钛合金基体上AlCrN涂层的冲蚀磨损行为研究

目的研究钛合金基体表面的Al CrN涂层在固体粒子冲蚀条件下的磨损性能和材料去除机制。方法采用阴极电弧离子镀物理气相沉积技术在钛合金基体表面制备AlCrN硬质涂层。利用扫描电镜(SEM)分析冲蚀试验前后试样表面的微观形貌;利用能谱分析仪(EDS)和X射线衍射仪(XRD)分析涂层的化学成分和物相组成;利用白光干涉轮廓仪检测试样表面粗糙度和冲蚀试验后试样表面的冲蚀坑深度;利用纳米压痕仪和多功能材料表面性能测试仪测量试样的显微硬度、弹性模量和涂层与基体的结合力;利用冲蚀试验机考察高角度冲蚀条件下试样的抗冲蚀磨损性能。结果抛光后的钛合金表面光滑,没有明显缺陷,硬度为4.29 GPa,弹性模量为141.02 Gpa。Al Cr N涂层厚度约为10.5μm,表面有大量尺寸不一的球形颗粒和圆形凹坑等生长缺陷,硬度为23.27GPa,弹性模量为264.95GPa,XRD图谱表明AlCrN涂层中主要存在AlN相和Cr N相。在冲蚀角度90°、粒子冲击速度85 m/s和冲蚀粒子供给速率(2±0.5) g/min的条件下,Al CrN涂层的冲蚀坑深度仅为钛合金基体的1/10。通过冲蚀表面微观形貌观察与分析发现,钛合金基体表面的冲蚀磨损特征主要有冲击凹坑、挤压唇和微切削痕,Al Cr N涂层表面的冲蚀磨损特征主要有微切削痕、大颗粒塑性变形和剥落坑。结论钛合金的冲蚀磨损行为为典型的塑性材料冲蚀磨损机制。AlCrN涂层在冲蚀早期为塑性材料冲蚀磨损机制,随着冲蚀的进行,既有塑性材料冲蚀磨损机制,又有脆性材料冲蚀磨损机制。     

冲蚀角对等离子喷涂WC-12Co涂层冲蚀磨损的影响

金属材料表面涂层在长期工作过程中,受到强风、沙尘的综合作用,使涂层表面发生冲蚀作用,造成设备失效。通过自制的干砂型常温冲蚀磨损试验机对等离子喷涂WC-12Co涂层进行冲刷试验,并结合流体力学软件FLUENT,利用试验和模拟相结合的方法研究了冲击角度对其冲蚀磨损性能的影响及其冲蚀磨损机理。结果表明:在冲蚀角度为60°时,涂层的冲蚀磨损量较大,90°次之,30°最小。30°时涂层的失效形式为微切削冲蚀,90°时涂层的失效形式为疲劳剥落。     

高速电弧喷涂FeMnCrAl/Cr_3C_2涂层的抗高温冲蚀磨损性能

采用高速电弧喷涂技术在20(AISI 1020)钢基体表面制备FeMnCrAl/Cr3C2涂层,通过光学显微镜(OM)、场发射扫描电镜(FE-SEM)等方法,对FeMnCrAl/Cr3C2涂层显微组织、抗高温冲蚀磨损性能和冲蚀磨损机理进行研究。结果表明:在全部冲击角范围内,FeMnCrAl/Cr3C2涂层表现出优于20钢的抗高温冲蚀磨损性能;FeMnCrAl/Cr3C2涂层的冲蚀磨损机理如下:在低冲击角下,破坏模式以犁耕和切削作用为主;在高冲击角下,破坏模式以挤压疲劳开裂和脱落作用为主;在中间冲击角范围,破坏模式表现为挤压和切削;在全部冲击角下,破坏模式都伴随着新鲜表面在二次冲击下的脆性开裂脱落和过度塑性变形导致疲劳脱落的复合失效形式。     

冲蚀试验机试件装夹及分度装置设计

在钻井过程中,设备的冲蚀磨损十分严重,因此需要对钻井设备的冲蚀磨损进行分析,找出冲蚀原因,从而采取措施,减少冲蚀对设备的破坏。冲蚀室是完成冲蚀试验的主要装置,由试件夹具和分度装置组成。现有冲蚀实验试件夹具的固定方法容易损伤试件的结构及其表面涂层材料的完整性。为了解决这一问题,设计了一种在不损伤试件结构的情况下、能够实现一次装夹4个试件的夹具,提高了实验效率。并针对该冲蚀试验机设计了一种分度装置,可实现同一时刻不同试件不同冲蚀角度的冲蚀试验。文中的研究对冲蚀实验中降低夹具对工件的损伤、提高实验效率和方便调整不同冲蚀角度具有重要意义。     

高速电弧喷涂FeMnCr/Cr3C2涂层抗高温冲蚀磨损性能

针对超临界锅炉管道的严重冲蚀磨损问题,采用高速电弧喷涂技术在20钢表面制取耐磨涂层,并研究其高温冲蚀磨损特性。采用场发射扫描电子显微镜和X射线能谱分析等方法探讨涂层的冲蚀磨损规律。结果表明,FeMnCr/Cr3C2涂层最大冲蚀率出现在冲击角60°附近,表现出半塑性冲蚀磨损特征;其耐高温冲蚀性与FeCrNi/Cr3C2涂层相近,明显优于20钢。     

新型高温冲蚀磨损试验方法研究

介绍了一种新型高温冲蚀磨损测试装置及方法,研究了冲蚀距离、冲蚀温度、冲蚀速度、冲蚀角度等因素对涂层冲蚀磨损测试结果的影响.结果表明,所研制的新型高温冲蚀磨损测试装置结构简单、操作方便、运行稳定、所测试的数据重现性好,利用该装置可以评价不同冲蚀温度、冲蚀速度和冲蚀角度条件下涂层的耐冲蚀磨损性能.     

钢-混凝土组合梁表面复合涂层在风沙环境中的冲蚀磨损特征

针对钢-混凝土组合梁表面复合涂层在风沙环境中发生冲蚀损伤劣化的问题，制作了两种钢基体复合涂层试件，采用气流挟沙喷射法，研究了风沙侵蚀下复合涂层的冲蚀磨损特征，基于Bitter冲蚀理论建立了复合涂层的冲蚀损伤计算模型，并应用计算流体力学(CFD)的方法和试验数据对该模型进行了验证。结果表明：聚氨酯面漆与环氧云铁中间漆的抗冲蚀性能相近，二者主要起抗风沙冲蚀的作用；当冲蚀角度为60°时，复合涂层的冲蚀磨损量最大，其冲蚀特性介于塑性材料与脆性材料之间，且仿真值与试验值较为接近，验证了该模型的可靠性。     

钢结构镀锌涂层冲蚀磨损表面形貌及粗糙度

我国西北地区风沙特殊环境对该地区钢结构的耐久性和安全性影响严重。利用风沙环境侵蚀实验系统、扫描电子显微镜(SEM)和激光共聚焦显微镜(LSCM)研究钢结构镀锌涂层受风沙冲蚀磨损损伤行为和损伤形貌,并分析其表面粗糙度。结果表明:涂层材料的冲蚀损伤行为更加依赖于冲蚀角度,在不同冲蚀角度下风沙流对涂层材料的冲蚀磨损过程同时存在类似表面划伤和挤压变形剥落;涂层材料的冲蚀坑深度随着冲蚀速度的增大而增加,在90°时冲蚀坑深度大于45°时的冲蚀坑深度;在相同的冲蚀速度下,45°时表面平均粗糙度Sa和均方差Sq较90°时大,在相同的冲蚀角度下,Sa和Sq均随速度的增大而增大。在冲蚀中后期,粒子对凹凸不平的表面冲蚀磨损破坏严重,试件表面峰谷的形成和破坏导致冲蚀率增加。     

超音速火焰喷涂Cr3C2-NiCr涂层在NaOH 溶液中的腐蚀及冲蚀腐蚀磨损性能

目的 分析超音速火焰喷涂制备的Cr3C2-NiCr涂层在碱性环境中的腐蚀及冲蚀腐蚀磨损性能,揭示涂层腐蚀及冲蚀腐蚀磨损失效机制。方法 利用超音速火焰喷涂技术在45#钢表面制备Cr3C2-NiCr金属陶瓷涂层,采用光学显微镜、显微硬度仪、碱性环境腐蚀性能试验台、电化学分析仪、冲蚀腐蚀磨损试验机、电子天平、扫描电子显微镜,分别对组织结构、显微硬度、碱性环境下耐蚀性能、耐冲蚀腐蚀磨损性能、冲蚀腐蚀磨损损失质量及表面形貌进行测试。结果 Cr3C2-NiCr涂层呈典型层状结构,内部随机分布着孔隙及氧化物,涂层孔隙率及显微硬度平均值分别为1.3%和817HV0.1。在pH=11的NaOH溶液中,涂层的电化学腐蚀电位为-0.38 V,腐蚀反应生成的氧化物可有效阻止腐蚀继续进行,长期浸泡过程中,腐蚀介质通过裂纹或穿透性孔隙渗入涂层内部直至基体表面,并发生腐蚀反应,形成的腐蚀产物逐渐累积并排出至涂层表面,最终形成体积较大且呈团絮状的腐蚀产物。在碱性腐蚀环境下,腐蚀介质加剧冲蚀磨损中的材料消耗。相同条件下,涂层腐蚀冲蚀磨损损失质量明显小于基体材料,涂层的冲蚀腐蚀磨损失效机制主要有腐蚀产物脱落、硬质颗粒剥落、粘结相磨耗、缺陷处因疲劳裂纹整体脱落。结论 在碱性环境中,Cr3C2-NiCr涂层具有较强的耐腐蚀性能,腐蚀介质能加快涂层冲蚀磨损进程,磨损后表面为非光滑表面,使涂层具有较优的抗冲蚀磨损性能,故Cr3C2-NiCr涂层可显著改善基体表面的综合使用性能。     

超音速等离子喷涂沉积可磨耗封严涂层研究

采用超音速等离子喷涂沉积Ni-C及NiCr-BN可磨耗封严涂层,通过实验对比研究两种涂层的结合强度、表面硬度及在不同冲蚀角下的冲蚀磨损性能.结果表明:NiCr-BN涂层中的润滑相尺寸比Ni-C涂层更为细小;NiCr-BN涂层的结合强度及表面硬度均高于Ni-C涂层;NiCr-BN涂层的抗冲蚀性能要优于Ni-C涂层.     

CoCrWSi涂层高温冲击磨粒磨损行为*

CoCrWSi涂层由于其优异的耐高温氧化性能,有望成为汽轮机零部件的防护涂层之一。但是关于该涂层在汽轮机真实服役环境中的高温冲击磨粒磨损行为却鲜有报道。以汽轮机阀门部件材料SA-182F92为基体,制备CoCrWSi防护涂层。利用自研的高温沙粒冲击试验机,研究CoCrWSi涂层在沙蚀环境中的高温冲击磨损行为,通过冲击动力学响应和磨痕形貌来评价该涂层的耐冲击磨粒磨损性能。结果表明：CoCrWSi涂层具有耐高温冲击磨粒磨损性能,具体表现为相同冲击次数下,CoCrWSi涂层样品的磨损面积、磨损体积和最大磨痕深度比基体样品小数倍,CoCrWSi涂层样品的能量吸收量和吸收率均小于基体样品。在高温沙粒环境下,冲击的过程中会有大量的沙粒嵌入磨痕表面,沙粒具有的不规则棱角会切削磨痕表面,进而磨痕表面可以观察到大量犁沟。在高温沙粒环境下,基体与涂层的磨损机理为塑性变形和磨粒磨损。不同的是,软化的基体在冲击区域边缘有明显的隆起,发生更严重的塑性变形;而涂层在冲击过程中虽没有完全剥落,但涂层内部萌生了微裂纹,磨痕表面也有部分涂层剥落。研究结果是在模拟汽轮机真实服役状况下得出的,试验参数如加热温度、沙粒（杂质...     

前缘磨蚀对风力机叶片材料特性影响的数值研究

为探究风沙环境下前缘受损风力发电机叶片的载荷变化,基于有限元法对受损叶片进行数值模拟,研究不同载荷、不同冲蚀程度以及不同材料对叶片的应力、位移、固有频率的影响.结果表明:当冲蚀程度在0 mm×0 mm至1 mm×1 mm之间,冲蚀的深度和厚度对叶片应力的影响较小;叶片材料密度增大,风轮的转速增高,对叶片的应力影响较大;提高风速虽然使叶片气动载荷增大,叶片整体应力增大,但是应力趋势变化不明显;冲蚀程度增大对叶片位移影响较小;提高风速或者提高风轮转速会使叶尖最大位移增大,同时材料密度大的叶片位移更大;在叶片的前3阶模态分析中,冲蚀程度对叶片影响极小,在第8阶模态中,随着冲蚀程度增大,叶片的固有频率逐渐减小.     

水轮机叶片表面聚氨酯弹性涂层的抗磨蚀性分析

目的分析聚氨酯弹性涂层的抗磨蚀性机理,并研究其在水利工程表面防护中的应用。方法对水轮机叶片的气蚀磨损机理进行分析,采用PU喷涂技术在水轮机叶片钢材(0Cr13Ni5Mo)上做一层聚氨酯弹性耐磨涂层,并对涂层的性能进行检测与分析。结果当聚氨酯组分的官能度为2.4时,聚氨酯弹性涂层表现出优异的综合力学性能,涂层与水轮机叶片间的物理结合力达到12.6 MPa,涂层磨耗值保持在较低范围内(2~3 mg/1000 r)。结论聚氨酯弹性涂层能减缓含沙水流对水利工程中高速运转机械设备的冲刷磨损、空蚀破坏,延长水轮机叶片、水泵叶轮的使用寿命。     

风电机组关键部件磨蚀现状及防治研究进展

随着风电事业的迅猛发展,风电机组关键部件磨蚀问题日益突出,而关于该问题的全面综述鲜有报道,亟须系统分析总结风电机组磨蚀问题及防治手段,为解决长期困扰风电行业的磨蚀难题提供参考和建议。首先,阐述陆上及海上风电机组金属部件腐蚀磨蚀现状,统计国内典型区域非金属部件的磨蚀现状,分析其产生磨蚀损伤的机理,指出塔筒等金属结构件腐蚀磨蚀问题突出,叠加所在地的特殊区域环境,出现加速失效;齿轮等金属零部件的磨蚀损伤是进一步失效的诱发因素,表现出与承担功能相关的特有失效形式;非金属部件以叶片前缘的磨蚀最为突出,引起持续的发电量损失和维修费用激增。其次,分别综述风电机组金属部件和非金属部件的磨蚀防护技术,指出塔筒等结构件在普遍应用传统涂层保护的基础上,仍须探索包覆技术和附加防护装置等新的防护方式;叶片本体涂料防护技术相对成熟,但涂料防护和贴膜防护均无法满足叶片前缘全周期防护的要求。最后,分析总结风电机组关键部件磨蚀防治存在的主要技术问题,对后续的研究方向进行了探讨和展望,填补了风电机组关键部件磨蚀防治领域的综述空白。     

Erosion wear behaviour and mechanism of abradable seal coating

1　ＩＮＴＲＯＤＵＣＴＩＯＮＴｈｅｃｌｅａｒａｎｃｅｂｅｔｗｅｅｎｔｈｅｒｏｔａｔｉｎｇｂｌａｄｅｓａｎｄｔｈｅｃａｓｉｎｇｓｈｏｕｌｄｂｅａｓｓｍａｌｌａｓｐｏｓｓｉｂｌｅｉｎｏｒｄｅｒｔｏｉｎｃｒｅａｓｅｔｈｅｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙａｎｄｒｅｄｕｃｅｔｈ     

模拟风沙环境下混凝土防护涂层抗冲蚀性能的研究

目的 研究不同类型的防护涂层对风沙环境下混凝土抗冲蚀性能的影响规律及作用机理,从而选取适合风沙环境且综合性能良好的混凝土防护涂层.方法 以聚氨酯、丙烯酸及环氧树脂为研究对象,对三种混凝土结构防护涂层进行了研究.通过接触角和显微硬度对涂层的物理及力学性能进行了分析,并利用模拟风沙环境侵蚀实验系统,在不同冲蚀参数下,对混凝土结构防护涂层体系的抗冲蚀性能的变化规律进行测试.结合混凝土防护涂层风沙冲蚀实验及扫描电镜表征,探究风沙环境下混凝土防护涂层的冲蚀机理.结果 相同冲蚀条件下,不同防护涂层的冲蚀率大小为:聚氨酯防护涂层>环氧树脂防护涂层>丙烯酸防护涂层.喷涂丙烯酸防护涂层试样的抗冲蚀性能比喷涂聚氨酯防护涂层的试样提升了约57.56％,比喷涂环氧树脂防护涂层的试样提升了约33.57％.冲蚀表面分形维数(Ds)的变化在一定程度上反映了不同冲蚀阶段的变化,结合Ds及被冲蚀后涂层表面的微观形貌特征,发现在低角度冲蚀时,受粒子拉应力影响,涂层表面发生了撕裂及脱粘现象,冲蚀率较高.在高角度冲蚀时,受粒子压应力影响,涂层表面出现隆起及空穴等塑性变形,冲蚀表面Ds增加,且在材料屈服应力范围内未造成损伤界面的脱落,故冲蚀率较低,显示出典型塑性材料冲蚀损伤的特征.结论 聚氨酯、丙烯酸及环氧树脂防护涂层体系,均能提高混凝土的抗冲蚀性能.结合防护涂层的接触角及硬度测试结果,发现丙烯酸防护涂层作为风沙环境中混凝土结构防护涂层时,效果较好,适用于该环境下的混凝土防护.不同防护涂层在受到冲蚀时,不存在明显的塑性变形和脆性破坏阶段,而是随冲蚀分量变化,涂层由塑性变形向脆性破坏过渡,且该现象存在于整个冲蚀过程中.     

Erosion of A356.2 alloy by SiO2 particles

Automatic moulding has been widely applied in the casting industry, but erosive wear of moulding dies occurs when being filled with SiO₂ sand. A356 alloys have often been used as the die material although their erosion behaviours are still unclear. In this investigation, SiO₂ sand erosion of A356.2 alloy in the as-cast, naturally aged and artificially aged conditions was studied by varying the impact angle and choosing two pressures (0.15 and 0.3 MPa) of compressed air to carry the sand particles. The results indicate typical ductile erosion behaviour in which the maximum erosion rate occurs at oblique impact angles of about 20° to 25°, although both ductile wear mechanisms and brittle cracking of eutectic Si particles are present. Despite the improvement of the mechanical properties, the erosion resistance of the naturally aged specimens is only compatible to that of the as-cast specimens, and the artificially aged specimens show the greatest erosion rate at an air pressure of 0.3 MPa. Erosion of the artificially aged specimens also leads to a softening effect by dissolution of the Mg₂Si particles.     

High-Temperature Erosion Resistance of FeBSiNb Amorphous Coatings Deposited by Arc Spraying for Boiler Applications

Erosive high-temperature wear in boilers is one of the main causes of downtime and one of the principal engineering problems in these installations. This article discusses the use of FeBSiNb amorphous coatings synthesized by arc spraying to improve elevated-temperature erosion resistance for boiler applications. The influence of test temperature, velocity, and impact angle on material wastage was revealed using air solid particle erosion rig. The experimental results showed that moderate degradation of the coating was predominant at lower impact velocity and impact angles, while severe damage arose for higher velocities and impact angles. The erosion behavior of the coating was sensitive to test temperature. The erosion rates of the coating decreased as a function of environment temperature. The relationship between microstructure and erosion resistance of the coating was also analyzed in details. The FeBSiNb coating had excellent elevated-temperature erosion resistance at temperatures at least up to 600 °C during service.     

车用柴油机缸套活塞磨损试验台设计

为研究南疆风沙环境中车用柴油机在不同沙尘浓度、工作速度、环境温度等条件下对发动机缸套活塞磨损的影响，设计柴油机缸套活塞磨损试验台。试验台主要由风沙输送装置、驱动传动装置、磨损测量及测试系统等组成，通过风沙输送装置模拟沙尘浓度、速度等参数变化的要求；设计的测控系统能够完成工作压力、环境温度、沙尘流量、转速等传感信息的收集和可视化。试验台采用动力机械常用的柴油发动机作为研究对象，适用于实验室中在研发缸套活塞耐磨材料时的测试装备。此试验机操纵方便，可拓展性强，可用于研究南疆风沙环境对内燃机磨损的规律、空滤的堵塞机制、进气阻力分析等。     

镍基合金表面激光熔覆钴基合金涂层的耐磨性能

为了提高涡轮叶尖端部的耐磨性能,以钴基合金粉末为涂层原材料,利用CO2激光器,在镍基合金表面上熔覆了优质耐磨涂层.采用销盘式摩擦磨损试验机进行了镍基合金及激光熔覆涂层的干摩擦磨损试验.试验结果表明,镍基合金的平均摩擦系数为0.48,钴基合金涂层的平均摩擦系数为0.30,钴基合金涂层的平均磨损量低于镍基合金材料,说明钴基合金涂层具有较高的耐磨性.