發(fā)布時(shí)間：2017-07-29 13:01

  本文關(guān)鍵詞：水輪機(jī)葉片耐磨蝕梯度涂層制備技術(shù)研究

  更多相關(guān)文章： 等離子噴涂 梯度涂層 組織結(jié)構(gòu) 結(jié)合強(qiáng)度 耐沖蝕性能

【摘要】：為了克服水輪機(jī)葉片在工作時(shí),汽蝕、沖蝕磨損破壞導(dǎo)致的水輪機(jī)效率降低、出力減少、使用壽命縮短、更換和檢修頻繁等問題,本文采用等離子噴涂方法在45鋼表面制備梯度涂層。采用掃描電鏡、X射線衍射儀、X射線熒光光譜儀和能譜裝置對梯度涂層的微觀組織、成分及相組成進(jìn)行分析,采用電子萬能試驗(yàn)機(jī)對梯度涂層的結(jié)合強(qiáng)度進(jìn)行測試,采用維氏硬度儀對梯度涂層的顯微硬度進(jìn)行測量,并利用氣流噴砂式?jīng)_蝕方法對梯度涂層的抗沖蝕性能進(jìn)行測試。本文所設(shè)計(jì)的最佳梯度涂層結(jié)構(gòu)為:基體-Ni/Al打底層-(2:1)混合粉涂層-(1:1)混合粉涂層-(1:2)混合粉涂層-Al2O3復(fù)合層,其中,2:1、1:1和1:2是指Ni/Al粉與Al2O3復(fù)合粉的質(zhì)量比,混合粉采用球磨混合效果優(yōu)于手動攪拌混合。Ni/Al打底層的主要組成相為Ni3Al,還有少量的Al2O3和Ni-O的化合物;Al2O3復(fù)合層是由許多扁平狀組織疊加堆積而成,涂層的主要組成相為Al2O3和Ti O2,還有少量的Ti3O5;過渡涂層的主要組成相為Ni3Al,Al2O3,Ti O2和Al2Ti O5。手動攪拌混合粉末制成過渡層,組織及成分分布都很不均勻,分層現(xiàn)象非常明顯,而采用球磨混合時(shí),成分分布比較均勻,涂層中各個(gè)相呈相間交錯(cuò)分布,梯度涂層的組織表現(xiàn)出微觀連續(xù)性的分布特征,涂層在整體上實(shí)現(xiàn)了平穩(wěn)過渡。涂層內(nèi)部孔隙比較細(xì)小,各個(gè)涂層之間均結(jié)合良好,形成類似“機(jī)械咬合”的連接。梯度涂層的性能測試結(jié)果表明:在Ni/Al打底層與Al2O3復(fù)合層中間制備三層過渡涂層(采用球磨混合粉末)時(shí),獲得梯度涂層的結(jié)合強(qiáng)度最高,達(dá)到36.80MPa,顯著高于不含過渡涂層試樣的結(jié)合強(qiáng)度(21.67MPa);對梯度涂層試樣進(jìn)行顯微硬度測試得出,Ni/Al打底層的顯微硬度最低,隨著梯度涂層中Al2O3復(fù)合粉加入量的增加,顯微硬度逐漸升高,Al2O3復(fù)合層的硬度值最高,涂層顯微硬度呈現(xiàn)梯度變化。梯度涂層的抗沖蝕性能明顯優(yōu)于45鋼基體。當(dāng)沖蝕角度為90°時(shí),梯度涂層的沖蝕磨損率達(dá)到最大,表現(xiàn)出脆性材料的沖蝕特性,失重主要由微切削和磨削造成,大角度沖蝕時(shí),表面還有沖擊坑和片狀碎屑;當(dāng)沖蝕角度為30°時(shí),45鋼基體的沖蝕磨損率達(dá)到最大,為典型塑形材料的沖蝕特性,失重主要由犁削和微切削造成。本文研制的梯度涂層成功應(yīng)用于水輪機(jī)葉片,抗磨蝕性能均滿足使用要求,運(yùn)行1年后,涂層無大面積脫落,使用壽命高于0Cr13Ni5Mo水輪機(jī)葉片。
【關(guān)鍵詞】：等離子噴涂 梯度涂層 組織結(jié)構(gòu) 結(jié)合強(qiáng)度 耐沖蝕性能
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TG174.4;TK730.3
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第1章 緒論9-19
• 1.1 課題背景及研究意義9
• 1.2 水輪機(jī)過流部件抗磨蝕涂層研究現(xiàn)狀9-14
• 1.2.1 水輪機(jī)過流部件的磨蝕機(jī)理9-13
• 1.2.2 水輪機(jī)過流部件的抗磨蝕涂層研究13-14
• 1.3 熱噴涂技術(shù)特點(diǎn)及其研究現(xiàn)狀14-15
• 1.3.1 熱噴涂技術(shù)特點(diǎn)14-15
• 1.3.2 等離子噴涂特點(diǎn)及發(fā)展現(xiàn)狀15
• 1.4 Al_2O_3涂層制備方法研究現(xiàn)狀15-17
• 1.4.1 等離子噴涂方法制備Al_2O_3涂層16
• 1.4.2 激光熔敷方法制備Al_2O_3涂層16-17
• 1.4.3 Al_2O_3梯度涂層研究現(xiàn)狀17
• 1.5 本文的主要研究內(nèi)容17-19
• 第2章 試驗(yàn)材料及研究方法19-29
• 2.1 試驗(yàn)材料19-22
• 2.1.1 基體材料19
• 2.1.2 工作層材料19-20
• 2.1.3 打底層材料20-22
• 2.2 試驗(yàn)方法及設(shè)備22-29
• 2.2.1 基體表面預(yù)處理22
• 2.2.2 涂層制備方法22-25
• 2.2.3 噴涂粉及涂層的顯微組織、成分及物相分析25
• 2.2.4 涂層的抗磨蝕性能測試25-29
• 第3章 涂層的微觀組織結(jié)構(gòu)分析29-44
• 3.1 混合粉的微觀形貌29-31
• 3.1.1 手動攪拌混合粉的微觀形貌29-30
• 3.1.2 球磨混合粉的微觀形貌30-31
• 3.2 Ni/Al打底層微觀形貌31-34
• 3.3 Al_2O_3復(fù)合層微觀形貌34-37
• 3.4 單層過渡涂層微觀形貌37-40
• 3.4.1 手動攪拌混合粉末制備單層過渡層微觀形貌37-39
• 3.4.2 球磨混合粉末制備單層過渡層微觀形貌39-40
• 3.5 三層過渡涂層微觀形貌40-43
• 3.5.1 手動攪拌混合粉末制備三層過渡涂層微觀形貌40-41
• 3.5.2 球磨混合粉末制備三層過渡涂層微觀形貌41-43
• 3.6 本章小結(jié)43-44
• 第4章 涂層的抗磨蝕性能及機(jī)理分析44-56
• 4.1 涂層的抗拉結(jié)合強(qiáng)度測試44-46
• 4.2 涂層的顯微硬度特性分析46-47
• 4.3 涂層的抗沖蝕性能研究47-55
• 4.3.1 沖蝕角度對涂層抗沖蝕性能的影響47-50
• 4.3.2 沖蝕時(shí)間對涂層抗沖蝕性能的影響50-52
• 4.3.3 基體及涂層的沖蝕機(jī)理分析52-55
• 4.4 本章小結(jié)55-56
• 第5章 等離子噴涂梯度涂層工藝及應(yīng)用研究56-61
• 5.1 水輪機(jī)葉片的等離子噴涂工藝56-59
• 5.1.1 等離子噴涂前葉片表面預(yù)處理56-57
• 5.1.2 水輪機(jī)葉片等離子噴涂涂層結(jié)構(gòu)及材料選擇57
• 5.1.3 水輪機(jī)葉片等離子噴涂工藝參數(shù)57-59
• 5.1.4 水輪機(jī)葉片等離子噴涂噴后檢查59
• 5.2 水輪機(jī)葉片梯度涂層耐磨蝕性能評定59
• 5.3 等離子噴涂梯度涂層水輪機(jī)葉片運(yùn)行情況59-60
• 5.4 小結(jié)60-61
• 結(jié)論61-62
• 參考文獻(xiàn)62-67
• 致謝67-68
• 個(gè)人簡歷68

【相似文獻(xiàn)】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 王維新;衛(wèi)廣智;;NiCoCrAlYSiB+AlSiY梯度涂層的組織結(jié)構(gòu)[J];現(xiàn)代機(jī)械;2011年03期

2 武強(qiáng);王旭葆;牛健強(qiáng);楊武雄;肖榮詩;左鐵釧;;成分及性能連續(xù)變化梯度涂層的半導(dǎo)體激光制備[J];中國激光;2013年12期

3 陳歲元;董江;劉大亮;劉常升;;銅合金表面激光原位制備陶瓷顆粒增強(qiáng)鈷基合金梯度涂層[J];中國激光;2009年05期

4 韓杰才,董世運(yùn),張幸紅,杜善義;金屬/陶瓷梯度涂層工藝現(xiàn)狀[J];材料工程;1998年12期

5 董曉強(qiáng);羅超;李德元;段思華;;可控氣氛下梯度涂層組織與結(jié)合性能分析[J];焊接學(xué)報(bào);2011年02期

6 王維新;姜肅猛;衛(wèi)廣智;馬軍;宮駿;孫超;;NiCoCrAlYSiB+AlSiY梯度涂層恒溫氧化行為[J];金屬學(xué)報(bào);2011年05期

7 陳歲元;董江;陳軍;梁京;劉常升;;結(jié)晶器銅合金表面激光原位制備納米顆粒增強(qiáng)鈷基梯度涂層[J];中國激光;2011年07期

8 汪震;劉其斌;肖明;楊邦成;;生物活性稀土梯度涂層在堿液環(huán)境中的電極化后處理[J];材料熱處理學(xué)報(bào);2011年10期

9 趙海濤 ,李建軍;鋁基體上ZrO_2/NiCrCoAlY梯度涂層的研究[J];新技術(shù)新工藝;2003年10期

10 劉騰彬;王澤華;方學(xué)鋒;林萍華;沈國軍;陸婕;;鋁基體噴涂Al_2O_3-TiO_2/NiCoCrAlY系梯度涂層的抗熱震性能[J];機(jī)械工程材料;2006年12期

中國重要會議論文全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 胡樹兵;張琪;;抗腐蝕功能梯度涂層的熱應(yīng)力場模擬分析[A];湖北省第十屆熱處理年會論文集[C];2006年

2 王周成;倪永金;;羥基磷灰石復(fù)合梯度涂層的電化學(xué)制備和表征[A];第七屆全國表面工程學(xué)術(shù)會議暨第二屆表面工程青年學(xué)術(shù)論壇論文集（一）[C];2008年

3 姜肅猛;徐朝政;馬軍;李海慶;宮駿;孫超;;梯度NiCoCrAlYSi涂層的制備及高溫性能研究[A];TFC’09全國薄膜技術(shù)學(xué)術(shù)研討會論文摘要集[C];2009年

4 楊權(quán)權(quán);高存法;;具有功能梯度涂層夾雜相有限尺寸基體熱應(yīng)力分析[A];中國力學(xué)大會——2013論文摘要集[C];2013年

5 陳曉明;李世普;韓慶榮;;在非水溶液體系中電泳共沉積Ti6Al4V/BG/HA生物活性陶瓷梯度涂層[A];新世紀(jì) 新機(jī)遇 新挑戰(zhàn)——知識創(chuàng)新和高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)發(fā)展（上冊）[C];2001年

6 王漢功;楊暉;劉雪峰;;二種ZrO_2梯度涂層抗熱震性能的比較[A];第五屆全國表面工程學(xué)術(shù)會議論文集[C];2004年

7 潘永東;仲政;B.Audoin;;柱形空腔內(nèi)功能梯度涂層的表面波頻散特性[A];2008年全國聲學(xué)學(xué)術(shù)會議論文集[C];2008年

8 戚文軍;何艷兵;劉斌;況敏;吳健;;激光堆焊鎳基碳化鎢梯度涂層的研究[A];第十次全國焊接會議論文集（第2冊）[C];2001年

9 黃干云;汪越勝;余壽文;;功能梯度涂層中的Ⅲ型周期裂紋問題[A];第十二屆全國疲勞與斷裂學(xué)術(shù)會議論文集[C];2004年

10 楊暉;王漢功;;等離子噴涂納米氧化鋯梯度涂層[A];第五屆全國表面工程學(xué)術(shù)會議論文集[C];2004年

中國碩士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 趙亞素;功能梯度涂層接觸問題的實(shí)驗(yàn)分析與有限元模擬[D];內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué);2015年

2 侯天鳳;基于電子束的齒輪材料表面梯度涂層復(fù)合制備工藝及性能研究[D];重慶理工大學(xué);2015年

3 郝斐;ZrB_2-SiC梯度涂層組織結(jié)構(gòu)及成分特征的研究[D];北京理工大學(xué);2015年

4 陳元?jiǎng)P;高速列車車輪踏面損傷機(jī)理分析及激光熔覆梯度涂層防損研究[D];華東交通大學(xué);2016年

5 董宇;鎂合金表面功能梯度涂層的磨損腐蝕性能研究[D];遼寧科技大學(xué);2016年

6 姜帆;等離子噴涂Ni_5Al-Al_2O_3梯度涂層的組織與性能研究[D];長春工業(yè)大學(xué);2016年

7 劉建豪;3Y-TZP/LZAS梯度涂層的制備、性能及組織結(jié)構(gòu)研究[D];西南科技大學(xué);2016年

8 胡海龍;水輪機(jī)葉片耐磨蝕梯度涂層制備技術(shù)研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2015年

9 徐婷婷;梯度涂層的組織和性能及有限元分析[D];沈陽工業(yè)大學(xué);2010年

10 儲呈媛;鈷基/不銹鋼梯度涂層的低應(yīng)力多碰塑性變形研究[D];蘇州大學(xué);2012年

，

本文編號：589244