某核电厂循环水泵叶轮失效原因分析及防护措施

目的提高核电厂海水循环水泵(以下简称"循泵")叶轮的耐磨性能。方法采用表面工程技术,在叶轮表面涂刷熔融环氧粉末涂层、WC涂层和耐磨陶瓷涂层,以提高叶轮的耐磨性。通过对比材料本身的硬度和断裂韧性,分别评价两种新材料在海水中的耐磨性能,并通过实践验证对三种涂层的耐磨可行性进行了详细分析。结果分析结果表明,该双相不锈钢叶轮的损坏为典型的磨损腐蚀,同时伴随着微弱的电化学腐蚀。经过实践验证,厚度为0.8~1 mm的熔融环氧粉末涂层由于与金属基材间的结合力较差,使用一周期后存在大面积的脱落现象,起不到保护叶轮的作用。厚度为0.5 mm的WC涂层在运行后检查发现涂层存在一定程度的减薄,部分区域仍存在微弱的冲蚀现象,而且其价格较昂贵,使用效果与经济性不成比例。耐磨陶瓷涂层整体达到了牺牲涂层从而保护母材的目的。结论实践表明仅靠选材无法彻底根除磨损腐蚀,结合表面工程技术,综合使用效果和经济性,最终确定耐磨陶瓷涂层为循泵叶轮表面防护的最佳涂层。     

表面纳米化对316L不锈钢干摩擦性能的影响

目的研究表面纳米化316L不锈钢干摩擦磨损性能,以获得合理的喷丸时间,提高316L不锈钢的使用寿命。方法采用普通喷丸强化方法对316L不锈钢进行表面纳米化处理,利用洛氏硬度计测量了纳米化前后材料表面洛氏硬度;利用激光共聚焦显微镜观察了纳米化前后材料表面三维形貌,测量了材料表面的粗糙度;利用扫描电子显微镜观察了表面纳米化处理后横截面的金相组织;利用材料表面性能综合测试仪在干摩擦条件下进行了摩擦磨损实验,测量了材料的摩擦系数;利用扫描电子显微镜观察了磨痕表面形貌,分析了材料的磨损机理。结果与未纳米化试样相比,喷丸时间为15 min时,表面硬度提高9.7%,而表面粗糙度降低17.6%,干摩擦系数降低17.3%;喷丸时间为30 min时,表面硬度提高34.1%,粗糙度降低35.1%,干摩擦系数降低28.8%。未纳米化试样呈现典型的粘着磨损和磨粒磨损机制,而纳米化处理后试样则主要呈现疲劳磨损和磨粒磨损机制。结论表面纳米化处理后试样表面硬度随处理时间的增加而增加,粗糙度随处理时间的增加而降低,干摩擦系数随处理时间的增加而减小。喷丸处理时间较短时以疲劳磨损为主,处理时间较长时以磨粒磨损为主。     

TC11及表面改性膜层在海水中的微动磨损研究

通过对TC11钛合金进行不同表面改性实验(微弧氧化、N+离子注入、DLC多层膜),得到不同表面改性膜层。利用扫描电子显微镜(SEM),X射线衍射(XRD)和Raman光谱研究表面改性层的相组成和微结构。在模拟海水环境下,采用SRV-IV微动磨损试验机评价TC11合金及不同表面改性膜层的微动磨损性能(摩擦系数、磨损量及磨损机制),并比较抗微动防护效果。结果表明,TC11经改性后摩擦系数呈现不同程度下降,磨损量的降低则非常明显,其中DLC多层膜抗微动防护效果最显著。海水介质中各摩擦系数显著比纯水中低。海水中钛合金的磨损量小于纯水中的数值,腐蚀与磨损呈"负交互作用"规律,而改性层磨损较纯水中略高。     

风力发电机叶片复合材料的冲刷磨损

采用真空袋压成型工艺制备了叶片复合材料,并利用冲刷磨损试验机对复合材料在气固两相流下的冲刷磨损行为进行了研究。结果表明,冲刷角从15°逐渐增大,材料磨损质量损失增大,当冲刷角达到90°时,材料质量损失量达到极大值,为1.2283 g/kg,且整个过程材料质量损失与角度呈类似线性关系;材料的冲刷磨损质量损失随风速增大而急剧增大,当风速达到17.4 m/s时,材料质量损失可达2.7899 g/kg;随着磨粒粒径变化,材料的磨损质量损失呈曲线变化,在粒径范围为0.42~0.212 mm时,质量损失达到极大值(0.8507 g/kg)。     

不同载流条件下Cu-Ag-Cr合金导线的摩擦磨损行为

载流条件下材料的摩擦磨损行为探究对于铜合金架空导线、电极电刷以及继电器触头等的实际使用具有重要意义。在自制摩擦磨损试验机上,以黄铜为对磨材料,对真空感应熔炼制备的Cu-4Ag-0.8Cr合金导线进行载流摩擦磨损试验。采用电子天平、扫描电子显微镜等对合金载流磨损率、磨损表面形貌及载流磨损机理予以分析。结果表明,电流在0~6 A范围内,随着电流的增加,合金导线的磨损率和温度均在增大。随着时间的延长,接触电阻由较大的初始值迅速降低,而后围绕一个中值上下波动。Cu-4Ag-0.8Cr合金导线在载流条件下的主要磨损形式为磨粒磨损、粘着磨损以及电侵蚀磨损。     

TiN、TiCN和CrN涂层在海水环境下的摩擦学性能

为提高海洋机械系统关键摩擦零部件的摩擦学性能,分别用多弧离子镀制备的TiN、TiCN和CrN涂层进行其表面防护。通过扫描电子显微镜(SEM)、能谱仪(EDS)和X-射线衍射仪(XRD)表征涂层的结构,用纳米压痕和划痕仪测试其硬度和结合力,并用UMT-3往复式摩擦磨损试验机测试涂层的摩擦磨损性能。结果表明,在海水环境中CrN涂层具有最低的摩擦因数。TiN和TiCN涂层已被磨穿,而CrN涂层在海水中最大磨痕深度为1.5μm左右,表明CrN在海水环境中具有良好的耐磨性。CrN涂层在海水中涂层的磨损率小于在蒸馏水中,说明海水的腐蚀作用在磨损过程中不明显,而海水环境良好的润滑性能起了主导作用,导致磨损率较低,这表明CrN涂层在海水环境中主要的磨损机理为机械磨损。     

Ti6Al4V钛合金表面Zr-N合金化层的抗高温摩擦磨损性能

为了改善钛合金的高温耐磨性能,采用锆-氮离子共渗与异步渗(渗锆后再氮化处理)两种工艺技术分别在Ti6Al4V钛合金表面制备致密的锆-氮合金化改性层,对比研究了合金化层的组织结构特征和高温摩擦磨损性能。结果表明,两种工艺制备的Zr-N合金层表面均由ZrN相组成,异步渗改性层的内层则包含较厚的Zr-Ti固溶体,两种等离子表面合金化层均使钛合金表面硬度显著提高。同样温度和处理时间条件下,异步渗合金化层的厚度约为锆-氮共渗合金化层厚度的6倍,且氮化物层也较厚,原因归于前者处理过程中Zr与Ti之间良好固溶特性的充分发挥及ZrN相的扩散障作用的有效抑制。300℃高温下球盘摩擦磨损试验结果表明,由于锆-氮共渗合金化层深度较小,因而改善钛合金基材耐磨性能的效果相对较低。锆-氮异步渗处理则使Ti6Al4V钛合金耐磨性能显著提高,摩擦因数降低50%以上,比磨损率降低2个数量级,原因归于该类合金化层高的表面硬度、大的层深、良好的高温抗氧化性能及优异表面承载能力的有机匹配。     

等离子喷涂 NiCr-Cr3C2基复合自润滑涂层的组织及摩擦学性能

将NiCr-Cr3C2复合粉和Ni包MoS2粉按不同比例混合,制成三种喷涂粉末,采用等离子喷涂技术在304不锈钢表面制备复合自润滑涂层,并对涂层的物相组成、显微组织及摩擦磨损性能进行了研究。结果表明:三种涂层的物相组成相同,主相均为Cr7C3,Ni和MoS2;涂层与基体的结合为机械结合,孔隙率较低,表面有少量微裂纹;喷涂粉末中的Ni包MoS2粉偏少或偏多都会导致涂层的摩擦磨损性能变坏,Ni包MoS2粉质量分数为30%时,涂层的摩擦系数及磨损率最低,分别约为0.36和3.3×10-4mg/s。     

TiVCN复合膜的微结构、力学性能与摩擦磨损性能研究

采用多靶磁控溅射技水,分别利用不同V靶功率和石墨靶功率制备一系列不同V含量和C含量的TiVN和TiVCN复合膜.利用X射线衍射仪、纳米压痕仪、高温摩擦磨损仪研究了TiVN和TiVCN复合膜的微结构、力学性能及室温和高温摩擦磨损性能.研究表明,当V靶功率为60 W时,TiVN薄膜的硬度达到最大值,为25.02 GPa.在此基础上逐渐加入C元素,当石墨靶功率为20 W时,TiVCN薄膜的硬度达到最大值,为28.51 GPa.当石墨靶功率进一步增加,薄膜的硬度值开始逐渐降低.室温下,随着石墨靶功率的增加,TiVCN薄膜的摩擦系数逐渐减小.高温下,TiVCN复合膜的摩擦系数随着温度的升高先增加后减小,在700℃时获得最小值,当温度继续升高摩擦系数又增加.讨论了高温下TiVCN复合膜Magneli相的作用和自适应机制.     

发动机的曲轴材料42CrMo磨削淬硬及磨损试验

在MM7132平面磨床上对曲轴用材料-42CrMo钢进行了磨削淬火实验、在ML-100磨粒磨损试验机上进行了磨损试验,提高了农用柴油发动机的曲轴强度及耐磨性,42CrMo钢淬硬层的最高硬度达到了860HV,淬硬层的厚度达到了1．5mm;淬硬层由条状马氏体组成,过渡区由少量马氏体及回火索氏体组成;磨削淬火后试件的耐磨性提高了3倍。