输电塔既有涂层与新涂层受风沙侵蚀的损伤机理

对输电铁塔杆件新镀锌涂层和既有镀锌涂层进行风沙冲蚀磨损试验,对比分析了两种不同镀锌涂层的冲蚀损伤规律。采用扫描电子显微镜和激光共聚焦显微镜观测两种涂层的不同冲蚀磨损微观形貌,分析了两种涂层材料受风沙冲蚀的损伤机理。研究表明:冲蚀速度越高,两种涂层的冲蚀率越大,且既有涂层的冲蚀率在相同的冲蚀条件下比新镀锌涂层的冲蚀率要高500×10~(-5)～2 750×10~(-5)mg/g;两种涂层在冲蚀角度α为35～37°时出现了最大冲蚀率,分别为2.5×10~(-5)mg/g(新涂层)和0.014 mg/g(既有涂层)。两种涂层在冲蚀角度α=90°时冲蚀率最小,分别为0.5×10~(-5)mg/g(新涂层)和700×10~(-5)mg/g(既有涂层);两种涂层的冲蚀形貌是从低角度的犁沟型冲蚀沟发展到冲蚀沟和冲蚀坑并存,再到高角度仅存的冲蚀坑形貌。风沙流对输电铁塔杆件新镀锌涂层和既有镀锌涂层的冲蚀磨损过程大致相同,既有镀锌涂层的冲蚀坑和带状冲蚀沟比新镀锌涂层更深、更长,且表面更加粗糙。     

等离子喷涂铝硅聚苯酯封严涂层的组织及抗冲蚀性能

抗冲蚀磨损性能是封严涂层最重要的性能指标之一.采用铝硅聚苯酯(Alsi-ployester)粉末和PARXAIR-3710等离子喷涂系统制备了可磨耗封严涂层.采用磨粒冲蚀试验研究了不同冲蚀角度、冲蚀时间、冲蚀颗粒尺寸和冲蚀速度对涂层抗冲蚀性能的影响,并用SEM观察冲蚀表面形貌.结果表明:在相同冲蚀条件下,Alsi-ployester涂层冲蚀率随冲蚀颗粒速度的增加而增加;涂层的冲蚀率受冲蚀角的影响,90°时的冲蚀率大于30°的;30°时涂层损失主要以刮削为主,90°时以凿削为主;涂层失重与冲蚀时间存在良好的线性关系;涂层冲蚀率随着冲蚀颗粒尺寸增加成波动变化,当颗粒尺寸为250μm时,冲蚀率达到最大.在实际工程应用中,Alsi-ployester涂层展示了良好的抗冲蚀性能.     

挟沙风作用下风力机叶片涂层冲蚀特性研究

内蒙古中西部地区高频出现沙尘暴活动,风力机叶片涂层长期被挟沙风冲蚀磨损,导致风力机叶片涂层出现冲蚀坑和裂纹,缩短风力机叶片寿命。针对这一问题,利用自制的挟沙风试验台,采用气流挟沙喷射法对以环氧玻璃纤维板为基底的风力机叶片涂层进行低角度加速冲蚀磨损试验,用失重测量法测定冲蚀磨损量与冲蚀速度的关系,用扫描电镜(SEM)观测分析涂层表面的冲蚀形貌来确定冲蚀机理,并提出涂层冲蚀磨损程度的评价计算公式。结果表明:涂层的冲蚀磨损量随着冲蚀速度的增大而增加;低角度冲蚀以微切削冲蚀磨损作用为主,材料的硬度起着决定性作用,高角度冲蚀主要以挤压变形冲蚀磨损为主,材料的韧性起决定性因素,由于聚氨酯涂层材料是塑性材料,其韧性高而硬度低,故在低冲蚀角下冲蚀磨损量大;验证了评价计算公式用于评价涂层冲蚀磨损程度的可靠性,为运行在风沙环境下的风力机叶片涂层的改进提供理论依据。     

粘结相含量对超音速火焰喷涂Cr_3C_2-NiCr涂层冲蚀磨损的影响

采用不同粘结相含量的粉末,运用超音速火焰喷涂方法制备了Cr3C2-NiCr涂层。运用干砂冲蚀磨损试验机检测不同冲蚀角度下涂层的冲蚀磨损性能,研究粉末粘结剂含量对沉积涂层冲蚀磨损性能的影响。运用扫描电镜技术观察并分析Cr3C2-NiCr涂层冲蚀磨损失效行为。结果表明:粘结相含量不同的HVOF喷涂涂层均表现出脆性材料的冲蚀磨损特性,随冲蚀次数的增加失重量呈近似线性增加;粘结相在涂层中的分布形式影响涂层的抗冲蚀性能,但不改变冲蚀失效的主要机制。     

CrMoV和CrNi堆焊涂层耐泥沙冲蚀磨损性能研究

利用自制的冲蚀磨损试验装置,对水力机械过流部件堆焊修复中常用的CrMoV和CrNi合金堆焊涂层进行了液固两相流冲蚀磨损性能研究。结果表明:在低角度冲蚀磨损条件下,CrMoV合金堆焊涂层表现出优于CrNi合金堆焊涂层的耐泥沙冲蚀磨损性能,堆焊层硬度是耐泥沙冲蚀磨损的主要因素;在高角度冲蚀磨损条件下,CrNi合金堆焊涂层表现出比CrMoV合金堆焊涂层更好的耐泥沙冲蚀磨损性能,堆焊层组织的断裂韧性是主要因素;冲蚀磨损量随冲蚀速率增加而显著增加,冲蚀磨损率取决于冲蚀磨粒的能量。     

3种磨料对超音速火焰喷涂WC-12Co层形貌及冲蚀磨损性能的影响

目前,就冲蚀粒子性质对超音速火焰喷涂(HVOF)WC-Co层的外观、硬度及冲蚀磨损性能的影响研究不多。采用HVOF技术在Q235钢表面制备WC-12Co涂层,并以棕钢玉砂、石英砂和黄砂为磨料,采用常温干砂冲蚀磨损试验机对涂层的冲蚀磨损性能进行了测试。采用显微维氏硬度计测试不同磨料的硬度,采用扫描电镜对磨料形貌、涂层显微结构及涂层冲蚀后的表面形貌进行了观察。结果表明:WC-12Co涂层为典型的层状组织结构,扁平化粒子间结合紧密,涂层内部孔隙较均匀。冲蚀过程中,冲蚀角度从30°增加到90°,涂层的冲蚀率增加。棕刚玉砂和石英砂表面形貌呈不规则多角状,硬度较大的棕刚玉砂对涂层冲蚀磨损较大大。石英砂和黄砂硬度相近,形貌规则的黄砂对涂层的冲蚀磨损较小。不规则的多角状磨料冲蚀的涂层,表面留下不规则坑洞及较深的切痕;规则的近圆外形黄砂冲蚀的表面留下近圆形的坑洞,同时粘结相的切痕较浅。     

硅酸盐封孔剂对热喷涂304不锈钢涂层高温冲蚀磨损性能的影响

采用热喷涂工艺制备的涂层常存在不少孔隙。为了弥补孔隙带来的抗腐蚀、冲蚀性能下降等问题,采用高速电弧在Q235钢基体上热喷涂304不锈钢涂层,采用封孔剂来处理热喷涂工艺带来的涂层孔隙,用碱金属硅酸盐基料、云母粉和SiO₂纳米颗粒为填料制备封孔剂,并用刷涂法对涂层进行封孔处理,研究了封孔层和喷涂层的抗高温冲蚀磨损性能。采用扫描电镜（SEM）和能谱仪（EDS）分别对喷涂层、封孔层的微观形貌和成分进行分析,研究喷涂层、封孔层在25,650℃温度下的冲蚀磨损性能和机理,并利用试验冲蚀磨损量估算了封孔层、喷涂层的冲蚀磨损寿命。结果显示：封孔层未见内部裂纹,与喷涂层结合紧密,但内部存在较多孔洞。封孔层在低攻角下的冲蚀磨损性能要好于未封孔的喷涂层。随着冲蚀温度由25℃升高至650℃,封孔层的冲蚀磨损量提高约20%,降低了封孔层的冲蚀磨损性能。封孔层、喷涂层的冲蚀磨损机理为低攻角下的犁沟、切削共同作用,以及高攻角下的挤压破坏。在冲蚀低攻角下,封孔层相比喷涂层具有更好的抗冲蚀磨损性能,在一定程度上封孔层能有效增强喷涂层的抗冲蚀磨损性能。     

超音速火焰喷涂Cr3C2-NiCr涂层腐蚀冲蚀磨损特性

在腐蚀冲蚀磨损试验机上,用5%H2SO4和质量分数15%棕刚玉组成的腐蚀-冲蚀磨损介质,对不同燃气流量下HVOF喷涂Cr3C2-25%NiCr涂层腐蚀冲蚀磨损性能进行了试验研究,测定了涂层单位面积失重量随腐蚀冲蚀磨损时间和冲蚀角度的变化,用扫描电镜观察了涂层断面组织形貌,分析了涂层腐蚀冲蚀磨损机制.研究表明,涂层的腐蚀...     

电弧喷涂铁基非晶涂层的制备及其冲蚀磨损性能研究

为了筛选最佳的铁基非晶涂层制备工艺和研究涂层的冲蚀磨损机理,采用电弧喷涂技术在不同工艺参数下制备Fe基非晶态合金涂层,利用自制固液两相流冲蚀磨损试验机和电化学工作站对涂层的耐磨损、耐腐蚀性能进行研究;并用X射线衍射仪(XRD)、扫描电镜(SEM)等手段观察分析了涂层的相结构和组织形貌。结果表明:非晶涂层结构致密、组织均匀,并具有典型的层状结构;铁基非晶涂层具有良好的耐冲蚀性能,90°攻角下涂层冲蚀失重要高于30°攻角下涂层的失重;电弧喷涂电压上升,涂层冲蚀失重随之减小;送丝速度增加,涂层冲蚀失重先降低再升高;冲蚀磨损机制主要表现为脆性剥落;非晶涂层的耐腐蚀性能随喷涂电压的上升得到提高,随送丝速度增加先增强再减弱。     

电子束物理气相沉积热障涂层抗冲蚀性能研究

本文采用真空电弧镀技术(AIP)在DZ408高温合金基体上沉积HY3(NiCrAlYSi)金属粘结层,采用电子束物理气相沉积技术(EB-PVD)在HY3粘结层上沉积YSZ陶瓷面层,研究了热障涂层的抗冲蚀性能。对于沉积热障涂层的试样进行了抗冲蚀试验,来评价其抗冲蚀性能,通过扫描电镜(SEM)分析冲蚀前后的试样显微形貌,用X-射线衍射仪分析涂层的相结构,通过质量冲蚀率对涂层抗冲蚀性能进行表征。试验结果表明在相同冲蚀条件下,TBC涂层冲蚀率随冲蚀时间的增加而增加;涂层经光饰处理后降低了TBC的表面粗糙度,提高了TBC的抗冲蚀能力。     

氮气钻井过程中的耐冲蚀涂层

将多功能四通制造材料30CrMo钢作为基体材料,使用氩弧焊制备钴基合金HS113,625,Co-112堆焊层,采用喷焊方法制备Ni60涂层,使用超音速火焰喷涂(HVOF)方法制备WC-12Co涂层。对该5种涂层的冲蚀行为使用自制的冲蚀试验机进行了研究,分析了显微组织与显微硬度对冲蚀性能的影响及涂层冲蚀后的表面形貌。结果表明:涂层的冲蚀失重与减薄均随冲蚀时间线性增加,HS113涂层的耐冲蚀性要优于其他4种涂层的耐冲蚀性;显微组织、硬度等均会影响涂层的耐冲蚀性能。     

粗糙度对热障涂层冲蚀失效的影响及模型建立

采用气体喷砂试验机研究了大气等离子喷涂(APS) ZrO₂-7%Y₂O₃(7YSZ)热障涂层的冲蚀失效机理, 分析了陶瓷层表面粗糙度对热障涂层冲蚀磨损率及失效行为的影响, 研究了基于多孔层状的热障涂层在常温高速粒子90°攻角下的冲蚀失效特征, 探讨了多孔层状结构对涂层冲蚀失效演变机制的作用, 此外, 建立了基于粗糙度的冲蚀失效数学模型。研究结果表明: 冲蚀磨损率与陶瓷层表面粗糙度呈线性递增关系; 涂层在高速粒子冲蚀下多孔层状结构加剧了涂层的冲蚀失效; 涂层表面在粒子冲蚀下承受着非均匀、非连续的压-压脉动循环载荷, 在微凸粗糙表面承载着正应力和切应力的相互作用; 正应力迫使涂层出现凹坑, 切应力易导致涂层出现沟槽, 并同时以原喷涂态表面网状裂纹为策源地诱发裂纹在粒子晶界和层间界面萌生扩展导致涂层产生粒子和片状剥落, 最终涂层显示出典型的磨粒磨损和低周疲劳失效形式。     

添加纳米TiC对NiTi／Cr3C2高速电弧喷涂涂层组织及耐高温冲蚀磨损性能的影响

本文探讨了加入纳米TiC对高速电弧喷涂NiTi／Cr3C2涂层组织和性能的影响,并对该涂层进行了高温冲蚀磨损试验。通过力学性能测试、EDS和XRD分析、光学金相显微镜以及SEM形貌观测表明,含纳米TiC的NT-1涂层基体中有大量弥散相,高温冲蚀规律为半塑性磨损冲蚀特点,无论在低冲蚀角还是高冲蚀角条件下,其耐高温冲蚀性能均优于不含纳米TiC的NT-2涂层。     

制备参数对等离子喷涂热障涂层高温冲蚀性能的影响

燃机热端部件热障涂层实际服役过程中不可避免发生高温冲蚀,引起涂层失效。采用等离子喷涂工艺制备不同喷涂距离、不同喷涂功率的热障涂层,并对其进行1 000℃/60°高温冲蚀试验,研究制备参数对热障涂层耐高温冲蚀性能的影响规律。结果表明:42 kW功率制备涂层,随喷涂距离的增加(110,120,130 mm),涂层耐高温冲蚀性能降低,冲蚀率显著增大(31.40,45.11,76.79 mg/g);110 mm喷涂距离下制备涂层,随喷涂功率的增加(39,42 kW),涂层耐高温冲蚀性能提高,冲蚀率减小(58.86,31.40 mg/g);涂层力学性能是影响其高温冲蚀性能的重要因素。     

运行状态下风力机叶片涂层沙蚀磨损研究

通过对运行状态下的1.5 MW风力机叶片缩微模型进行冲蚀磨损试验,模拟真实运行状态下风力机叶片涂层的冲蚀磨损过程,研究不同叶轮转速、叶片分区、沙粒粒径对叶片涂层冲蚀磨损量的影响,分析叶尖前缘和近后缘处表面磨损的微观形貌,明确了运行状态下风力机叶片与沙粒之间的相互作用方式及冲蚀磨损机理.运行状态下,风力机叶片涂层冲蚀磨损进程特征依次为麻面、冲蚀坑、冲蚀坑合并、涂层小块剥落和涂层大面积剥落.不同叶轮转速下叶片涂层的冲蚀磨损量虽存在差异,但冲蚀磨损进程有着较高的相似性,可将整个过程分为磨损孕育期、快速磨损期和缓慢磨损期.随着冲蚀区域与叶根距离的增大,叶片涂层的冲蚀磨损量不断增大.不同粒径沙粒冲击叶片涂层,冲蚀磨损进程总体趋势相似,但粒径越小,冲蚀磨损进程的发展越缓慢.沙粒冲蚀前缘处的相对运动可近似为垂直冲击,冲蚀磨损特征主要为近圆形冲蚀坑及横向裂纹扩展下的涂层脱落;冲击近后缘处时,冲蚀磨损程度明显低于前缘处,冲蚀磨损形式主要为凹形压痕及鳞片状薄片脱落.     

激光熔覆FeCrNiCoCuAlx高熵合金涂层的耐腐蚀与抗冲蚀性能

采用激光熔覆技术在Q345钢表面制备FeCrNiCoCuAl_x(x=0, 1, 2, 3)高熵合金涂层。通过XRD,SEM及冲蚀磨损等实验方法研究高熵合金涂层的组织结构与性能。结果表明:随着Al含量的增加,高熵合金涂层由简单结构的FCC和BCC混合固溶体逐渐转变成全部的BCC结构,涂层的硬度也随之增大,最高可达580HV。在3.5%NaCl溶液中,涂层的腐蚀电流密度随着Al含量的增加先降低后提高,且当x=1时涂层具有最好的耐蚀性。冲蚀磨损实验表明,当冲蚀角度由90°减小到30°时,冲蚀磨损量不降反升,表现出韧性材料的冲蚀特征。涂层的抗冲蚀性能随着Al含量的增加而增强,且冲蚀磨损机制由锻造挤压转变为以微切削和犁削为主。     

超音速火焰喷涂Cr3C2-NiCr层激光重熔后的冲蚀性能

利用激光重熔技术对超音速火焰喷涂(HVOF)涂层进行改性处理,可改善涂层质量.采用HVOF技术在低碳钢表面喷涂Cr3C2-NiCr层,然后对其进行激光重熔处理,考察了熔覆后涂层的冲蚀性能.结果表明:HVOF层激光重熔后以不同角度冲蚀,30°冲蚀时冲蚀率最大,表现为塑性材料的冲蚀性能;激光重熔HVOF层在冲蚀初期冲蚀率较大,随着冲蚀次数的增加,冲蚀率降低,冲蚀性能最终优于低碳钢和HVOF层;HVOF层激光重熔后致密性提高.     

CrAlN抗冲蚀涂层制备及性能研究

为提高钛合金材料抗冲蚀性能,利用真空阴极电弧沉积技术在TC11钛合金上沉积CrAlN涂层,研究靶电流、偏压和气压对涂层结构及性能的影响。采用扫描电镜观察膜层表面和截面形貌,金相显微镜对表面的大颗粒进行定量分析;显微硬度计测量膜层的维氏显微硬度;采用喷砂试验机对涂层的抗冲蚀性能进行测试,通过三维表面轮廓仪测量涂层厚度和侵蚀坑的深度;X射线衍射仪表征涂层中的晶体结构。结果表明:靶电流从70A增大到110A,虽可提高涂层的沉积速率,但会导致涂层表面大颗粒增加,从而降低涂层的抗冲蚀性能;气压从1Pa增大至4Pa,可有效地减少涂层表面颗粒的尺寸及数量,但也会一定程度降低沉积速率及硬度;偏压对CrAlN涂层的结构及性能影响最大,偏压在-50V时涂层呈(200)择优取向,-100V涂层呈(111)择优取向,-200V时,涂层择优取向不明显;且随着偏压的增加,涂层的硬度及抗冲蚀性能增大,在高冲蚀角下,冲蚀的失效机理为脆性失效。结论:工艺参数中靶电流对表面质量的影响最大;涂层的生长取向与偏压密切相关;CrAlN涂层的表面质量及硬度直接影响其抗砂粒冲蚀性能,偏压对涂层抗冲蚀性能影响最大。最终优化的工艺参数为:靶电流90A、偏压-100V、气压4Pa。     

微/纳米复合涂层的抗冲蚀磨损性能

为了修复在冲蚀磨损环境下流体机械的过流部件,在分析过流部件冲蚀磨损机理的基础上,优选微/纳米颗粒填料对有机复合弹性涂层的黏性底层和抗冲蚀橡胶层进行优化设计,模拟现场工况利用转盘式磨损实验装置对涂覆该涂层的试件以及另外四种不同表面处理方法的试件进行耐冲蚀磨损性能实验,并采用失重法和扫描电镜(SEM)对冲蚀磨损结果进行了分析和对比。结果表明:经过35h的冲蚀磨损后,所研究的五种不同表面处理方法处理后的试件在冲蚀磨损过程中的质量变化规律相同,微/纳米复合涂层具有最佳的耐冲蚀磨损性能,基本没有失重,而用胎体粉涂覆的试件耐冲蚀磨损性能最差,说明该涂层能有效修复过流部件并提高过流部件的抗冲蚀磨损能力。     

超音速等离子喷涂WC-10Co4Cr涂层的力学性能及冲蚀磨损失效分析

为改善水轮机表面的抗冲蚀磨损性能,采用超音速等离子喷涂微米WC-10Co4Cr粉末制备碳化物金属陶瓷涂层。对涂层的显微硬度、孔隙率、结合强度、抗冲蚀性能进行了测试,通过X射线衍射仪(XRD)和扫描电子显微镜(SEM)表征和分析了WC-10Co4Cr涂层的物相组成、微观组织结构,并探讨了涂层在含沙水流中的冲蚀磨损失效机制。结果表明:获得的WC-10Co4Cr涂层的孔隙率为0.5%,平均显微硬度达1 226HV0.2,结合强度为70MPa,涂层的抗冲蚀磨损性能是基体的2.46倍,可有效提高基体的抗冲蚀性能,在含沙水流作用下的冲蚀磨损失效以犁削和剥落磨损为主。