超长时间热处理后镍-石墨封严涂层力学性能演变特性分析

预测超长服役时间后镍-石墨封严涂层的可靠性对合理维护涂层和提升航空发动机工作效率具有重要意义。首先采用热喷涂技术制备了镍-石墨涂层样品,研究了在200℃、300℃和400℃下分别热处理400 h、800 h、1 200 h、1 600 h、2 000 h后镍-石墨涂层的微观结构及力学性能演变。研究表明:热处理时间及温度对涂层的性能有很大的影响。随着热处理时间的延长,涂层的硬度呈现先增大后减小的趋势。在400℃热处理2 000 h后,涂层的表面和截面硬度达到最小值,分别为0.46 GPa和0.63 GPa。涂层的内聚强度随热处理时间的延长先降低后略有增加再降低,400℃下热处理2 000 h后达到最小值0.43 MPa。镍和石墨发生氧化、晶粒生长、残余应力释放是导致在热处理过程中镍-石墨涂层力学性能发生变化的主要原因。

不同方法制备K403镍基高温合金渗铝层的氧化行为研究

目的研究采用包埋渗(PCA)、料浆渗(SA)和化学气相沉积(CVD)3种方法,在Ni基高温合金K403上制备渗Al涂层的成分和结构差异及其对氧化行为的影响,为采用相关方法制备高性能渗Al涂层提供理论和实验指导。方法在K403上,采用3种方法在950℃下扩散渗Al,通过带能谱仪(EDS)的扫描电镜(SEM)、X射线衍射(XRD)和热重分析仪(TGA)分析不同方法制备的渗Al涂层的成分变化情况,以及对Al_(2)O_(3)生长机制的影响。结果采用SA、PCA、CVD3种方法扩散渗Al,均获得了β-NiAl涂层,其中来自K403合金基体元素(尤其是Ti)的掺杂情况各不相同,掺杂浓度按照涂层制备方法排列顺序为SA>CVD>PCA。在1000℃空气中恒温氧化,结果表明,CVD渗Al涂层的氧化速度最慢,PCA最快,SA居中。这是由于Ti的掺杂水平不同,导致涂层的氧化行为,尤其是亚稳态θ-Al_(2)O_(3)向稳态α-Al_(2)O_(3)的转变过程发生了变化。在氧化时,PCA渗Al涂层快速生长θ-Al_(2)O_(3)膜,适量Ti的掺杂致使CVD渗层α-Al_(2)O_(3)膜快速形成。虽然SA渗Al涂层在多数地方生长α-Al_(2)O_(3)膜,但过量Ti掺杂导致渗层析出较多大尺寸富Ti相,快速外氧化和内氧化使得涂层的总氧化速度居于另2种涂层之间。结论在K403上采用不同方法渗Al,合金元素的掺杂水平不同,使得制备的β-NiAl涂层的氧化机制发生变化。

热力耦合对电弧离子镀NiCoCrAlYHf涂层/镍基单晶高温合金界面组织结构的影响

高温合金在高温服役时会受到温度和应力的共同作用,其界面组织结构的变化必然与单一热场下不同。采用电弧离子镀技术在镍基单晶高温合金表面制备NiCoCrAlYHf涂层,利用扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)、电子探针(EPMA)等方法研究了涂层与基体在不同温度、时间及应力的条件下由元素互扩散所引起的微观结构演变与各成分的分布。结果表明:在无加载的情况下,NiCoCrAlYHf涂层与单晶高温合金的界面在1050、1100及1150℃下均发生明显的元素互扩散现象,且随着热暴露温度的升高和时间的延长,互扩散区(IDZ)宽度增大;界面处的扩散元素以Al、Ni、Cr和Co为主,Al、Ni由基体向涂层扩散,Cr、Co由涂层向基体扩散,导致基体γ/γ′相失稳而析出拓扑密堆积相(TCP)。NiCoCrAlYHf涂层与单晶高温合金基体在热力耦合作用下具有与上述相似的元素互扩散现象,但应力抑制了界面元素的互扩散行为,互扩散区宽度明显减小,且不受实验范围内载荷大小(50、71和100 MPa)的影响。另外,应力场不会改变TCP相的形貌和成分富集,单一热暴露试样和热力耦合作用试样在互扩散区、二次反应区(SRZ)析出的块状及针状TCP相均为碳化钽和P相析出物。

Cr-CrN-Cr-CrAlN多层膜厚度对结构和性能的影响

采用电弧离子镀技术在TC4钛合金表面制备不同厚度的Cr-CrN-Cr-CrAlN多层膜,研究了多层膜厚度对其结构及性能的影响。利用扫描电子显微镜、X射线衍射仪、显微硬度计、划痕仪、应力测试仪、砂粒冲蚀试验仪和拉伸试验机检测分析了多层膜的表面及截面形貌、微观结构、硬度、结合力、残余应力、抗砂粒冲蚀性能和拉伸性能等。结果表明:随着多层膜厚度的增加,膜层表面颗粒增多,表面质量略有下降,择优取向由(200)晶面逐渐向(111)晶面转变;随着厚度的增加,残余应力逐渐增加,膜层硬度、膜基结合力、裂纹扩展抗力先上升后下降,在厚度为10.58μm时达到最佳,其硬度为3404Hv、结合力为58.6N、裂纹扩展抗力为758.49,抗砂粒冲蚀性能提高3倍以上;TC4钛合金表面镀多层膜后,屈服强度和抗拉强度均略有提升,但断后伸长率降低,当膜层厚度为14.50μm时,断后伸长率较基材降低30%,断裂机制由韧性断裂转变为脆性断裂。在一定范围内增加膜层厚度有利于提升性能,但需合理控制其厚度以减小对钛合金基材的负面影响。

氧化时间对NiCoCrAlYTa涂层/镍基高温合金界面显微组织影响

采用真空等离子喷涂技术在DD407合金和DD6合金上制备了NiCoCrAlYTa涂层。通过SEM、EDS等方法研究了900℃不同氧化时间下经热处理后NiCoCrAlYTa涂层/DD407合金和NiCoCrAlYTa涂层/DD6合金的界面组织。结果表明,随着氧化时间延长,NiCoCrAlYTa涂层/DD407合金界面扩散层组织析出σ相,σ相形状发生明显变化,并且界面扩散层厚度缓慢增加,扩散系数为13.32μm/h;随着氧化时间延长,NiCoCrAlYTa涂层/DD6合金界面扩散层析出TCP相(σ相和μ相),TCP相形状未发生明显变化,并且界面扩散层厚度缓慢增加,扩散系数为3.85μm/h。

真空电弧离子镀CoCrAlY涂层工艺研究

采用真空电弧离子镀工艺在渗铝后的镍基铸造高温合金表面制备CoCrAlY涂层,通过SEM、光学显微镜检查了沉积工艺参数对涂层表面颗粒状态、涂层组织形貌及涂层沉积速率的影响,优化了真空电弧离子镀工艺参数。经高温退火处理后,CoCrAlY涂层与渗铝层之间有明显的扩散层,涂层与渗铝层结合良好。

基于智能视频监控的燃煤火力发电厂安防管理

随着我国社会经济的不断进步,公众对安全防范的意识也在逐步提升,视频监控系统越来越多地被应用于企业、学校、银行、居民区中。但是目前,多数的视频监控系统都只是提供实时图像给工作人员,由人工监视处理。这样的监控方式存在着诸多的不足:第一,大多数的视频监控系统摄像机和监视器的配置比例不可能是1:1,那么大部分的监视点都不能时刻处于监控状态;第二,有试验表明,普通人连续监视两个以上的监视器,十分钟之后,他将错过45%的场景,22分钟后,则会错过95%的场景,效率非常的低下;第三,

电弧离子镀工艺参数对NiCoCrAlYTa涂层沉积的影响

目的研究工艺参数中的气压、偏压、弧电流对该涂层沉积速率、组织结构、成分的影响。方法采用电弧离子镀技术,利用正交试验改变气压、偏压、弧电流三种工艺参数,在镍高温合金上制备NiCoCrAlYTa涂层,借助SEM分析涂层的截表面形貌,EDS检测涂层成分,金相显微镜检测涂层的孔隙率,3D轮廓仪测量涂层厚度。结果弧电流对沉积速率的影响最大,其次为偏压,最小的是气压;偏压对涂层孔隙率的影响最大,其次为气压,最小的是弧电流。随着偏压的增大,涂层由柱状结构转变成层状结构。随着电流增大,涂层表面大颗粒数量先增后减。涂层成分相对靶材成分都发生了离析,涂层中的Ni、Al含量较靶材的下降,Co、Cr含量较靶材的上升,并且随着偏压的增大,成分离析加剧;随着电流的增加,成分离析先加剧后减弱;气压对成分离析的影响不明显。结论低气压和高电流有利于提高涂层的致密性,并减弱涂层成分的离析,减少涂层中重要元素Al的流失。实验得出的最优工艺为气压0.5 Pa,电流110 A,偏压可根据性能检测进一步优化。

350MW超临界直流锅炉不熄火降压法吹管分析

针对江西华能瑞金电厂一期工程2×350 MW国产超临界直流锅炉起动调试阶段采用不熄火降压法吹管的情况,重点对2号炉吹管进行分析,并通过对1号炉和2号炉的吹管进行比较分析,对吹管中的一些关键点(如:吹管系数、吹管时间及用水量等)和出现的若干问题进行了分析和总结,其成功应用的经验可为类似的超临界直流锅炉蒸汽吹管提供一些参考。

母线保护改造中失灵回路存在的问题及改进措施

母线保护换型改造中的失灵回路改造比较复杂,容易产生问题,该文通过某电厂在一次母差保护改造过程中失灵误动作造成的全厂停电事故,分析了母差保护改造中的失灵回路存在的问题,对母差保护改造提出一些建议和改进措施,以防止在母差保护改造过程中再发生类似的问题。

钛合金基材表面粗糙度对Ti/TiN/Zr/ZrN多层膜性能的影响

为提高钛合金的抗冲蚀性能,采用真空阴极电弧离子镀技术在不同表面粗糙度(Ra)的TC4钛合金表面制备了Ti/TiN/Zr/ZrN多层膜。采用扫描电镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)、显微硬度计、划痕仪和砂粒冲刷试验仪分析了多层膜的截面形貌、微观结构、厚度、显微硬度、结合力和抗砂粒冲刷性能。重点研究了基体表面粗糙度对多层膜的结合力和抗砂粒冲刷性能的影响。结果表明,所得Ti/TiN/Zr/ZrN多层膜厚度约为12μm,显微硬度大于3000 HV,能显著地提高TC4钛合金基材的抗砂粒冲刷性能。在相同工艺条件下,基体表面粗糙度越小,其表面膜层的结合力和抗砂粒冲刷性能越佳。为获得综合性能良好的Ti/TiN/Zr/ZrN多层膜,TC4钛合金基体的表面粗糙度必须控制在≤1.60μm。

电弧离子镀制备NiCrAlY涂层及其抗高温氧化性能

为提高高温合金材料抗高温氧化性能,利用真空阴极电弧离子镀在DZ22B高温合金上沉积Ni Cr Al Y涂层,研究涂层的抗高温氧化性能。采用扫描电镜观察膜层表面和截面形貌,化学容量法测试膜层成分,X射线衍射仪分析涂层的物相组成,万能试验机检测涂层结合力。结果表明:所制备的Ni Cr Al Y涂层厚度约50μm,涂层致密且与基体结合良好;涂层成份除Al元素有所损失外基本与靶材一致。Ni Cr Al Y涂层主要相为γ′-Ni3Al/γ-Ni,同时含有少量的β-Ni Al相。在1050℃高温下,Ni Cr Al Y涂层表面形成致密的氧化铝层有助于减缓氧化速度,对基材起到良好的保护作用;涂层失效的主要方式是随着氧化的进展,氧化层产生裂纹并剥落,新的表面被氧化,剥落和被氧化往复进行,直至涂层失效。

冷喷涂气体加热器的优化研究

传统冷喷涂气体加热器升温时间长、最高加热温度不足,为了进一步提高加热效率、降低喷涂耗气成本,对现有冷喷涂气体加热器进行升级改进,将两个加热器串联使加热器长度延长至6 m,获得了一种新型的高温气体加热器。采用该加热器开展Cu、Al、Ni、Ti典型材料的冷喷涂实验,研究了加热器对载气温度的加热效果和对冷喷涂层性能的影响。实验结果表明:新设计的高温加热器可提高气体最高加热温度,并实现快速升温;同时,新型加热器可实现冷喷涂Cu、Al和Ni材料沉积效率90%以上,并获得更高致密度的Ti涂层;在SUS304基体及Al基体分别喷涂Al和Ni涂层,涂层与基体的结合强度超过55 MPa。该新型气体加热器为冷喷涂工业化应用提供了设备基础。

铜铝聚苯酯涂层性能研究

采用大气等离子喷涂技术制备了铜铝聚苯酯(CuAl/PHB)涂层,对涂层进行了组织、硬度、结合强度、高温抗氧化、抗热震、高温硬度以及微动磨损和可磨耗性能测试和分析研究。结果表明,CuAl/PHB涂层孔隙和聚苯酯占比为17.5%,硬度平均值90.4 HR15Y,结合强度≥25.4 MPa,在620℃下涂层具备良好的高温抗氧化性能,700℃下水淬抗热震性能达到135次,在450℃~700℃温度范围内涂层高温硬度由HR15Y 76.6降低到66.8。在高载荷100 N、高频率100 Hz,高温700℃条件下的微动磨损结果表明,涂层在620℃下摩擦系数小于0.5,具有良好且稳定的耐微动磨损特性;涂层在400℃~600℃模拟工况条件下具有良好的可磨耗性,叶片进给磨损比IDR值小于14.02%,且随温度增加可磨耗性提高;制备的铜铝聚苯酯涂层可实现耐微动磨损和可磨耗的良好结合。

Ni-20Al丝材制备及涂层微结构特征研究

开发了三种不同结构的Ni-20Al丝材,对其火焰喷涂工艺性和涂层微结构特征等进行分析,并与商用Metco 405NS丝材及所制备的涂层进行了对比。结果表明,丝材结构影响了火焰加热时热量由丝材表面向芯部的传导,导致丝材熔化状态产生显著差异,进而决定了喷涂焰流的稳定性以及相关涂层组织的均匀性。其中,采用轧制拉拔包丝技术制备的Ni-20Al丝材,呈现出优异的喷涂工艺稳定性,所制备的涂层组织均匀,平均显微硬度和结合强度分别可达348.3 HV_(0.05)、62 MPa,与405NS丝材制备涂层性能基本一致,具备了较好的应用潜力。

Si元素对CoCrAlY涂层组织及性能的影响

在GH907基体上制备了三种不同Si含量的CoCrAlY合金涂层,对800℃涂层耐75%Na_2SO_4+25%NaCl熔盐腐蚀性能进行了测试分析,研究了1050℃下,Si元素对涂层抗氧化性能的影响,测定了不同Si含量涂层的抗热震性能。对实验条件下涂层的氧化产物、腐蚀产物及显微形貌进行了测定分析。研究结果表明:Si元素在高温下通过促使涂层表面Al_2O_3膜的形成提高涂层抗高温氧化及抗热盐腐蚀性能,但是过高的Si含量使涂层表面氧化膜破裂,使抗高温氧化性能下降。

燃烧室进油管焊缝裂纹失效分析

燃烧室进油管沿周圈出现开裂现象,对它进行外观检查、断口分析、冶金分析及综合分析,结果表明燃烧室进油管在氩弧焊焊接过程中由于焊接不当,导致在焊缝收弧处产生焊接缺陷——咬边及焊瘤,且焊缝处于尺寸变化较大的部位,容易产生应力集中,在工作过程中萌生裂纹并疲劳扩展。

调制结构对Cr-CrN-Cr-CrAlN多层膜性能的影响

为提高钛合金的服役性能,采用真空阴极电弧离子镀技术,在TC4钛合金上制备不同R_(Cr-CrN):R_(Cr-CrAlN)调制比的多层膜。使用扫描电镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)、显微硬度计、划痕仪、应力测试仪和砂粒冲蚀试验仪检测并分析了多层膜的截面形貌、结构、厚度、硬度、结合力、残余应力和抗砂粒冲蚀性能等。重点研究了R_(Cr-CrN):R_(Cr-CrAlN)调制比对多层膜性能的影响。结果表明:所制备的多层膜厚度均在7~8μm,过渡层约1.5μm厚,单一周期厚度在150~200nm;膜层均呈现(200)择优生长面心立方结构;随着Cr-CrAlN层占比的增加,膜层的硬度、残余应力和膜基结合力均相应地上升;在90°攻角下不同调制比的多层膜未完全破损前,其抗砂粒冲蚀能力是TC4基材的3倍以上,而在30°攻角下多层膜的抗砂粒冲蚀能力则约为TC4基材的8倍;R_(Cr-CrN):R_(Cr-CrAlN)调制比为1∶2时所制备的多层膜具有最佳的综合性能。

电弧离子镀Cr-CrN-Cr-CrAlN多层膜热冲击性能研究

为进一步提升航空发动机压气机钛合金部件的服役性能,采用电弧离子镀技术在TC4钛合金表面制备抗砂粒冲蚀Cr-CrN-Cr-CrAlN多层膜。经不同温度热冲击试验后,利用扫描电镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)、显微硬度计、洛氏硬度计及砂粒冲蚀试验仪分析检测了多层膜的表截面形貌、硬度、结合强度和抗砂粒冲蚀性能等。结果表明:随热冲击温度的升高,多层膜的氧化程度逐级增加,当热冲击温度升至900℃后,多层膜已明显氧化和出现分层剥落;同样地,多层膜的显微硬度和结合强也随着热冲击温度的升高而降低,硬度由热冲击前的3658 HV降低至经900℃冲击后的1930 HV,结合强度则由热冲击前的HF1级降低至经900℃热冲击后的HF4级;在700℃以内,随着热冲击温度的升高多层膜的冲蚀速率上升缓慢,表明膜层的防护作用显著;而经900℃热冲击后,多层膜样品30和90°攻角下的冲蚀速率由冲击前的0.28、0.65μm·g^(-1)分别增大至4.05、5.00μm·g^(-1),表明膜层已失去防护作用。因此,Cr-CrN-Cr-CrAlN多层膜在700℃以内具有冲蚀防护效果,而900℃热冲击后已无抗冲蚀防护性能。