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《哈尔滨工程大学》 2009年
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耐固体颗粒冲蚀Cr_3C_2-NiCr涂层的工艺选择及性能研究

孟祥红  
【摘要】:汽轮机由于长期在高温、高压及交变载荷环境下工作,导致汽轮机叶片的疲劳失效严重,同时由于和汽轮机相联的锅炉内壁受到高温氧化作用,脱落的氧化皮(铁的氧化物)对机组的喷嘴及叶片造成固体颗粒冲蚀,二者同时作用,使得汽轮机使用寿命缩短,维修成本上升,影响了发电机组运行的可靠性和经济性,因此开展汽轮机防护涂层、疲劳失效及冲蚀磨损的研究具有重要的理论意义和实际应用价值。 本文首先分别采用爆炸喷涂(DS)及超音速火焰喷涂(HVOF)技术制备Cr3C2-NiCr金属陶瓷涂层;然后利用光学显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)和透射电镜(TEM)及X射线衍射(XRD)方法对两种涂层(DS涂层及HVOF涂层)的显微组织及缺陷进行观察与分析,优化出该系涂层的制备工艺。利用静拉伸法、X射线应力仪及维氏压痕法分别测定涂层-基体结合强度、残余应力分布、显微硬度及压痕断裂韧性等常规力学性能;最后通过高周疲劳试验及固体颗粒冲蚀试验评定Cr3C2-NiCr涂层的应用性能。 研究表明:和HVOF涂层相比,DS涂层组织致密、原始碳化物含量高且分布均匀,片层间内粘结力强,氧化、脱碳及孔隙率低;NiCr粘结相以非晶及纳米晶存在,同时其中弥散析出纳米尺寸的Cr23C6相;DS涂层-基体结合强度63MPa,表面及涂层-基体界面分别存在23.35MPa、280MPa的压缩残余应力;DS涂层截面的显微硬度及压痕断裂韧性都明显高于HVOF涂层;疲劳试验表明,DS涂层试样的条件疲劳极限及有限疲劳寿命都明显低于基材,条件疲劳极限降低33.2%。疲劳断口分析表明:基材的疲劳裂纹源萌生于表面,涂层试样的疲劳裂纹源萌生于涂层-基体界面残留的A1203夹杂物处;冲蚀试验表明:当冲蚀角度为24°时,两种涂层(DS涂层及HVOF涂层)的抗固体颗粒冲蚀性能都优于基材,并且DS涂层具有最低的质量磨损率,是基材质量损失的1/19.60,有望在汽轮机高压第一级喷嘴及中压第一级动叶片部件上应用。同时,使用单位要注意,对于承受较大交变载荷的动叶片而言,在DS涂层制备过程中要提高涂层-基体界面的清洁度,减小疲劳裂纹在此处的萌生与扩展。
【学位授予单位】:哈尔滨工程大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2009
【分类号】:TK263.3;TG174.4

【参考文献】
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