核电蒸汽发生器堵管技术研究进展及其在高温气冷堆的应用前景

高可靠性的蒸汽发生器堵管技术是核电站安全运行的重要保障,与压水堆相比,以高温气冷堆为代表的第四代核电技术由于蒸汽发生器内传热管服役温度显著提高,对现有的蒸汽发生器堵管技术提出了新的挑战。对此,本文首先基于国内外文献报道,总结了现有压水堆蒸汽发生器堵管技术的工作原理与技术特点;其次,总结了国内外蒸汽发生器自动化堵管系统的开发与应用现状;之后,就高温气冷堆蒸汽发生器的服役工况与场地条件,提出了现有堵管技术在高温气冷堆应用方面面临的挑战及改进方向;最后,针对堵管技术的发展现状与高温气冷堆的技术需求,从装备要求、施工可行性和堵头质量的长期有效性等方面指明了自动化堵管技术的发展方向,以期为高温气冷堆蒸汽发生器自动化堵管技术的发展提供借鉴。     

WC含量对激光熔覆NiCrBSi-WC复合涂层显微结构及力学性能的影响

目的 为盾构、勘探及采矿等高载荷严苛磨损条件下的构件表面防护提供一种新的涂层方法。方法 以激光熔覆技术为手段,在NiCrBSi粉末中混入30%~80%（体积分数）的球形WC颗粒,用以制备NiCrBSi-WC复合涂层。研究了WC颗粒含量对涂层显微组织形成、硬度、断裂韧性和耐磨性的影响规律。采用SEM分析了涂层的显微组织;通过显微维氏硬度计测试涂层的硬度;通过压痕法测试涂层的断裂韧性;采用磨粒磨损试验表征涂层的耐磨性。结果 当WC颗粒体积分数低于60%时,熔融金属的黏度较低,密度更大的WC颗粒会沉淀,导致涂层表层的WC颗粒含量较低;当WC颗粒体积分数介于60%~80%时,WC颗粒在涂层内均匀分布,涂层内无气孔及裂纹等缺陷。当WC颗粒体积分数达到80%时,熔体黏度过大,使气体难以及时逸出,在涂层内形成大量气孔。随着WC体积分数由30%上升到80%时,涂层的平均硬度由67HRC提高到85HRC。涂层的断裂韧性随WC含量的提高,出现先升高后下降的反常现象。60%WC含量的复合涂层表现出最佳的耐磨性,比滚刀常用材料H13钢提高约9倍。结论 采用常规激光熔覆技术时,添加40%~60%范围内的硬质陶瓷颗粒,可获得硬质颗粒分布均匀且耐磨性与抗冲击性能优异的复合涂层。     

燃料类型及喷涂参数对HVOF喷涂WC10Co4Cr涂层的组织及力学性能的影响

超音速火焰喷涂（HVOF）制备的WC基金属陶瓷涂层广泛应用于金属构件的磨损、腐蚀及空蚀防护。分别采用氢气燃料及煤油液体燃料HVOF喷涂设备分别在9种不同的工艺条件下制备了WC10Co4Cr涂层,研究了燃料类型对涂层的组织、残余应力及力学性能的影响规律。在两种燃料HVOF工艺各自优化的喷涂参数条件下,通过对基体曲率的原位监测对比测试了涂层中的平均残余应力;利用显微维氏硬度、压痕法（断裂韧性）和球盘摩擦磨损对比研究了涂层的力学性能。结果表明：液体燃料（LF）HVOF焰流中粒子的温度更低,速度更高。LF-HVOF喷涂的WC10Co4Cr涂层内的残余压应力更高且涂层致密度更高,而气体燃料（GF）HVOF喷涂的WC10Co4Cr涂层内为残余拉应力。LF-HVOF涂层（1280 HV_0.3, 7.3 MPa·m^0.5）比GF-HVOF涂层（1032 HV_0.3, 4.5 MPa·m^0.5）具有更高的硬度和断裂韧性,LF-HVOF涂层的耐磨性约为GF-HVOF涂层的1.7倍。     

水轮机过流部件表面WC-CoCr涂层的失效机理

应用于多泥沙河流水轮机过流部件的超音速火焰喷涂WC-CoCr涂层在服役中受到泥沙作用而发生磨蚀。喷涂扁平粒子内部的WC硬质相受到泥沙作用而发生脱落。WC扁平粒子碎片或喷涂飞溅部分在泥沙磨蚀作用下发生整体脱落。文中基于涂层现场采样分析和空蚀、冲蚀、磨损等试验研究超音速火焰喷涂WC-CoCr涂层的现场服役失效机理。结果表明:WC涂层的抗磨损性能约为基体的16倍;但其30°攻角下的抗冲蚀性能并不明显;经过8h空蚀试验后,WC涂层的空蚀率下降至母材的70%。空蚀过程中,涂层的损伤从孔隙部位开始扩展,在空蚀的作用下,涂层磨蚀损伤加剧。在真实服役环境下WC颗粒的剥落、喷涂涂层粒子的剥落以及涂层中的孔隙诱发空蚀损伤是导致涂层失效的主要因素。     

S31042钢使用82型焊材焊接接头的显微组织和力学性能

通过力学性能试验、光学金相显微镜、扫描电子显微镜、透射电子显微镜研究了S31042钢使用82型焊材焊接接头高温时效后的显微组织和力学性能. 结果表明,650 ℃时效3 000 h后,接头的室温抗拉强度和硬度略有升高,但上升幅度低于同材质焊材接头;82型焊材焊接接头的高温持久强度低于同材质焊材接头,只能达到同材质焊接接头的88%. 高温时效会使82型焊材焊缝的缺口冲击吸收功下降,但始终保持在70 J以上;82型焊材焊缝强度不足是导致该接头室温强度、持久强度低于同材质焊材焊接接头的主要原因;82型焊材焊缝强度主要源于合金元素的固溶强化,晶界处球状M23C6相的连续网状及亚晶界处针状δ相的簇状分布,对强度提高作用较小,但会降低焊缝的冲击韧性.     

WC颗粒尺寸对WC-CoCr涂层组织与性能的影响

喷涂粉末颗粒尺寸是影响碳化钨涂层性能的关键因素。采用HVOF工艺制备3种不同WC颗粒尺寸的WC-CoCr涂层,利用扫描电镜、X射线衍射仪、显微硬度计和颗粒冲蚀磨损试验机等对涂层的组织结构及性能进行分析,系统研究了WC颗粒尺寸对涂层组织及性能的影响。结果表明:FN-WC涂层中碳化钨分解严重,PN-WC及M-WC涂层中碳化钨颗粒少量分解。FN-WC、PN-WC及M-WC涂层孔隙率分别为2.1%、2.0%和2.3%,硬度分别为1 254、1 241和1 229HV0.3,结合强度分别为68.7、73.5和72.9 MPa。15°攻角下FN-WC、PN-WC及M-WC涂层的抗冲蚀磨损阻力Re分别为9.3×104、15.5×104和10.74×104 g/cm3,90°攻角下的抗冲蚀磨损阻力Re分别为4.68×104、4.70×104和4.26×104 g/cm3。PN-WC涂层组织更均匀,WC相分解轻微,涂层硬度分布更集中,结合强度最高,在15°攻角下表现出最好的耐冲蚀性,综合性能优异。     

热喷涂复合结构MCrAlY/8YSZ热障涂层的抗剥落能力

在陶瓷涂层与金属粘接层之间制备一层NiCoCrAlTaY/YSZ复合过渡层和通过半熔化团聚YSZ粉末制备层状/多孔团状复合结构YSZ隔热层,用SEM表征了涂层的显微组织;依照ASTM C633标准测试了涂层的结合强度;用压痕法测试了陶瓷层的弹性模量和断裂韧性。用激光脉冲法测试了陶瓷层的热导率。用高温水淬快速冷却实验验证涂层的抗剥落性能。结果表明,在不降低涂层隔热效果的前提下复合过渡层和和隔热层显著提高了涂层的抗剥落能力。HVOF制备的NiCoCrAlTaY粘接层组织致密,没有明显的氧化物;APS制备的NiCoCrAlTaY/YSZ复合过渡层内层间的结合良好,组织致密,金属与陶瓷粒子呈现出典型的层状交替分布特征;陶瓷层由典型层状结构内包含约11%未完全熔化团聚粉末形成的弥散分布多孔团状组织构成。复合结构使等离子喷涂TBC的结合强度由25.8 MPa提高到38.6 MPa,陶瓷层的弹性模量和热导率没有明显的变化,但是断裂韧性提高了1倍以上,涂层出现30%剥落的平均水淬周次由19.7次提高到72.1次,表明抗剥落能力显著提高。     

基于曲率及误差分布的点云逼近曲线优化算法

为提高利用形状信息优化点云逼近曲线的准确性,提出了一种基于曲率及误差分布的点云逼近曲线优化算法.该算法首先快速地创建满足误差限的非最优样条曲线,据此获得较为准确的曲率分布作为形状信息;然后,以大于所给曲率阈值的角点作为种子点,构建出点云的三次序号参变量样条逼近曲线.当逼近曲线误差不满足误差限时,以误差的分布情形确定型值点的添加位置.使得每一次型值点添加后最大误差均减小.通过数条点云曲线实验表明,该算法显著地减少了逼近曲线的控制点数目.     

HVAF和HVOF喷涂WC-CoCr涂层的组织性能对比

WC-CoCr涂层的组织结构和抗冲蚀性能主要取决于喷涂工艺。采用活化燃烧-超音速火焰喷涂(HVAF)和传统超音速火焰喷涂(HVOF)2种工艺喷涂WC-CoCr涂层,并对这2种WC-CoCr涂层的组织结构和抗冲蚀性能进行对比。结果表明:HVAF涂层孔隙率为0.2%,而HVOF涂层孔隙率为2.3%,与HVOF相比,HVAF涂层具有较低的孔隙率及表面粗糙度,涂层组织结构更均匀;HVAF过程中,WC颗粒在沉积过程中破碎,WC颗粒细小,HVAF焰流中WC的分解程度弱于在HVOF焰流中的分解程度;HVAF涂层平均硬度达到1 450HV0.3,在15°攻角下,其抗冲蚀阻力比HVOF涂层提高了59.4%,比0Cr13Ni5Mo基体提高了104.1%;90°攻角下,HVAF涂层的抗冲蚀阻力比HVOF涂层提高了16%。     

Si和C的存在形态对TiSiCN薄膜微观结构与性能的影响

为扩展Ti Al N和Ti CN薄膜的应用,以适应高速切削和绿色干式切削加工技术发展趋势和要求,采用工业化多弧离子镀在工业用钢H13表面制备Ti SiCN硬质薄膜,以改善H13钢的力学和摩擦学性能。借助扫描电子显微镜、X射线衍射仪、X射线光电子能谱仪、维氏显微硬度计、摩擦磨损仪研究了Si和C的存在形态及其对Ti SiCN薄膜的微观形貌、微观结构、硬度和摩擦磨损性能的影响。结果表明:Ti Si CN薄膜组织致密,具有纳米晶Ti(CN)与非晶相(SiC、Si3N4和C);薄膜中C原子固溶于Ti(CN)中,随着C含量的增加,Ti(CN)固溶度增加;部分C以非晶态的形式存在,起到阻碍Ti Si CN纳米晶粒生长作用; Si以非晶SiC和Si3N4相的形式存在,并包裹Ti CN纳米晶,抑制薄膜晶粒的长大;高Si含量Ti Si CN-No.2薄膜和高C含量Ti Si CN-No.3薄膜表现出高硬度和耐磨减摩特性。