烟气轮机衬环用硬质涂层的制备及其性能研究

为设计和制备烟气轮机过渡衬环用硬质涂层,确保烟气轮机长周期稳定运行,采用爆炸喷涂工艺,在304L合金基体表面设计和制备了3种Cr3C2-NiCr硬质涂层,借助X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、能谱仪(EDXA)、显微硬度计、表面粗糙度仪、万能试验机和接触角测量仪等分析测试技术,对涂层的显微组织形貌进行了分析观察,并对涂层的硬度、孔隙率、结合强度、粗糙度、热震性能和表面自由能等相关性能进行了表征。结果表明:随着氧燃比的增加,涂层的硬度单调增加,涂层的孔隙率先降低后升高。当氧燃比为1.5时,制备的涂层质量最佳,涂层的显微硬度为810 HV_(3 N),孔隙率为0.58%,结合强度为72.1 MPa,表面粗糙度为4.78μm,表面自由能为25.43 mJ/m^(2)。涂层在800℃条件下保温10 min,经室温水淬,循环20次,涂层未出现翘曲、开裂和脱落。氧燃比改变了涂层表面自由能及其分量,并对涂层表面特性产生影响。

磁悬浮列车闸片用硬质涂层的相结构及其性能研究

为改善磁悬浮列车闸片的制动性能,延长使用寿命同时降低生产成本。采用超音速喷涂工艺,在磁浮列车制动用闸片基体表面分别制备了WC-12Co和Cr_3C_2-25NiCr两种硬质涂层。硬质涂层的性能不仅与硬质相晶粒的大小有关,而且还与相组成及相转变密切相关。本研究利用扫描电子显微镜(SEM)、氧氮分析仪、万能试验机和显微硬度计等测试表征方法,分别对涂层的显微组织、氧化物含量、结合强度和显微硬度等结构和力学性能进行分析探究。从热力学的角度出发,对涂层中碳化物的生长条件及相变过程进行了讨论。结果显示,在本工艺参数条件下,超音速喷涂制备的WC-12Co和Cr_3C_2--25NiCr硬质涂层显微组织致密,孔隙率小于1%,涂层中的氧含量分别为0.78%和1.25%,平均结合强度分别为75.2 MPa和73.8 MPa,平均显微硬度分别为1355.8HV_1和1160.5HV_1。因此,通过材料设计的热力学分析,优化喷涂工艺,有利于高性能硬质陶瓷涂层的研制。

基于响应曲面法优化大气等离子喷涂Y_(2)O_(3)涂层工艺

以自制的高纯Y_(2)O_(3)粉为原料,借助大气等离子喷涂工艺在A6061铝合金表面制备Y_(2)O_(3)涂层,基于响应曲面法构筑了相应的响应曲面图,分析了喷涂电压(60~80 V)、喷涂电流(500~600 A)和喷涂距离(100~120 mm)的交互作用对涂层硬度和孔隙率的影响,优化了等离子喷涂工艺。结果表明:基于响应曲面法建立了涂层显微硬度和孔隙率的二次数学模型;模型预测Y_(2)O_(3)涂层的优化工艺参数为喷涂电压78 V、喷涂电流500 A、喷涂距离120 mm,涂层的显微硬度和孔隙率分别为633.28 HV和3.22%,与试验值的相对误差分别为1.92%和1.26%,验证了模型的准确性。优化工艺下制备的涂层表面粗糙度为5.733μm,结合强度为25.6 MPa。

磁悬浮轨排用长效防护涂层的制备及其性能

为提高和改善磁悬浮轨排的防腐蚀性能,延长其使用寿命,采用热喷涂技术在磁浮导轨用钢(Q235D)表面制备了Zn与Zn+Al涂层,研究了喷涂工艺参数对涂层微观结构及性能的影响。利用磁性测厚仪测定了涂层的厚度;利用扫描电镜(SEM)研究了涂层的微观结构;利用万能试验机测定了涂层的力学性能;利用中性盐雾试验研究了涂层的耐蚀性能。结果表明:本工艺参数条件下,制备的涂层表面光滑,涂层与基体结合良好,Zn与Zn+Al涂层的结合强度分别为7.2 MPa和10.6 MPa。Zn与Zn+Al涂层分别进行了1 000 h的中性盐雾腐蚀试验,结果表明:Zn涂层的腐蚀速率为13.90μm/a,Zn+Al涂层的腐蚀速率为6.22μm/a;与Zn涂层相比,Zn+Al涂层具有更高的结合强度与更好的耐腐蚀性能。

基于响应曲面法压铸用Al2O3-40%TiO2涂层制备工艺研究

为改善铝合金压铸用钢制工器具的耐铝液腐蚀性能,提高压铸循环次数并降低成本。采用等离子喷涂工艺,在H13钢制工器具表面制备了Al2O3-40%TiO2涂层。基于响应曲面法(RSM)优化等离子喷涂工艺参数,利用Box-Behnken(BBD)设计分析了电压(U)、电流(I)和喷涂距离(d)等主要因素对涂层显微硬度(H)和孔隙率(P)的影响规律,建立了电压(U)、电流(I)和喷涂距离(d)与显微硬度(H)和孔隙率(P)之间的数学模型,构筑了涂层显微硬度(H)和孔隙率(P)的响应曲面。建立的数学模型可靠,在本工艺条件下,经优化后涂层的显微硬度(H)和孔隙率(P)的曲线方程可分别表述为:H=5 733.59+330.51×U-38.33×I-97.57×d-0.31×U×I+1.43×U×d-2.41×U2+0.053×I2, P=-32.8-0.32×U+0.11×I+0.27×d-0.004×U×d+0.005 6×U2-0.000 11×I2。优化的数学模型可应用于Al2O3-40%TiO2涂层的喷涂工艺参数优化和性能预测。模型预测的涂层最佳显微硬度(H)和孔隙率(P)的工艺参数为:U=70 V, I=475 A, d=120 mm,涂层显微硬度(H)和孔隙率(P)分别为965.46 HV0.3和0.87%,实际测定的涂层显微硬度(H)和孔隙率(P)分别为978.35 HV0.3和0.82%,二者结果相近。响应曲面法(RSM)所具有的预测优势,可弥补常规实验优化的不足,运用到先进涂层技术的工艺设计和数据分析中,用于喷涂工艺的优化,有利于高性能涂层的研制。