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纳米结构WC-12Co金属陶瓷涂层制备工艺及抗汽蚀机理的研究

赵刚  
【摘要】: 水轮机是一种把水流的机械能转变为旋转机械能的动力机械,它一般是以水流为动力带动发电机工作,从而把能量远距离输送出去。水轮机的失效形式一般为主要过流部件的汽蚀造成的掉边、掉块、穿孔、开裂等,同时加之水流中的沙粒的冲蚀,从而加速水轮机叶片的磨损,进而导致出力效率降低甚至停机。在能源越来越受到重视的今天,水轮机抗汽蚀研究已受到各国科研人员的广泛关注。 本文在综合国内外关于水轮机汽蚀、纳米材料相关领域的研究文献的基础上,以汽蚀机理为依据,结合纳米材料神奇的性能优势,采用HVOF喷涂工艺,选取了100mm和200mm两种不同长度的枪管以及四种喷距制备八种纳米结构WC-Co金属陶瓷涂层,进行了涂层的微观组织结构分析和硬度测试试验,并选取其中的五种涂层进行了抗汽蚀性能试验,对涂层的抗汽蚀机理进行了探讨。 本文分五章: 第1章为引言。阐明了课题提出的背景和研究的意义,详细介绍了水轮机过流部件存在的问题,对水轮机过流部件中汽蚀破坏的机理做了大体的归纳和总结,并概述了目前国内外对该问题的解决方法及其优缺点,提出了课题研究的方向及工作内容。 第2章详细介绍了WC、Co以及WC-Co复合粉末的特性,纳米结构WC-12Co粉末和涂层的制备工艺,并考虑解决WC脱碳的问题,采用不同工艺参数制备出了涂层。 第3章采用SEM及XRD对八种涂层的显微结构及相进行了分析,并测量了涂层的显微硬度,结果显示,HVOF喷涂中枪管的长度对纳米结构WC-12Co涂层性能产生显著影响,虽然枪管的增长使涂层中WC的脱碳更为严重,但涂层的显微硬度却增高。 第4章采用超声波振动汽蚀试验机,对几种涂层的抗汽蚀性能进行了检测,结果表明:HVOF喷涂中枪管的长度对纳米结构WC-12Co涂层的抗汽蚀性能有着显著影响,随着枪管的增长,抗汽蚀性能也明显提高;同时喷涂距离对纳米结构WC-12Co涂层的抗汽蚀性能也有着一定的影响,选择合适的喷距有利于增强涂层的抗汽蚀性能。 研究表明,应用HVOF可以制备出含有纳米结构的WC-12Co金属陶瓷涂层,通过优化喷涂参数,可以有效抑制WC的氧化脱碳。采用长枪管喷涂的纳米结构WC-12Co涂层虽然脱碳比较严重,但组织结构细小,涂层致密,与采用短枪管喷涂的纳米结构WC-12Co涂层相比具有更低的孔隙率以及更高的显微硬度。选用的三种采用长枪管喷涂的涂层的抗汽蚀性能均比采用短枪管喷涂的涂层要好很多。


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