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电弧喷涂粉芯丝材及其涂层的磨损特性研究

贺定勇  
【摘要】:本研究设计了几种耐磨粒磨损和抗高温冲蚀磨损的涂层体系。采用低碳钢 带、镍带包覆一定粒度的合金粉、Cr3C2陶瓷粉获得用于电弧喷涂的粉芯丝材。 测试了喷涂层的结合强度、硬度以及抗热震性能。通过扫描电子显微镜(SEM)、 X-射线衍射仪(XRD)、能谱仪(EDS)等分析手段研究了喷涂层的微观结构,并研 究了稀土元素对FeNiBCrSi系涂层的抗磨粒磨损性能的影响,以及MC系和镍基 喷涂层的高温冲蚀磨损特性及机理,对喷涂层在温度为650℃的热腐蚀行为进行 了研究,为研制的几种热喷粉芯丝材的工业应用奠定了理论基础。本研究获得的 主要成果如下: 采用含自熔合金的成分,设计了FeNiBCrSi涂层体系,并添加了一定量的稀 土元素。结果表明:涂层的结合强度较高(大于57MPa),稀土对提高涂层结合强 度的作用不明显。稀土能提高涂层的硬度,稀土添加量对提高涂层硬度的最佳范 围约为0. 5%~1. 0%。稀土能提高涂层的耐磨性,稀土对耐磨性的提高与稀土的含 量不是线性关系,稀土含量大于0. 7%后,耐磨性稍有下降之后趋于稳定。添加 稀土提高涂层耐磨性的机理是稀土提高了涂层的塑性和硬度,增强了硬质相与基 体之间的结合强度,并且对硬质相形成元素硼进行了有效保护,极大地提高了硼 的过渡系数,进而改善了涂层抗磨损性能。含稀土的涂层在磨粒磨损过程中磨损 机理为多次塑性变形导致断裂。此外,还发现了涂层磨损后其硬度都有所提高, 其中稀土含量大于0. 7%的涂层硬度提高幅度较大。热处理对不含稀土涂层的显 微硬度有影响,在650℃以下时,随着热处理温度的提高,显微硬度有所提高。 而对含稀土的涂层影响不大。综合涂层的抗磨粒磨损性能、抗热腐蚀性能及抗热 震性能,得出含稀土元素为1. 5%的B15配方综合性能最佳。 研究了用于抗高温冲蚀磨损和热腐蚀的MC系(Fe/Cr3C2) 金属陶瓷电弧喷涂 防护涂层。通过系统研究电弧喷涂MC系(Fe/Cr3C2) 涂层的高温冲蚀性能,探讨 金属陶瓷涂层组织结构对其高温冲蚀性能的影响。获得了结合强度较高 (60MPa)、显微硬度高、抗热震性能及抗高温冲蚀磨损性能好的MC2防护涂 层。MC系涂层的高温冲蚀磨损行为以塑性冲蚀磨损为主。 通过用纯镍带包覆预制的Cr-B-Si粉以及Cr、Cr3C2、 少量B-Fe粉获得两种 北京工业大学工学博士学位论文 口翅里旦里典旦旦里旦旦旦旦里旦旦旦里旦旦旦里鱼旦旦旦里旦旦鱼里旦鱼夕鱼鱼鱼鱼鱼鱼鱼旦鱼鱼鱼旦鱼鱼~一一..鱼旦里 新型热喷涂粉芯丝材。研究了电弧喷涂镍基粉芯丝材及市售PS45高镍铬合金实 心丝材喷涂层的结合强度、显微组织、相组成、显微硬度、热震性能和高温冲蚀 磨损行为。结果表明:涂层具有较高的结合强度、硬度和良好的抗热震性能。在 不同温度下,磨粒量对同种涂层会有不同的影响,650℃时NICrBSi、Ni/Cr3CZ 涂层的抗冲蚀磨损性较好;750℃时Ni/Cr3C:涂层的抗冲蚀磨损性较好。镍基涂 层的冲蚀率在600攻角时出现峰值。 研究了涂层在650℃时的热腐蚀性能,研究涂层组织与热腐蚀性能之间的关 系,并探讨涂层的热腐蚀机理。在FeNIBCrsi涂层中,稀土能抑止氧化膜的增长 速度,能增强氧化膜的粘着力。MC系涂层的抗高温热腐蚀性能较好。镍基涂层 涂盐条件下涂层没有发生热腐蚀反应,仍以氧化反应为主,具有较好的抗热腐蚀 性能。 通过对某电厂锅炉水冷壁爆管后送检炉管的分析测试,表明该炉管的减薄不 以腐蚀为主,而可能是冲蚀磨损为主并伴有部分腐蚀或高温氧化所致。所研制的 几种电弧喷涂粉芯丝材,在某些燃煤电站锅炉“四管”上得到成功应用,证明了 其喷涂层能对锅炉管道起到较好的防护作用。


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