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汽轮机轴瓦激光熔覆Sn/Ni涂层的组织及力学性能研究

许桐舟  
【摘要】:锡基巴氏合金具有较好的耐磨性、减摩性、镶嵌性、顺应性等特点,被广泛应用于汽轮机轴承轴瓦等油膜轴承中。在汽轮机启停过程中,汽轮机主轴会破坏主轴与轴瓦间建立的油膜,导致主轴与轴瓦间发生磨损,导致轴瓦发生磨损,甚至脱落。根据这一问题,利用激光熔覆技术在45号钢、Q235钢基材表面制备锡基巴氏合金熔覆层,并通过镍基过渡层增加锡基巴氏合金与轴瓦之间的连接性,以避免传统工艺制备锡基轴瓦产生磨损、脱落等危害,在火电装备制造行业中具有广泛前景。利用激光熔覆技术在45号钢表面制备锡基巴氏合金熔覆层,熔覆层物相组成为硬质点颗粒Sn Sb相、减摩相Cu_5Sn_6以及软基体相α-Sn。通过对熔覆层的硬度及摩擦磨损性能实验发现,熔覆层硬度要明显高于铸造锡基巴氏合金,摩擦性能也要好于铸造锡基巴氏合金,熔覆层的磨损机理主要为表面疲劳磨损和磨粒磨损,并伴有犁沟。在45号钢基材与锡基巴氏合金熔覆层之间熔覆一层镍基合金作为过渡层,增加熔覆层与基材的结合强度。研究表明,镍基过渡层向锡基熔覆层处扩散,镍元素与锡基合金中的锡、锑、铜结合生成了较为复杂的Ni_xSn_y相,并且抑制了脆性相Cu_5Sn_6的生成,Ni_xSn_y这类物质提高了熔覆层与基材的结合强度,并提升了熔覆层的显微硬度,同时也增强了锡基巴氏合金熔覆层的耐磨损性能,熔覆层的磨损机理主要表现为表面疲劳磨损,并伴有点蚀。通过与现阶段应用于汽轮机轴瓦的铸造锡基巴氏合金进行硬度及摩擦学性能方面的比较比较,两种通过激光熔覆技术制备的熔覆层硬度约为铸造锡基巴氏合金的两倍左右,摩擦系数也小于铸造锡基巴氏合金,磨痕宽度是铸造锡基巴氏合金的一半左右,两种熔覆层均有较好的应用前景。通过对激光功率的调控,分别利用800W、1000W、1200W激光功率在Q235钢板上制备了三种锡基巴氏合金熔覆层。激光功率的改变并没有改变熔覆层的物相组成,但改变了熔覆层中硬质点颗粒Sn Sb相的尺寸,三种熔覆层的平均摩擦系数分别为0.592、0.257、0.526。其中利用1000W激光功率制备的熔覆层Sn Sb相晶粒尺寸较小且分布均匀,这使熔覆层摩擦系数较小的主要原因。在磨损机理方面,三种熔覆层的磨损均产生了点蚀,前者磨损机理主要为粘着磨损,并伴有氧化,后两者均为磨粒磨损,磨损面均产生了犁沟。


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