合抗热震性能,其在缓冷条件下的高温热震次数可达122次。冲蚀磨损实验表明,Fe55.47B28.96Cr9.84Al3.82Ni1.91涂层有最佳的耐冲蚀磨损能力,可达基体Q235钢的6.4倍,磨损后涂层表面出现带有“唇片”的凹坑,且并伴有二次冲蚀导致的径向裂纹和细小沟槽；在Fe-P系涂层中,涂层不均匀性对涂层的耐冲蚀磨损性能影响较大,Fe79.88P16.04C4.08涂层的耐冲蚀磨损性能可达到基体的4.3倍,观察发现涂层表面出现犁削沟槽,该涂层相对前者极大降低了生产成本。利用本文所研制的两种管状粉芯丝材制备的电弧喷涂涂层在高温下具有良好的抗剥落能力和耐冲蚀磨损性能,其中Fe55.47B28.96Cr9.84Al3.82Ni1.91涂层已经成功应用于电厂燃煤锅炉管道外壁的防护,Fe79.88P16.04C4.08涂层也可进行尝试应用。
【关键词】：管状粉芯丝材 含磷涂层 抗剥落能力 耐冲蚀磨损性
【学位授予单位】：合肥工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TG174.4
【目录】：

• 致谢7-8
• 摘要8-9
• ABSTRACT9-16
• 第一章 绪论16-28
• 1.1 选题背景16-17
• 1.2 热喷涂技术研究现状17-22
• 1.2.1 电弧喷涂技术19
• 1.2.2 电弧喷涂技术的特点19-21
• 1.2.3 高速电弧喷涂技术21-22
• 1.3 管状粉芯丝材的研究现状22-24
• 1.4 燃煤锅炉管道表面涂层防护的研究现状24-25
• 1.5 存在问题25-26
• 1.6 含磷涂层的研究现状26-27
• 1.6.1 P在钢中的作用26
• 1.6.2 含P涂层的发展及应用26-27
• 1.7 课题研究目的与内容27
• 1.8 本章小结27-28
• 第二章 试验材料、方法及设备28-33
• 2.1 试验材料28
• 2.2 试验方法及设备28-32
• 2.2.1 管状粉芯丝材的拉拔成型28-29
• 2.2.2 涂层的制备29-30
• 2.2.3 金相试样的制备30
• 2.2.4 涂层截面形貌观察及化学成分的测定30
• 2.2.5 X射线衍射分析30
• 2.2.6 孔隙率的测定30
• 2.2.7 显微硬度测试30-31
• 2.2.8 热震试验31
• 2.2.9 冲蚀磨损试验31-32
• 2.3 本章小结32-33
• 第三章 金属粉芯材料的设计和涂层组织分析33-49
• 3.1 粉芯材料的设计33-37
• 3.1.1 涂层设计基本原则33
• 3.1.2 粉芯材料的设计思想33-35
• 3.1.3 管状粉芯丝材成型原理35
• 3.1.4 管状粉芯丝材特点35-36
• 3.1.5 管状粉芯丝材制备36-37
• 3.2 涂层的沉积成型37-38
• 3.3 涂层宏观形貌分析38-39
• 3.4 涂层组织分析39-47
• 3.4.1 涂层形貌及成分分析39-42
• 3.4.2 涂层物相分析42-44
• 3.4.3 涂层致密度分析44-46
• 3.4.4 涂层不均匀性分析46-47
• 3.5 本章小结47-49
• 第四章 涂层的力学性能分析与评价49-64
• 4.1 显微硬度分析49-51
• 4.2 抗热震性能分析51-57
• 4.2.1 抗热震性能及影响因素51-52
• 4.2.2 激冷条件下涂层抗热震性能分析52-54
• 4.2.3 缓冷条件下涂层抗热震性能分析54-57
• 4.3 耐冲蚀磨损性能分析57-62
• 4.4 本章小结62-64
• 第五章 结论与展望64-66
• 5.1 课题结论64-65
• 5.2 展望65-66
• 参考文献66-70
• 攻读硕士学位期间的学术活动及成果情况70

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前2条

1 周应兵;对磷在钢中作用的再认识[J];济南交通高等专科学校学报;1995年02期

2 叶福兴;刘洛夫;崔崇;;等离子喷涂制备铁基非晶合金涂层的结构及其耐腐蚀性能的研究[J];有色金属(冶炼部分);2008年S1期

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本文编号：868022