nlt2gt保护超音速电弧喷涂金属间化合物纳米复合涂层的组织结构及高温冲蚀性能

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1、摘要浙江大学博{一学位论文式分段加热高温冲蚀试验机(HTEA．04)。HTEA一04高温冲蚀试验机具有以下特点：冲蚀气流(冲蚀磨粒)速度稳定、可调；冲蚀气流温度控制准确，可在300～1loo℃范罔随意设定；增压式加料器加料速度、均匀性、流畅性好，可用丁二各种类型、粒度、比重的磨粒；试样的温度口J在200～600℃范围任意设定；利用分段加热方式，可以大大简化复杂的试样冷却系统；试样装卸方便，试验周期较短，显著提高试验效率，降低试验成本；该试验机结构简单，制造成本较低，维护方便。已申报号利。系统地利用白行研究、发计、制造的粉

2、芯丝材制造没备(CWCM05、CWDM05)，改进的超音速电弧喷涂设备(CAS一400)，研制的高温冲蚀试验设备(HTEA一04)进行无N2保护和有N2保护的工艺参数研究。首次以(56％Cr3C2+30％Cr+6％V-Fe+4％Nb．Fe+4％Mn)芯粉材料的粉芯丝材CW-T为涂层材料，通过改变喷涂速度对涂层的组织结构、孑L隙率、结合面互扩散、硬度、结合强度、内聚强度、抗氧化性和高温冲蚀性能进行研究，并通过试验对比，研究№保护的作用。选取切实可行的最佳工艺参数(雾化气压O．8MPa，喷涂熔滴速度393m／s)用于后续的材

3、料研究。己申报专利。利用粉芯丝材的特点，首次对Ti—A1金属问化合物复合材料超音速电弧喷涂层组织结构及高温冲蚀性能进行研究。所，F发的粉芯丝材抗f岛温磨蚀的性能山强到弱依次为ACWl、ACW4、ACW2、ACW3。经过喷涂工艺优化，Ti-Al系列金属问化合物复合材料可望作为优秀的抗高温冲蚀涂层材料。电弧喷涂层的结构表现为“叠层”特征，“凝片”问存在由于喷涂过程中芯粉材料和表皮材料氧化导致的氧化物。本试验中，4类喷涂层在O．15～0，18ramA1203磨粒的高温冲蚀试验条件下，表现出来的高温冲蚀磨损机理主要有脆断、疲劳剥

4、落、切削和犁耕。研究了Ti—Al及cr系金属间化合物电弧喷涂层超临界冲蚀规律。发现BCWl、BCW2涂层具有同溶体相和氧化物相栩互间隔的叠层结构特点。氧化物以F0304形式存在。800℃、150小时氧化增重试验结果表明，BCWl和BCW2涂层的抗氧化性能分别是20钢的10倍和15倍。20钢的最大冲蚀率在15。附近，而BCWl和BCW2涂层的最大冲蚀率在45。附近。不论是高冲击角还是低冲击角，BCWl、BCW2涂层的耐冲蚀性能都明显优F20钢。冲击角为45。时，BCWI和BCW2涂层的耐冲蚀性分别是20钢的3．1和3．0倍

5、。摘要浙江人学博卜学位论文研究了N2保护对TiAl3和CrsC2复合材料超音速电弧喷涂层组织结构及高温冲蚀性能的影u向。研究发现，在N2保护下的电弧喷涂层比无保护时的涂层更为致密和均匀，氧化夹杂物明显减少，硬度显著提高。本实验条件下，凝片与凝片的分离，以及凝片的断裂、掀起和剥落是产生冲蚀磨损的主要原因。而氧化夹杂物明显降低凝片与凝片间的结合力，从而降低涂层抗高温冲蚀性能。氮气保护的CCWl、CCW2、CCW3电弧喷涂层的平均体积冲蚀率比兀氮气保护的分别降低33倍、2．3倍和1．0倍。研究了时效对含纳米复合材料超音速电弧喷

6、涂层组织结构及高温冲蚀性能的影响。采用含纳米粉复合粉芯丝材进行电弧喷涂时，丝材的表皮材料和芯粉材料能相互熔解和融合形成较均匀的吲溶体。研究发现：时效处理使涂层中各组成相晶格缺陷减少，应力消除，结晶度提高，同时亚稳相分解，孔洞等缺陷减少，从向显著提高涂层硬度，并使涂层中硬度分行更均匀。时效处理未明显提高DCW3涂层的抗高温冲蚀性能，但显著提高含纳米组分的DCWl、DCW2涂层的耐高温冲蚀性能，提高幅度分别为20％和29％。首次研究了N：保护对含纳米复合材料超音速电弧喷涂层组织结构及高温冲蚀性能的影响。№保护提高涂层的致密性

7、和均匀性，组织的连续性得到明显改善，涂层中氧化物显著减少。N。保护使更多的合金元素熔入Fe巾形成Fe基固溶体。透射电镜分析表明，纳米陶瓷相在基体寿H中呈较均匀的弥散分布状念。涂层中的氧化物是影响冲蚀抗力的主要因素之‘。N。保护的涂层受磨粒冲蚀时，不会出现明显的层状形式流失，所以冲蚀率显著降低。ECWl、ECW2、ECW3的氮气保护下涂层平均体积冲蚀率比无氮气保护的分别降低3．4、6．4和6．5倍。氮气保护显著减少纳米组分的烧损，改善纳米陶瓷相与基体相的结合，更充分发挥纳米组分对涂层的弥散强化作用。已获得发明专利(发明专利

8、号：ZL200410017882．9)。关键词：燃煤锅炉管道，高温冲蚀磨损，超音速电弧喷涂，粉芯丝材，N2保护组织结构，孔隙率，硬度，结合强度，内聚力，抗氧化性，叠层，凝片，Ti—A系合余，cr3c2复合材料，纳米复合涂层lI浙江人学博l二学位论文AbstractSupersonicarcspraytechnolog