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时间:2019-03-14
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1、工程硕士学位论文水轮机叶片耐磨蚀梯度涂层制备技术研究RESEARCHONTHEPREPARATIONTECHNOLOGYOFABRASIONGRADIENTCOATINGFORTURBINEBLADE胡海龙哈尔滨工业大学2015年7月国内图书分类号:TG453.9学校代码:10213国际图书分类号:621.791密级:公开硕士学位论文工程硕士水轮机叶片耐磨蚀梯度涂层制备技术研究硕士研究生:胡海龙导师:何鹏教授申请学位:工程硕士学科:材料加工工程所在单位:青岛尤尼科技有限公司答辩日期:2015年7月授予学位单位:哈尔滨工业大学ClassifiedIndex:TG453.9
2、U.D.C:621.791DissertationfortheMasterDegreeinEngineeringRESEARCHONTHEPREPARATIONTECHNOLOGYOFABRASIONGRADIENTCOATINGFORTURBINEBLADECandidate:HuHailongSupervisor:Prof.HePengAcademicDegreeAppliedfor:MasterofEngineeringSpeciality:MaterialsProcessingEngineeringAffiliation:SchoolofMaterialsSci
3、enceandEngineeringDateofDefence:July,2015Degree-Conferring-Institution:HarbinInstituteofTechnology哈尔滨工业大学工程硕士学位论文摘要为了克服水轮机叶片在工作时,汽蚀、冲蚀磨损破坏导致的水轮机效率降低、出力减少、使用寿命缩短、更换和检修频繁等问题,本文采用等离子喷涂方法在45钢表面制备梯度涂层。采用扫描电镜、X射线衍射仪、X射线荧光光谱仪和能谱装置对梯度涂层的微观组织、成分及相组成进行分析,采用电子万能试验机对梯度涂层的结合强度进行测试,采用维氏硬度仪对梯度涂层的显微硬度进行
4、测量,并利用气流喷砂式冲蚀方法对梯度涂层的抗冲蚀性能进行测试。本文所设计的最佳梯度涂层结构为:基体-Ni/Al打底层-(2:1)混合粉涂层-(1:1)混合粉涂层-(1:2)混合粉涂层-Al2O3复合层,其中,2:1、1:1和1:2是指Ni/Al粉与Al2O3复合粉的质量比,混合粉采用球磨混合效果优于手动搅拌混合。Ni/Al打底层的主要组成相为Ni3Al,还有少量的Al2O3和Ni-O的化合物;Al2O3复合层是由许多扁平状组织叠加堆积而成,涂层的主要组成相为Al2O3和TiO2,还有少量的Ti3O5;过渡涂层的主要组成相为Ni3Al,Al2O3,TiO2和Al2TiO5
5、。手动搅拌混合粉末制成过渡层,组织及成分分布都很不均匀,分层现象非常明显,而采用球磨混合时,成分分布比较均匀,涂层中各个相呈相间交错分布,梯度涂层的组织表现出微观连续性的分布特征,涂层在整体上实现了平稳过渡。涂层内部孔隙比较细小,各个涂层之间均结合良好,形成类似“机械咬合”的连接。梯度涂层的性能测试结果表明:在Ni/Al打底层与Al2O3复合层中间制备三层过渡涂层(采用球磨混合粉末)时,获得梯度涂层的结合强度最高,达到36.80MPa,显著高于不含过渡涂层试样的结合强度(21.67MPa);对梯度涂层试样进行显微硬度测试得出,Ni/Al打底层的显微硬度最低,随着梯度涂层
6、中Al2O3复合粉加入量的增加,显微硬度逐渐升高,Al2O3复合层的硬度值最高,涂层显微硬度呈现梯度变化。梯度涂层的抗冲蚀性能明显优于45钢基体。当冲蚀角度为90°时,梯度涂层的冲蚀磨损率达到最大,表现出脆性材料的冲蚀特性,失重主要由微切削和磨削造成,大角度冲蚀时,表面还有冲击坑和片状碎屑;当冲蚀角度为30°时,45钢基体的冲蚀磨损率达到最大,为典型塑形材料的冲蚀特性,失重主要由犁削和微切削造成。本文研制的梯度涂层成功应用于水轮机叶片,抗磨蚀性能均满足使用要求,运行1年后,涂层无大面积脱落,使用寿命高于0Cr13Ni5Mo水轮机叶片。关键词:等离子喷涂;梯度涂层;组织结
7、构;结合强度;耐冲蚀性能-I-哈尔滨工业大学工程硕士学位论文AbstractInordertoovercometheproblemsofturbineefficiencydecrease,outputreduction,shorteninglifespan,frequencyreplacementandmaintenance,whichwasreducedbycavitationanderosiondamageofturbinebladeatwork.Plasmasprayingtechnologywasusedtomakegradien
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