超音速火焰喷涂金属碳化钨涂层的抗汽蚀与抗冲蚀性能研究

发布时间：2017-04-15 07:05

  本文关键词：超音速火焰喷涂金属碳化钨涂层的抗汽蚀与抗冲蚀性能研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：在水力机械中,汽蚀破坏和冲蚀磨损非常普遍与严重,在能源越来越受到重视的今天,水轮机抗汽蚀和抗冲蚀研究已受到各国科研人员的广泛关注。为了提高材料的抗汽蚀与抗冲蚀性能,为水轮机零件表面防护提供参考。本文采用超音速火焰喷涂(HVOF与HVAF)制备WC-10Co4Cr涂层,对涂层的组织结构、机械性能、抗汽蚀与抗冲蚀性能等方面进行系统的研究,通过分析涂层的微观组织及物理性能,研究涂层的汽蚀破坏机理与冲蚀机理,得出以下结论:采用HVAF喷涂工艺制备的WC-10Co4Cr涂层(AK涂层)与采用HVOF喷涂工艺制备的WC-10Co4Cr涂层(DJ涂层)的抗汽蚀性能均优于基体ASTM316不锈钢,其中,AK涂层耐汽蚀寿命比基体提高了近2倍,DJ涂层稍优于基体;这是因为涂层具有比基体更高的硬度,而且HVAF喷涂工艺喷涂涂层具有更低的孔隙率和更高的硬度、开裂韧性。超音速火焰喷涂工艺制备的WC-10Co4Cr涂层的抗冲蚀性能远远好于基体材料ASTM316不锈钢,比基体耐冲蚀寿命延长4倍以上。在实验室的超声汽蚀实验条件下,采用环氧树脂对WC-10Co4Cr涂层封孔,对提高涂层抗汽蚀性能有一定作用,但效果不明显,因为封孔并不能改变涂层的结构与其它性能。基体材料ASTM316不锈钢汽蚀机理为由于循环冲击载荷导致疲劳裂纹的产生及扩展,导致大量的颗粒不断从表面脱落和进一步的材料疲劳,裂纹扩展有穿晶和沿晶两种形式。WC-10Co4Cr涂层的汽蚀机理为疲劳裂纹在孔隙和Co-Cr粘结相的薄弱环节处形成与扩展,造成涂层材料的成块状剥落。两种WC-10Co4Cr涂层经冲蚀一定时间后,表面粗糙度先减小,然后处于一个稳定状态。WC-10Co4Cr涂层与基体ASTM316不锈钢材料在低攻角下的冲蚀机理为微切削与微犁削,WC-10Co4Cr涂层在高攻角下的冲蚀机理为微切削和微犁削Co-Cr软基体相并伴随有WC颗粒的破碎,并表现出疲劳剥落的特征;综上所述,可以得出,由于HVAF喷涂工艺以空气替代氧气作为助燃剂,喷涂火焰温度较低,不容易造成WC粒子的分解,减少了脱碳,相应涂层的抗汽蚀性能与抗冲蚀性能均优于HVOF喷涂系统(DJ2700)制备的涂层,且涂层的性能均优于基体材料,这显示出HVAF喷涂WC-10Co4Cr涂层在水轮机防护领域具有巨大的潜在运用价值。
【关键词】：超音速火焰喷涂 抗汽蚀性能 抗冲蚀性能 WC-10Co4Cr涂层
【学位授予单位】：湖南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TG174.4;TK730
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-11
• 第1章 绪论11-23
• 1.1 引言11
• 1.2 汽蚀研究现状11-16
• 1.2.1 汽蚀现象11-12
• 1.2.2 汽蚀过程中的材料损失12-13
• 1.2.3 汽蚀机理13-15
• 1.2.4 汽蚀实验设备15-16
• 1.3 冲蚀磨损机理研究现状16-17
• 1.3.1 冲蚀机理分类16-17
• 1.3.2 影响材料冲蚀磨损行为的主要因素17
• 1.4 水轮机汽蚀和冲蚀防护措施17-18
• 1.4.1 水轮机汽蚀防护措施17-18
• 1.4.2 水轮机的冲蚀防护措施18
• 1.5 表面技术及热喷涂18-19
• 1.5.1 表面技术及热喷涂简介18-19
• 1.5.2 热喷涂技术的原理19
• 1.6 超音速火焰喷涂技术喷涂WC/Co涂层简介19-21
• 1.6.1 超音速火焰喷涂的发展19-20
• 1.6.2 超音速火焰喷涂工作原理20-21
• 1.6.3 超音速火焰喷涂的主要特点21
• 1.7 本文研究的意义与内容21-23
• 第2章 实验材料及方法23-32
• 2.1 引言23
• 2.2 实验材料23-24
• 2.2.1 基体材料23
• 2.2.2 喷涂粉末材料23-24
• 2.3 试样的制备与检测24-26
• 2.3.1 涂层制备24-25
• 2.3.2 喷涂基体试样加工及预处理25-26
• 2.4 涂层组织性能测试26-29
• 2.4.1 涂层相结构检测26
• 2.4.2 涂层显微组织观察26-27
• 2.4.3 涂层硬度测试27
• 2.4.4 涂层开裂韧性计算27
• 2.4.5 涂层结合强度测试27-29
• 2.5 汽蚀试样的制备及检测29-30
• 2.6 冲蚀试样的制备及检测30-32
• 第3章 WC-10Co4Cr涂层组织性能研究32-40
• 3.1 引言32
• 3.2 涂层的相结构32-35
• 3.3 涂层显微组织结构35-36
• 3.4 涂层的孔隙率36-37
• 3.5 涂层的显微硬度37
• 3.6 涂层的开裂韧性37-38
• 3.7 涂层与基体的结合强度38-39
• 3.8 本章小结39-40
• 第4章 WC-10Co4Cr涂层的抗汽蚀性能研究40-58
• 4.1 引言40
• 4.2 不同喷枪喷涂涂层的汽蚀性能研究40-50
• 4.2.1 涂层实验失重结果40-41
• 4.2.2 涂层的失重分析与讨论41-43
• 4.2.3 汽蚀形貌特征分析43-50
• 4.3 封孔与未封孔对涂层汽蚀性能的影响50-55
• 4.3.1 汽蚀实验结果50-51
• 4.3.2 分析与讨论51-52
• 4.3.3 汽蚀形貌特征分析52-54
• 4.3.4 综合分析与讨论54-55
• 4.4 汽蚀机理探讨55-57
• 4.4.1 基体ASTM316不锈钢的汽蚀机理55-56
• 4.4.2 WC-10Co4Cr涂层的汽蚀机理56-57
• 4.5 本章小结57-58
• 第5章 WC-10Co4Cr涂层的抗冲蚀性能研究58-64
• 5.1 引言58
• 5.2 WC-10Co4Cr涂层冲蚀实验研究58-63
• 5.2.1 实验结果与分析58-60
• 5.2.2 样品冲蚀后的表面形貌与冲蚀机制60-63
• 5.3 本章小结63-64
• 结论与展望64-65
• 参考文献65-70
• 致谢70-71
• 附录A 攻读硕士学位期间所发表的学术论文71

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本文编号：307856