本文選題：鈦合金　切入點：火電廠　出處：《華北電力大學(北京)》2014年博士論文　論文類型：學位論文

【摘要】：鈦合金因具有強度高、耐蝕性好、耐熱性高等特點而被廣泛用于國防與民用領域。隨著火電機組向高參數(shù)、大容量發(fā)展,對鈦合金的需求日益增長。但由于鈦合金存在摩擦系數(shù)高、對粘著磨損和微動磨損非常敏感、耐磨性差及高溫抗氧化性差等缺點,制約了其在火電廠的應用范圍。在保持鈦合金原有優(yōu)異性能的條件下,表面改性是從提高鈦合金耐磨耐蝕性能的有效途徑之一。本文結(jié)合電力行業(yè)用鈦合金材料的發(fā)展需求,分析了火電廠用鈦合金的失效模式及機理。通過對鈦合金水蝕失效機理分析表明,600MW超臨界汽輪機末級葉片出水邊水滴的相對入射速度達381.7m/s,在此速度下,水滴撞擊產(chǎn)生的應力波在激波脫體前對鈦合金表面的最大影響深度為76.761μm,只有當鈦合金表面改性層的厚度要大于此距離才能起到有效的防護作用；材料的密度與彈性模量對材料受到的撞擊壓力影響較小,其影響可以忽略。為提高TC4及TA2鈦合金的耐水蝕性及耐蝕性,進行了微束等離子表面重熔改性實驗研究。重點研究了熔池的不同冷卻工況對鈦合金表面重熔層厚度、顯微組織及硬度等性能的影響,得到最佳工藝參數(shù)；對表面重熔層的顯微組織、顯微硬度進行了分析,發(fā)現(xiàn)重熔層組織呈快速凝固特征,其中TC4鈦合金在循水冷工況下重熔后的最高硬度為456HV0.3,空冷工況下硬度最高達到304HV0.3, TA2鈦合金水冷工況下重熔兩遍后最高硬度為490HVo.3,水冷工況下重熔一遍后為450HVo.3,空冷工況下重熔一遍為420HV0.3。組織細化及硬度的提高可提高材料的耐水蝕性,同時研究表明形成的重熔層有效提高了鈦合金的耐海水腐蝕性能,較TC4鈦合金的腐蝕速度為0.01g/m2·h, TC4鈦合金經(jīng)微束等離子空冷重熔降低到0.005g/m2.h,而經(jīng)微束等離子水冷重熔改性處理后為0.0002g/m2·h。TA2腐蝕速度由0.03g/m2.h,經(jīng)微束等離子改性后,水冷工況重熔一遍腐蝕速度為0.0006g/m2-h；水冷工況重熔兩遍只比水冷重熔一遍降低一半0.0003g/m2-h,這是由于兩次重熔能量的輸入使得重熔層表面有微裂紋,因而耐腐蝕性提高不大�？绽渲厝蹫�0.001g/m2.h比基材提高了一個數(shù)量級。由此可見微束等離子重熔改性層的電化學耐蝕性能得到明顯改善。水冷工況下耐蝕性能優(yōu)于空冷工況。為提高鈦合金的耐磨性能以及耐水蝕性能,利用激光熔覆技術進行了在鈦合金表面制備TiC/Ti、B4C/Ti和SiC/Ti等陶瓷顆粒增強耐磨熔覆層的實驗研究。結(jié)果表明,由活性碳與基體Ti反應合成的TiC/Ti熔覆層晶粒細小(2μm),其硬度最高約為2900 HVo.5；由B4C與基體Ti反應生成了由主要由TiC+TiB2增強的熔覆層,其硬度為1600 HVo.5；由SiC與基體Ti反應生成了主要由TiC+Ti5Si3增強的熔覆層,其硬度為1100 HV0.5。濕沙磨損實驗表明,三種熔覆層耐磨性顯著高于基體TC4鈦合金,其中TiC/Ti熔覆層耐磨性最強,為TC4鈦合金基體的12倍；SiC顆粒增強熔覆層及B4C顆粒增強熔覆層耐磨損性能約是TC4鈦合金基體的5倍左右,其中B4C顆粒增強熔覆層比SiC顆粒增強熔覆層耐性能略好。利用激光熔覆技術進行了在鈦合金表面制備NiCr-75%Cr2C3、MoS2/Ti熔覆層以及Ta熔覆層的實驗研究。能譜分析表明,NiCr-75%Cr2C3熔覆層與基體的為冶金結(jié)合；對NiCr-75%Cr2C3熔覆層進行100℃水淬的循環(huán)熱震實驗,結(jié)果表明,經(jīng)歷300次熱震后,熔覆層表面裂紋擴展但未脫落。熔覆層經(jīng)過熱震實驗后,其硬度有所提高；熱震后晶粒細化是引起硬度增加的原因。對NiCr-75%Cr2C3熔覆層進行了耐濕沙橡膠輪磨損及高溫沖蝕磨損性實驗,結(jié)果表明,熔覆層比基體的抗磨粒磨損及高溫固粒沖蝕都能有大幅提高,比基體提高約為9倍。激光熔覆法制備的MoS2/Ti熔覆層的表面平均硬度為1200 HV0.3,其摩擦系數(shù)為0.261,而TC4鈦合金的摩擦系數(shù)為0.623。Ta熔覆層主要以p-Ta相構(gòu)成；其單層熔覆層顯微硬度值為680HVo.3,多層熔覆層為640HV0.3; TC4基材在0.5M的硫酸中腐蝕速度為0.01 g/m2·h,Ta單層熔覆層及多層熔覆層的腐蝕速度分別為：0.0001g/m2·h及0.001g/m2·h,由此可見單層鉭熔覆層的耐硫酸腐蝕性能更好。
[Abstract]:......
【學位授予單位】：華北電力大學(北京)
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2014
【分類號】：TM621

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本文編號：1630910