常规和纳米陶瓷等离子喷涂层抗冲蚀性能的对比

纳米陶瓷具有高韧性和超塑性等独特的性能,用于制备涂层可极大地提高其耐冲蚀性能。以常规和纳米团聚体Al2O3-13%TiO2(质量分数)陶瓷粉末为原料,采用等离子喷涂工艺在TiAl合金表面制备了2种陶瓷涂层。比较了2种涂层的微观结构、结合强度和抗冲蚀性能,探讨了涂层的冲蚀破坏机理。结果表明:常规涂层呈典型的层状堆积特征,有一定的孔隙且分布有微裂纹;纳米结构涂层由部分熔化区以及完全熔化区组成,呈双相组织结构;常规陶瓷涂层表现为典型的脆性冲蚀特性,纳米结构陶瓷涂层呈明显的脆性冲蚀特性,同时有一定程度的塑性冲蚀特征,具有较好的结合强度及抗冲蚀性能。2种等离子喷涂层的冲蚀磨损都以片层状脱落为主,同时有一定程度的脆性陶瓷颗粒破碎。

铁基合金抗冲蚀性能主要控制因素的分析

用旋转圆盘实验机对2种超弹性Fe-Mn-Si-Cr形状记忆合金、5种Cr-Ni不锈钢和1种新型高铬铸铁的抗冲蚀性能进行了研究,通过SEM和XRD以及犁削抗力和局域弹性的模拟测定,探索了硬度、犁削抗力,弹性性质和相变对抗冲蚀性能的影响．结果表明,冲蚀微观失效机制是泥沙犁削．犁削抗力W_p与局域弹性h_e是不锈钢和Fe-Mn-Si-Cr形状记忆合金抗冲蚀性能的主要控制因素。其冲蚀率R_e与局域弹性h_e值和犁削抗力W_p值之间存在着相关性较高的量化表征关系式．相变在抗冲蚀性能中的作用取决于局域弹性h_e和犁削抗力W_p的综合效应．形状记忆合金0Mn25Cr7Si6Cu抗冲蚀性能因诱发的密排六方ε马氏体具有高的局域弹性h_e而优于除高铬铸铁以外的所有其它实验材料．

等离子喷涂纳米Al_2O_3-13%TiO_2陶瓷涂层的组织结构与抗冲蚀性能

采用等离子喷涂方法分别制备了常规和纳米Al2O3-13%TiO2陶瓷涂层,用扫描电子显微镜分析了涂层的显微结构,并对涂层进行了抗冲蚀试验。结果表明:常规陶瓷涂层具有典型的片层状结构,但纳米陶瓷涂层片层状结构并不十分明显,且涂层裂纹数量明显减少;纳米陶瓷涂层中的显微结构的变化改善了涂层的韧性和结合性能;在冲蚀过程中,常规陶瓷涂层表面剥落严重,而纳米陶瓷涂层的冲蚀质量损失较小,抗冲蚀性能比常规陶瓷涂层提高了30%左右。

环氧粉末涂层的抗冲蚀性能

在金刚砂砂浆中。用旋转圆盘式冲刷腐蚀试验机研究了流速、含砂量、砂粒粒径等环境参数对ＳＥＢＦ－２型熔融结合环氧粉末涂层冲蚀特性的影响，并观察了涂层形貌实验结果表明：涂层的冲蚀率（Ｅ）与流速（Ｖ）、含砂量（Ｃ）、砂粒粒径（Ｄ）之间服从幂指数关系： Ｅ∝Ｖｎ１Ｃｎ２Ｄｎ３，ｎ１、ｎ２、ｎ３ 的相对大小表明，流速为主要影响因素，其次为砂粒粒径，而含砂量的影响相对较小；在本文的实验条件下，临界流速约为 ６ｍ／ｓ，涂层的第一临界粒径约为 ８０μｍ；第一临界粒径约为 ４１０μｍ．

TC4钛合金表面TiAlN/Ti涂层的抗冲蚀性能研究

目的通过明晰TC4钛合金表面不同结构的TiAlN/Ti涂层的冲蚀机制,为提高TC4钛合金的抗冲蚀性能、制备具有良好冲蚀性能的涂层奠定基础。方法采用磁过滤真空阴极弧(FCVA)与金属蒸汽真空弧(MEVVA)技术,按照一定方式在TC4钛合金表面制备相同厚度不同层数的TiAlN/Ti涂层,采用扫描电镜(SEM)、光学显微镜、纳米压痕仪,对TiAlN/Ti涂层的微观结构和力学性能进行表征和分析。采用冲蚀试验平台,通过参数的调整来模拟沙尘环境,开展TC4钛合金和TiAlN/Ti涂层的冲蚀试验,计算获得冲蚀率。采用Proto-LXRD应力仪测试分析冲蚀前后TiAlN/Ti涂层的残余应力,利用SEM对涂层的冲蚀形貌进行表征和分析,并探讨涂层冲蚀损伤机理。结果相比于TC4基体试样,层数为4、8、12层的TiAlN/Ti涂层试件冲蚀后的质量损失分别降低了86.9%、91.3%和94.0%,残余压应力分别增加了34、135、203 MPa。对比冲蚀区表面形貌,当涂层的层数为4层时,冲蚀区涂层脱落明显;当涂层层数为8层时,冲蚀区涂层局部有脱落;当涂层层数为12层时,冲蚀区涂层脱落不明显,对基体的防护较好。结论 MEVVA离子源注入技术显著提高了涂层的致密度和涂层与基体间的结合力。TiAlN/Ti涂层能显著改善试样的表面性能。相同涂层厚度下TiAlN/Ti涂层的层数越多,H~3/E~2值越大,抗冲蚀性能越优异。

激光重熔Al_2O_3-13% TiO_2复合陶瓷涂层抗冲蚀性能

为了进一步提高TiAl合金表面等离子喷涂Al2O3-13%TiO2(质量分数,下同)复合陶瓷涂层的抗冲蚀性能,采用激光重熔工艺对涂层进行处理,研究了激光重熔对涂层微观组织和抗冲蚀性能的影响,并讨论了陶瓷涂层的冲蚀机理。结果表明,激光重熔处理会形成致密细小的等轴晶重熔区,导致涂层有更好的抗冲蚀性能。激光重熔试样仍表现为典型的脆性冲蚀特性,以近表面的裂纹萌生和扩展,最终导致重熔层破碎、晶粒剥离为主。

激光原位制备TiN/Al复合涂层及其抗冲蚀性能

表面处理是提高钛合金抗冲蚀性能的重要途径。采用激光氮化涂层过程中同步送Al粉的方法，在Ti6A14V合金表面制备了一层均匀的TiN／Al复合涂层，涂层内没有微观裂纹和孔洞。研究结果表明：激光扫描速度对复合涂层的微观结构、硬度及抗冲蚀性能有着重要的影响。随着激光扫描速度的增加，复合涂层的厚度降低。在复合涂层最表面存在一层平均厚度大约为2～3μm的连续的氮化物陶瓷层，涂层内部存有大量的枝状晶组织。复合涂层的微观硬度和抗冲蚀性能明显高于Ti6A14V合金基体。当激光扫描速度从240mm／min升高到720mm／min时，涂层表面的微观硬度从1600HV01降低到1200HV0.1，而且涂层的冲蚀失重也逐渐降低。这主要是因为随着激光扫描速度的降低，由于反应时间的增加，导致涂层中TiN硬质相的含量也在增加。

模拟风沙环境下混凝土防护涂层抗冲蚀性能的研究

目的研究不同类型的防护涂层对风沙环境下混凝土抗冲蚀性能的影响规律及作用机理,从而选取适合风沙环境且综合性能良好的混凝土防护涂层。方法以聚氨酯、丙烯酸及环氧树脂为研究对象,对三种混凝土结构防护涂层进行了研究。通过接触角和显微硬度对涂层的物理及力学性能进行了分析,并利用模拟风沙环境侵蚀实验系统,在不同冲蚀参数下,对混凝土结构防护涂层体系的抗冲蚀性能的变化规律进行测试。结合混凝土防护涂层风沙冲蚀实验及扫描电镜表征,探究风沙环境下混凝土防护涂层的冲蚀机理。结果相同冲蚀条件下,不同防护涂层的冲蚀率大小为:聚氨酯防护涂层>环氧树脂防护涂层>丙烯酸防护涂层。喷涂丙烯酸防护涂层试样的抗冲蚀性能比喷涂聚氨酯防护涂层的试样提升了约57.56%,比喷涂环氧树脂防护涂层的试样提升了约33.57%。冲蚀表面分形维数(D_(s))的变化在一定程度上反映了不同冲蚀阶段的变化,结合D_(s)及被冲蚀后涂层表面的微观形貌特征,发现在低角度冲蚀时,受粒子拉应力影响,涂层表面发生了撕裂及脱粘现象,冲蚀率较高。在高角度冲蚀时,受粒子压应力影响,涂层表面出现隆起及空穴等塑性变形,冲蚀表面D_(s)增加,且在材料屈服应力范围内未造成损伤界面的脱落,故冲蚀率较低,显示出典型塑性材料冲蚀损伤的特征。结论聚氨酯、丙烯酸及环氧树脂防护涂层体系,均能提高混凝土的抗冲蚀性能。结合防护涂层的接触角及硬度测试结果,发现丙烯酸防护涂层作为风沙环境中混凝土结构防护涂层时,效果较好,适用于该环境下的混凝土防护。不同防护涂层在受到冲蚀时,不存在明显的塑性变形和脆性破坏阶段,而是随冲蚀分量变化,涂层由塑性变形向脆性破坏过渡,且该现象存在于整个冲蚀过程中。

仿生表面的离心风机叶轮抗冲蚀性能研究

目的针对传统方法对提高离心风机叶轮抗冲蚀性能效果不显著的问题,从仿生学角度出发,对基于沙漠红柳优异抗冲蚀机理的仿生离心风机叶轮抗冲蚀性能进行了研究。方法对沙漠红柳、垂柳树皮进行顺纹拉伸和冲蚀试验,定性定量分析沙漠红柳抗冲蚀磨损性能。基于对沙漠红柳树干、树枝体表形态表征测试,建立仿生表面模型,并利用Fluent对其进行数值模拟,比较分析不同仿生表面模型的冲蚀磨损性能及机理。参照ASTM-G76-83标准,设计制造离心风机冲蚀磨损试验装置。并基于有限元仿真结果和风机叶轮冲蚀性能的可视化研究,优化并制造离心风机仿生叶轮,对其进行冲蚀试验,评价分析各试验因素对叶轮冲蚀性能的影响。结果沙漠红柳树皮弹性模量(509.17 MPa)大于垂柳树皮弹性模量(313.19 MPa),沙漠红柳冲蚀磨损量最大值(21.6 mg)小于垂柳冲蚀磨损量的最小值(24.1 mg),表明沙漠红柳具有较优的抗冲蚀性能。进一步观测沙漠红柳树皮形貌,发现其体表分布有大量的凹槽和凸包等特殊形态,通过模拟发现,这些特殊形态相较于光滑表面,可有效降低粒子对表面的冲蚀磨损量。基于对样件的冲蚀试验发现,影响叶轮冲蚀性能的主次因素依次为:单元形态、间距、特征尺寸。最优样件组合为:V形槽、间距2 mm、特征尺寸4 mm。结论沙漠红柳树皮具有优异的抗冲蚀性能,这与其体表特殊形态紧密相关。基于沙漠红柳体表特殊形态设计的仿生离心风机叶轮较光滑叶轮,具有优异的抗冲蚀性能,经测试发现,最优组合样件的抗冲蚀性能较传统的光滑件提高了28.97%。

等离子体增强磁控溅射制备TiAlVSiCN涂层的抗冲蚀性能

目的提高不锈钢基体的抗固体颗粒冲蚀性能。方法在不锈钢基体表面,通过等离子体增强磁控溅射系统(PEMS),采用不同偏压工艺制备TiAlVSiCN纳米复合涂层。通过SEM、HRTEM观察涂层的微观形貌与组织,利用XRD、SAD分析涂层的物相组成与晶体结构,并通过划痕仪、纳米硬度计以及冲蚀试验机探究不同工艺涂层的结合强度、纳米硬度以及抗冲蚀性能差异。结果采用PEMS制备出一系列不同偏压条件下的TiAlVSiCN涂层,涂层组织致密,呈柱状,主要包括纳米晶Ti(Al,V)(C,N)相和非晶相。偏压显著影响涂层的晶粒尺寸和非晶相分布,高偏压下的涂层主要由20~50 nm的Ti(Al,V)(C,N)纳米晶及其周围弥散分布的非晶相组成,而低偏压下的涂层主要由100 nm的Ti(Al,V)(C,N)纳米晶和连续分布的非晶相组成。高偏压下制备的涂层厚度超过20μm,纳米硬度可达(34.6±14.1)GPa,具有优良的结合强度(>65 N)和抗冲蚀性能,其抗冲蚀性能相比不锈钢基体提高近8倍。结论通过与偏压参数的匹配控制,PEMS可有效调控纳米复合涂层的组织结构,实现硬度与弹性模量的良好匹配,制备出具有优良抗冲蚀性能、厚度达到20μm以上的TiAlVSiCN纳米晶-非晶复合涂层。

风机叶片用涂层的抗冲蚀性能的研究

针对风机叶片用涂层的抗冲蚀性能进行了研究 ,从磨损原理入手 ,分析研究了等离子喷涂涂层和表面粘涂涂层的抗冲蚀性能。采用NIWC35涂层和陶瓷耐磨修补剂 ( 1 1 680 )涂层 ,对涂层结合强度、硬度、显微结构及抗冲蚀性能进行了研究。试验结果表明 ,等离子喷涂涂层在低角度下的冲蚀明显低于高角度下的冲蚀 ;而耐磨修补剂( 1 1 680 )涂层从冲蚀情况看 ,Al2 O3与树脂的粘结状况是良好的 ,在冲蚀率上 ,高角度下耐冲蚀性能比低角度下好。

真空熔烧Ni基合金覆层的耐磨性和抗冲蚀性能

研究了用真空炉在 45钢上熔烧具有不同 WC含量的 Ni基易熔合金所获覆层的耐磨性及抗冲蚀性能。试验表明 ,随着熔烧温度升高、保温时间的延长 ,覆层组织中枝晶较为粗大 ,覆层的表面硬度下降 ;覆层的耐磨粒磨损性能主要与合金的 WC含量、组织结构及其均匀性有关。在本实验条件下 ,覆层中的 WC含量增加 。

不同微结构Ti/TiN多层涂层的抗冲蚀性能研究

采用离子源辅助的真空多弧镀膜机在TC11基体上制备了不同层间结构的多层结构TiN/Ti涂层。研究了各涂层的微结构对涂层力学性能和抗冲蚀行为影响。研究发现与基体相比制备涂层后的试样冲蚀磨损率明显降低,最大降幅可达90%。不同微结构的TiN/Ti多层结构涂层的破坏形式与Ti金属层与TiN层分布有非常密切的联系,TiN较厚时整体硬度较高,涂层抵抗冲击破坏的能力强,裂纹不容易产生.经过冲刷试验后普遍呈现梯田型的冲刷痕迹,从冲刷坑中心部位向边缘部位延伸,涂层逐层脱落而造成冲蚀流失,没有出现整体脱落的情况。

玄武岩纤维对水工混凝土抗冲蚀性能影响研究

水利工程中高速挟沙水流磨损建筑物的问题严重,在混凝土中掺入玄武岩纤维可改善混凝土的抗冲蚀性能。本文采取对比试验的方式研究在混凝土中分别掺入玄武岩纤维和聚丙烯纤维时,混凝土强度、体积稳定性、抗冲击及抗空蚀性能的变化规律。结果表明:在混凝土中掺入玄武岩纤维可提高混凝土的强度和体积稳定性,改善其抗侵蚀性和冲击韧性,值得推广应用。

调制周期对CrN_(x)/TiAlSiN多层涂层抗冲蚀性的影响

目的在砂粒环境下,改善TiAlSiN硬质涂层于高角度下的抗冲蚀性能。方法采用电弧离子镀复合高功率脉冲磁控溅射技术,制备不同调制周期下的CrN_(x)/TiAlSiN多层涂层。应用电子扫描电镜、X射线衍射仪、纳米压痕仪和划痕仪对涂层的显微结构、物相组成、纳米硬度、弹性模量以及结合力进行分析,于冲蚀试验平台对涂层抗冲蚀性能进行评价(Al_(3)O_(2)砂粒平均粒径为50μm,冲蚀速度为30 m/s,角度为90°)。结果涂层结构致密,由面心立方结构c-(Ti,Al)N、c-Cr、c-CrN和六方h-Cr_(2)N相构成。随着CrN_(x)子层结构的引入,TiAlSiN子层对应的(220)取向逐渐消失,(111)衍射晶面逐渐呈现。随着调制周期减少,CrN_(x)子层对应的h-Cr_(2)N(300)和c-CrN(220)衍射峰强度表现出先逐渐降低、后缓慢增加的规律。涂层结合变化幅度不大,处于68~71 N。虽然纳米硬度和弹性模量逐渐下降,分别从(37.5±0.46)GPa和(339.92±1.85)GPa下降至(31.2±0.40)GPa和(267.50±7.98)GPa,但H/E韧性指标逐渐增加,从0.110增加至0.116。在最小调制周期下,涂层表现出最优抗冲蚀性能,其冲蚀速率仅TiAlSiN硬质涂层的1/5。结论调制周期的减少增加了涂层界面数目,对扩展的裂纹起到了很好偏转作用,提升了涂层韧性,贡献了涂层抗冲蚀性能。在砂粒反复冲击作用下,于涂层中产生了交互作用的横纵裂纹,致使涂层以碎屑脆性剥落机制而失效,破坏特征表现为逐层剥落。

超音速等离子喷涂制备金属陶瓷涂层的抗冲蚀性能

通过高效能超音速等离子喷涂(SAPS)制备WC-Co及WC-Ni Cr金属陶瓷涂层,对比研究了2种涂层的抗冲蚀性能及在热腐蚀条件下的结构和性能演变。结果表明:2种涂层在喷涂过程中均会发生一定程度的脱碳,表现为W_2C相的形成;同时在WC-Co涂层中有少量的Co_3W_3C和Co_6W_6C相生成,且该涂层在热腐蚀后表层的WC相出现了分解与氧化,形成了W_3C、W_6C_(2.54)等脱碳相与CoWO_4、WO_3等氧化物相。在普通冲蚀条件下,WC-Co涂层的抗冲蚀性能更为优异,但热腐蚀会极大降低WC-Co涂层的抗冲蚀性能;与之相反,WC-NiCr涂层中的NiCr相在热腐蚀环境下生成的Cr_2O_3可以有效阻挡涂层内部与外部之间的物质扩散,从而降低了热腐蚀对涂层结构的破坏,在热腐蚀条件下表现出了优良的抗冲蚀性能。

一种高抗冲蚀节流阀性能特点及现场应用

高抗冲蚀节流阀采用液压马达+蜗轮蜗杆方式传递动力并调节开度,由油嘴总成、动力总成和远控系统等组成,油嘴节流开度可以自由精确控制,可控性好,震动小,噪音低,具有较佳的CV流量特性曲线,耐冲蚀能力较普通节流阀提高数倍以上。高抗冲蚀节流阀目前广泛应用于页岩气等非常规气藏大规模加砂压裂后的连续排采作业中,安装于流程高压端直接节流降压,或安装于旋流除砂器排砂出口实现连续控压排砂,该节流阀集成了固定油嘴与常规节流阀的优点,具有更好的适应性和安全可靠性,有效降低了地面作业风险,是非常规气藏实现精确控压钻塞、连续排液、高效控压排砂的关键装备。

材料结构与制备工艺对陶瓷涂层抗冲蚀性能的影响

以常规和纳米团聚体Al_2O_31 3%TiO_2(质量分数)陶瓷粉末为原料,采用等离子喷涂和等离子喷涂一激光重熔复合工艺在TiAl合金表面制备了常规和纳米结构陶瓷涂层,分析了粉末结构及制备工艺对涂层抗冲蚀性能的影响,并探讨了各种涂层的冲蚀破坏机理。结果表明:相对于等离子喷涂试样,激光重熔涂层有较好的抗冲蚀性能。在同等条件下,纳米结构涂层的抗冲蚀性能优于常规涂层。常规陶瓷涂层表现为典型的脆性冲蚀特性,纳米结构陶瓷涂层呈明显的脆性冲蚀特性,同时有一定程度的塑性冲蚀特征。等离子喷涂层的冲蚀磨损以片层状脱落为主,同时有一定程度的脆性陶瓷颗粒破碎;而激光重熔试样以近表面的裂纹萌生和扩展,最终导致重熔层晶粒破碎、剥离为主。

直角弯管结构改进及冲蚀磨损特性分析

为减小弯管的冲蚀磨损,改进普通弯管结构形成弧形、梯形和矩形弯管,利用Fluent中DPM模型、湍流模型和冲蚀磨损模型对4种弯管进行数值模拟计算。结果显示:弧形、梯形和矩形弯管的抗冲蚀性能较普通弯管分别提高14.54%、3.73%、12.38%,4种弯管的冲蚀分布均呈现椭圆形和V形形貌,冲蚀磨损相比于普通弯管明显减轻;4种弯管的最大冲蚀速率随流速、含砂量的增加而增加,但冲蚀区域不随流速、含砂量的变化而变化,不论流速、含砂量为何值,弧形弯管最大冲蚀速率<矩形弯管<梯形弯管<普通弯管;弧形底长、弧形高度、排列间隔三个因素对弧形弯管最大冲蚀速率的影响为弧形高度>排列间隔>弧形底长;弧形弯管抗冲蚀性能最佳组合为弧形底长3 mm、弧形高度2 mm、排列间隔3 mm,抗冲蚀性能较普通弯管提高22.60%。该结果可为弯管的冲蚀防护和结构设计提供新思路。

厚朴酚环氧树脂涂层的制备及综合防护性能研究

采用联苯结构的生物质原料厚朴酚合成生物基环氧树脂,以柔性聚醚胺固化剂(D230、D400、D2000及T403)进行固化制备生物基环氧抗冲蚀涂层,探究聚醚胺分子量与官能度对厚朴酚环氧树脂力学性能、防腐性能以及抗冲蚀防护性能的影响,阐述厚朴酚环氧涂层抗冲蚀磨损机理。结果表明:D230固化的厚朴酚环氧涂层在3.5%(质量分数)NaCl溶液中浸泡15 d后仍具有较高的阻抗值(1.25×10^(11)Ω·cm^(2));以T403固化可获得高拉伸强度(26.59 MPa)、低摩擦系数(0.373)和磨损率[0.0183 mm^(3)/(N·m)]涂层;D2000固化的厚朴酚环氧涂层在抗冲蚀测试中表现出较低质量损失(244.74 mg)与体积损失(157 mm^(3))。在固/液/气三相流冲蚀作用下,D2000较长的柔性链段,赋予厚朴酚环氧涂层更好的弹性和柔韧性,降低了冲蚀介质的冲击作用,从而表现出优异的抗冲蚀性能。