超音速火焰喷涂WC-Co-Cr涂层空蚀及影响因素研究进展

超音速火焰喷涂WC-Co-Cr涂层作为一种耐空蚀保护涂层,以其优异的性能被广泛应用于流体机械的过流部件。概述空蚀破坏的机制和超音速火焰喷涂WC-Co-Cr涂层的制备过程,同时从内因和外因两方面归纳影响此类涂层空蚀行为的因素。在此基础上,从喷涂粉末因素、喷涂制备因素、工况因素、力学性能、空蚀机理,以及与其他涂层的比较等几个方面重点综述近年来国内外学者对超音速火焰喷涂WC-Co-Cr涂层空蚀行为研究的重要成果。喷涂粉末因素主要与WC颗粒的尺度、Cr元素及稀土元素等有关;喷涂制备因素主要与喷涂工艺(助燃气体、燃料、燃烧室压力、喷嘴几何形状及喷涂粒子速度等)和喷涂后处理(封孔和磨抛处理)有关。喷涂粉末因素和制备因素会影响涂层的显微组织结构(元素分布、物相组成、孔隙率及层间结构等)和力学性能(显微硬度、断裂韧性、结合强度及残余应力等),进而影响涂层的抗空蚀性能。此外,涂层的破坏程度还受到空蚀时间和所处介质的腐蚀和流速的影响。最后,对超音速火焰喷涂WC-Co-Cr涂层空蚀研究的发展方向进行展望。

超音速火焰喷涂制备CoNiCrAlY涂层性能研究

CoNiCrAlY涂层常用作工作层和金属基体之间的过渡层。采用了SHV-50超音速火焰喷涂设备在45钢表面制备了CoNiCrAlY涂层。分析了CoNiCrAlY涂层的微观组织结构、显微硬度、孔隙率、表面粗糙度、结合强度、电化学性能。结果表明:SHV-50超音速火焰喷涂获得的CoNiCrAlY涂层的孔隙率为0.48%,涂层的平均显微硬度为497.2HV0.2,涂层结合强度均值达70 MPa,抗热震次数达26次,涂层的表面粗糙度平均值为Ra6.43,利于工作层与过渡层的结合。CoNiCrAlY涂层的抗电化学腐蚀能力强于基体。SHV-50超音速火焰喷涂设备制备的CoNiCrAlY涂层可用作工作层和金属基体之间的过渡层。

Cu过渡层对冷喷涂CuCrZr涂层性能的影响

目的针对冷喷涂CuCrZr涂层与CuCrZr板材在界面处的开裂问题,采用Cu涂层为过渡层,并探究Cu过渡层对CuCrZr涂层组织及性能的影响。方法采用高压氮气为工作气体,使用冷喷涂技术在CuCrZr基板上先制备一层Cu涂层打底,再继续喷涂多层CuCrZr涂层。通过金相显微镜、扫描电镜、显微硬度仪和激光热导仪,对涂层的组织和性能进行表征。结果Cu+CuCrZr涂层与基板界面结合良好,涂层的孔隙率约为0.624%,CuCrZr颗粒的扁平率为(43.62±4.54)%。Cu涂层的平均硬度约为153HV,冷喷涂CuCrZr涂层的平均硬度约为173HV。采用Cu涂层打底获得的CuCrZr涂层的热导率随温度的升高而升高,在500℃时与基体相当。结论Cu过渡层促进颗粒与基体之间发生良好结合,有效防止Cu CrZr涂层与CuCrZr板材开裂。采用Cu+CuCrZr涂层能满足CuCrZr结晶器力学与导热性能的要求。

煤油流量对HVOF喷涂FeCrMoSi-Ti_(3)SiC_(2)涂层高温摩擦磨损性能的影响

目的提高燃煤锅炉四管的耐磨性能。方法使用喷雾造粒技术制备FeCrMoSi/Ti_(3)SiC_(2)复合粉末,并利用超音速火焰喷涂技术(HVOF)在12CrMoV基体上制备煤油流量分别为26、28、30、32 L/h的复合涂层。使用X射线衍射仪(XRD)、扫描电镜(SEM)及其自带的能谱仪(EDS)、Raman、维氏显微硬度计和摩擦磨损试验机研究FeCrMoSi/Ti_(3)SiC_(2)粉末及其涂层相组成、组织结构,检测涂层的力学性能,并对涂层在800℃下的摩擦学性能和磨损机理进行系统分析。结果粉末物相主要由Ti_(3)SiC_(2)、Fe-Cr和TiC组成,涂层的物相与粉末类似,但是新产生了SiC相,且随着煤油流量的升高,Ti_(3)SiC_(2)物相逐渐分解。当煤油流量为30、32 L/h时,涂层内Ti_(3)SiC_(2)物相大量分解。涂层的硬度和断裂韧性随着煤油流量的升高表现出先升高、后降低的趋势,孔隙率和磨损率呈现先减小、后增大的趋势。当煤油流量为28 L/h时,涂层磨损率最低,约为5.44×10^(-15)m^(3)/(N·m)。结论煤油流量为28 L/h时,涂层表面生成的SiO_(2)、TiO_(2)和Fe_(2)O_(3)等氧化物均匀分布在磨痕和对偶球表面,有效阻挡了对偶球和涂层的直接接触,使得涂层显示出最优异的摩擦学性能。涂层的主要磨损机制为氧化磨损和黏着磨损。

等离子热喷涂层沉积过程数值模拟分析

应用ANSYS有限元分析软件建立了等离子热喷涂单道多层涂层的三维有限元模型,对等离子喷涂NiCrFeMo涂层沉积过程的温度场和应力场进行模拟。结果表明:在喷涂过程中,涂层系统温度随沉积层的增多而升高,喷涂至最外层时温度最高;涂层厚度方向的温度梯度大;涂层颗粒的温度随时间的延长而大幅周期波动,涂层颗粒的应力也随时间而大幅周期波动。涂层与基体结合面处为残余应力集中处,其残余应力为拉应力。

汽轮机末级叶片超音速火焰喷涂防水蚀层性能测试

通过高速喷射流体冲击叶片表面来模拟实际工作条件下的冲蚀磨损对汽轮机末级叶片超音速火焰喷涂防水蚀层性能完成测试,旨在评估超音速火焰喷涂层对水蚀的抵抗能力。选取05Cr17Ni4Cu4Nb作为汽轮机末级叶片材料的试验基体材料,将涂层材料Cr3C2-Ni Cr通过超音速喷涂设备喷射到叶片表面。通过射流冲蚀方法和超声波汽蚀方法测试涂层性能。结果表明:超音速火焰喷涂能够较好改善汽轮机末级叶片的抗水冲蚀能力。研究表明,超音速火焰喷涂防水蚀层技术在汽轮机末级叶片防护中具有重要的应用价值,可以提高汽轮机的可靠性、性能和寿命,推动涂层技术的发展,为高温高速设备的保护提供一定的解决方案。

HVOF热喷WC-Co-Cr涂层在不同攻角下的料浆冲蚀行为

用3种高速火焰热喷涂(HVOF)设备将成分相同的6种商品粉末喷涂在0Cr13Ni5Mo不锈钢基材上,制成9种WC-Co-Cr涂层。用自制射流冲蚀试验机对各涂层在15°、45°、75°和90°攻角下的料浆冲蚀行为进行研究,重点分析涂层孔隙和层状结构等缺陷在不同攻角下所起的作用。结果表明:低攻角时涂层冲蚀机制以微切削去除为主,高孔率涂层更易发生切削导致冲蚀率较高;高攻角时涂层冲蚀机制以冲击作用下裂纹萌生扩展导致涂层剥落为主,高孔率涂层有利于对冲击能量的吸收耗散,孔隙抑制裂纹扩展,而层状结构明显的涂层其裂纹更易在层间萌生和扩展,导致涂层呈片状剥落,冲蚀率更高。在试验的基础上提出了考虑缺陷的硬质涂层射流冲蚀模型,并讨论了涂层冲蚀率随攻角变化的双峰值现象。

WC-Co-Cr涂层的孔率和层状结构对冲蚀行为的影响

采用3种高速火焰热喷涂设备将6种商业粉末喷涂在0Cr13Ni5Mo不锈钢基材上,制成结构不同的WC-Co-Cr涂层.用自行研制的料浆罐冲蚀试验机对9种涂层和基材的冲蚀行为进行研究,重点分析气孔率和层状结构对涂层耐冲蚀性能的影响.结果表明:气孔率和层状结构均降低了涂层的耐冲蚀性能,低速低料浆浓度时,气孔率对涂层耐冲蚀能力的影响较层状结构严重,气孔率高的涂层耐冲蚀性能甚至不如基材;高速和高料浆浓度时,层状结构明显的涂层耐冲蚀性能更差.本文探讨了利用单摆冲击划痕法测定涂层比能耗来定量表征层状结构的有效性,讨论了利用涂层气孔率和比能耗的测量结果推测其耐冲蚀性能的可能性.

稀土和铬对铁基自熔合金喷涂层抗氧化性能的影响

本研究着眼于用稀土对价格低廉的铁基自熔合金粉末进行改性 ,以提高其抗高温氧化性能。结果表明 ,稀土的添加大大提高了合金涂层的高温抗氧化性能 ,具有较大的应用前景。同时分析了稀土提高抗氧化性的机理 ,认为稀土的添加改变了合金氧化过程的扩散动力学 ,从而改变氧化膜的形貌与粘附性 ,提高抗氧化能力。

涂层厚度对喷涂层疲劳磨损寿命的影响

采用等离子喷涂制备了不同厚度的铁基涂层,采用扫描电子显微镜(SEM)表征了涂层内部和结合界面处的微观结构,采用球盘式疲劳磨损试验机分别考察了不同厚度涂层的疲劳磨损行为,采用Weibull分布分析并对比了涂层的疲劳磨损寿命.结果表明:适当地增加喷涂层的厚度可以避免整层分层失效的发生,从而在整体上提升了涂层的疲劳磨损寿命.采用有限元分析(FEM)研究了涂层内部的应力分布,发现厚涂层界面剪切应力值不足薄涂层界面剪切应力的二分之一,因此界面剪切应力的显著降低是导致较厚涂层拥有更好疲劳性能的主因.

热喷涂层残余应力的来源及其失效形式

探讨了涂层残余应力的产生机理,综述了当前残余应力的典型理论模型,并分析了残余应力诱导的涂层失效行为。上述这些研究对涂层的热力学完整性原理的研究具有重要的意义。

热喷涂纳米结构La_2Zr_2O_7(LZ)/8YSZ双陶瓷热障涂层

为了满足发动机以及涡轮机越来越高的性能要求,双陶瓷热障涂层逐渐取代单陶瓷层的8YSZ涂层,成为可以长期使用温度高于1 200℃的新型陶瓷涂层。采用等离子喷涂方法制备了La2Zr2O7(LZ)/8YSZ双陶瓷热障涂层,并同时制备了微米结构和纳米结构的单层8YSZ陶瓷涂层作为对比。通过X射线衍射仪和扫描电子显微镜研究了粉体喂料和涂层的组织结构。采用对偶拉伸试验法、水淬方法和日本工业标准等研究了涂层的结合强度、隔热效果、热震行为以及高温抗氧化行为。结果表明,与单层的8YSZ陶瓷层相比,双陶瓷型n-LZ/8YSZ涂层的隔热效果提高了35%,热震次数增加了一倍,热氧化失效时间延长了100多小时,具有较佳的隔热效果、抗热震性能以及抗高温氧化性能。

等离子喷涂耐磨涂层及热障涂层的新进展

综述了等离子喷涂技术在耐磨损涂层及热障涂层方面的研究进展 ,分析了等离子喷涂技术与新设备 ,新工艺融合后两种涂层所展现出的更为优越的性能 ;

粘结层喷涂方法对铜基体与热障涂层结合强度的影响

为提高铜基体上热障涂层的工作温度和寿命,分别采用超音速火焰喷涂(HVOF)和等离子喷涂(APS)制备NiCrAlY粘结层,采用等离子喷涂制备ZrO2-8%Y2O3陶瓷面层。用拉伸试验测试了热障涂层的结合强度,利用SEM分析了拉伸断口的成分分布和微观形貌。研究表明,用HVOF制备粘结层的热障涂层的结合强度为47.9 MPa,用APS制备粘结层的热障涂层的结合强度为31.2 MPa。与等离子喷涂制备粘结层相比,采用超音速火焰喷涂制备粘结层可明显提高ZrO2陶瓷涂层的结合强度。

电弧喷涂Al,45CT及其复合涂层的抗高温氧化性能与机理

为获得抗氧化性能优良的涂层,采用电弧喷涂方法制备了Al,45CT及其复合涂层,探讨了3种涂层过渡层的形貌、物相及其相应的作用,分析了3种涂层的组织结构、抗氧化性能与机理。结果表明:Al涂层和复合涂层高温氧化后表面氧化膜有剥落现象,涂层中的抗氧化元素Cr含量很低;45CT涂层中的抗氧化元素Cr含量仍然很高,涂层的自我修复能力很强,表面生成的Cr2O3氧化膜具有优异的抗氧化性能;在涂层与基体结合处有一层过渡层,不仅增强了涂层与基体的结合力,还能进一步阻止氧化性气体向基体入侵,起到二次保护作用。

高速电弧喷涂Fe-Al涂层在高温磨损中的摩擦氧化行为

采用滑动磨损试验方法,研究从室温(23℃)至650 ℃高速电弧喷涂Fe-Al金属间化合物涂层的摩擦氧化行为。结果表明,高温下Fe-Al涂层滑动摩擦因数降低的主要原因是磨损面发生摩擦氧化反应,形成了具有固体润滑作用的氧化物保护层,该保护层由Al2O3、Fe3O4及Fe2O3组成。氧化物保护层形成的机制是磨屑的动态氧化和微区热压烧结。涂层的扁平颗粒在摩擦磨损过程脱落成为磨屑;随着滑动摩擦磨损的进行,在Si3N4球的反复碾压及摩擦热的共同作用下,磨屑将不断地发生断裂、碎化及动态氧化而成为氧化物粉状屑,并通过微区热压烧结方式形成氧化物层,覆盖于磨损涂层表面。在高温下Fe3Al和FeAl金属间化合物相具有较高的强度和硬度,能有效地抵抗较高硬度的Si3N4球的压入及微犁削,使磨损面上的氧化物保护层不易开裂和脱落。

Ni-Al喷涂层反应烧结的组织演变与结合机制

为了改进热喷涂层组织结构和结合性能,在不引起反应的条件下,将Ni-Al混合粉(93%Ni+7%Al)喷涂于A3钢基材表面,通过中温反应烧结处理,制备了具有良好结合性能的涂层试样,利用SEM和XRD研究了涂层烧结前后显微组织和相结构的变化.结果表明:反应烧结前后涂层显微组织发生了明显变化,烧结后涂层所固有的层状结构消失;烧结时涂层中Al首先与Ni反应生成Ni2Al3,随处理温度增高而转化为NiAl3,基材界面出现冶金结合,并在界面愈合区间发现了Ni-Fe固溶体.

AZ91D镁合金等离子喷涂Ni-Al/陶瓷涂层的组织和性能

以Ni-Al为粘结层,在AZ91D镁合金基体上等离子喷涂Ni-Al/Al2O3、Ni-Al/Al2O3-13%TiO2(Ni-Al/AT13)、Ni-Al/Al2O3-20%TiO2(Ni-Al/AT20)复合涂层及Ni-Al/Al2O3/Al2O3-13%TiO2/Al2O3-20%TiO2(Ni-Al/Al2O3/AT13/AT20)梯度涂层,利用SEM、EDS和XRD分析涂层的微观组织特征,通过硬度、拉伸和热震实验研究涂层硬度、结合强度和抗热震性能,并与直接喷涂Al2O3、AT20的涂层进行比较。结果表明:Ni-Al粘结层因"自粘结"效应与基体形成较为致密并具有冶金结合的界面,且与Al2O3、AT13和AT20陶瓷层互有渗透、交叉和啮合,涂层致密性及结合力大为提高,表现出优良的抗热震性能。Al2O3涂层主要由亚稳态γ-Al2O3组成,AT20涂层以Al2O3和Al2TiO5为主。镁合金表面喷涂Al2O3陶瓷层后硬度大幅提高,由于加入TiO2,AT13和AT20涂层的硬度略低于Al2O3涂层的。Ni-Al/Al2O3-TiO2复合陶瓷的涂层结合强度高于Ni-Al/Al2O3单一陶瓷涂层的,而Ni-Al/Al2O3/AT13/AT20梯度涂层的结合强度比Ni-Al/AT20涂层的更高。

高速电弧喷涂层的弹性模量

介绍了利用复合梁理论测量高速电弧喷涂层弹性模量的方法。通过三点弯曲试验,对高速电弧喷涂FeCrAl层和NiCr层的弹性模量进行了测量,分析认为涂层的固有特性是造成涂层弹性模量远远小于所用丝材的原因。这是因为涂层中气孔等缺陷的存在导致涂层实际体积小于涂层的宏观体积。此外,由于FeCrAl涂层的孔隙率和晶粒尺寸比NiCr层大,故其弹性模量小于NiCr层的弹性模量。

金属喷涂层在青海盐湖水中的腐蚀初探

喷锌、喷铝、喷锌铝合金三种保护层材料在青海格尔木盐水湖进行1年暴露试验,采用电化学方法研究了该金属喷涂层材料的腐蚀情况,并将其与碳钢的实验结果相对照,初步探讨了其耐蚀机理.