钛合金表面CrAlTiN单层涂层冲蚀损伤机理研究

目的主要开展钛合金表面制备Cr Al Ti N单层涂层后的撞击实验,探究不同条件下钛合金表面的冲蚀损伤规律,揭示钛合金表面的冲蚀损伤机理。方法采用多弧离子镀技术在TC4钛合金表面制备Cr Al Ti N单层涂层,并利用空气炮发射速度为300m/s的单个钢珠,在不同角度(30°、45°、60°、90°)下对涂层进行撞击损伤模拟。采用扫描电镜对撞击形貌进行观察,结合撞击表面的元素分析结果,探究钢珠撞击涂层表面的冲蚀损伤机理。结果 90°攻角下,涂层的破损主要由撞击产生的裂纹和涂层表面"液滴"的剥落共同作用引起。45°、30°攻角与60°攻角的撞击相似,损伤主要由两部分组成:一部分是垂直作用产生的裂纹和撞击导致的液滴剥落引起的涂层损伤;另一部分是切向作用引起的摩擦磨损和摩擦过程中产生的温度效应导致的钢珠熔覆。能谱图点44处主要含有Fe2O3、Ti N两种物质,说明该点的涂层已经破坏,并且在切削磨损的同时,钢珠撞击的损伤还伴随着氧化磨损。结论在300m/s的速度下,冲蚀损伤最严重部位为钢珠与涂层接触部位。冲蚀过程中会因温度效应使钢珠熔覆在涂层表面,涂层表面越粗糙,则熔覆物越多。涂层的损伤主要源于垂直分量导致裂纹的萌生和切向的犁削作用。     

WC和Al2O3对氩弧熔覆FeAlCoCrCuTi0.4高熵合金涂层组织和耐冲蚀性能影响

利用氩弧熔覆技术制备了FeAlCoCrCuTi_0.4,WC/Al₂O₃-FeAlCoCrCuTi_0.4高熵合金涂层,并通过XRD,SEM,EDS,硬度测试和冲蚀磨损测试等方法,探究了WC和Al₂O₃的添加对FeAlCoCrCuTi_0.4高熵合金涂层显微组织和性能的影响.结果表明,通过氩弧熔覆技术所制备的合金涂层表面成形性良好,无孔洞、裂纹等缺陷产生,与基体呈高强度冶金结合.WC和Al₂O₃的添加对涂层稀释率的降低有显著作用.三种涂层都是主要由Bcc相（Fe-Cr固溶体）构成,晶粒以胞状树枝晶形式存在.添加WC后,晶粒细化明显,在各种强化作用下涂层硬度为685.8 HV.且WC和Al₂O₃的添加显著提高了涂层耐冲蚀磨损性能,耐磨性几乎可以达到FeAlCoCrCuTi_0.4高熵合金涂层的2倍.     

等离子体增强磁控溅射制备TiAlVSiCN涂层的抗冲蚀性能

目的 提高不锈钢基体的抗固体颗粒冲蚀性能.方法 在不锈钢基体表面,通过等离子体增强磁控溅射系统(PEMS),采用不同偏压工艺制备TiAlVSiCN纳米复合涂层.通过SEM、HRTEM观察涂层的微观形貌与组织,利用XRD、SAD分析涂层的物相组成与晶体结构,并通过划痕仪、纳米硬度计以及冲蚀试验机探究不同工艺涂层的结合强度、纳米硬度以及抗冲蚀性能差异.结果 采用PEMS制备出一系列不同偏压条件下的TiAlVSiCN涂层,涂层组织致密,呈柱状,主要包括纳米晶Ti(Al,V)(C,N)相和非晶相.偏压显著影响涂层的晶粒尺寸和非晶相分布,高偏压下的涂层主要由20～50 nm的Ti(Al,V)(C,N)纳米晶及其周围弥散分布的非晶相组成,而低偏压下的涂层主要由100 nm的Ti(Al,V)(C,N)纳米晶和连续分布的非晶相组成.高偏压下制备的涂层厚度超过20μm,纳米硬度可达(34.6±14.1)GPa,具有优良的结合强度(>65 N)和抗冲蚀性能,其抗冲蚀性能相比不锈钢基体提高近8倍.结论 通过与偏压参数的匹配控制,PEMS可有效调控纳米复合涂层的组织结构,实现硬度与弹性模量的良好匹配,制备出具有优良抗冲蚀性能、厚度达到20μm以上的TiAlVSiCN纳米晶-非晶复合涂层.     

热腐蚀和盐雾腐蚀影响氮化物涂层冲蚀行为的机制

金属氮化物涂层是目前重点关注的航空发动机压气机抗冲蚀涂层体系。为了兼顾热物理化学环境和应力环境的影响,进行涂层的腐蚀-冲蚀耦合行为研究十分重要。本研究对比了TiN/Ti涂层与TiN/ZrN涂层的原始状态、热腐蚀后和盐雾腐蚀后的冲蚀行为。结果表明,对于TiN/Ti涂层,在涂层的缺陷处盐雾腐蚀时形成点蚀坑,这是发生冲蚀的薄弱环节,盐雾腐蚀后TiN/Ti涂层的抗冲蚀能力及结合力低于原始涂层和热腐蚀后的涂层。对于TiN/ZrN涂层,热腐蚀过程中液滴表面形成疏松的腐蚀产物和氧化物,使其在冲蚀时更容易脱落,热腐蚀过程中产生的层间热应力削弱了涂层的结合力。热腐蚀涂层冲蚀后呈现严重的螺旋状剥落,热腐蚀后TiN/ZrN涂层的抗冲蚀能力及结合力低于原始涂层和盐雾腐蚀后涂层。     

基于CFD-DEM方法的变径T型流道冲蚀特性研究

目的 研究石油开采过程中,携砂压裂液对变径T型流道壁面冲蚀磨损规律及主要影响因素.方法 针对石油压裂管汇及井下喷砂器等工具中常见的变径T型流道的冲蚀问题,建立了基于CFD-DEM的变径T型流道固液两相流冲蚀磨损预测模型,该模型中颗粒-颗粒、颗粒-壁面碰撞采用逆向迭代碰撞搜索算法,颗粒-流体耦合计算时间步长根据耦合收敛条件自适应调整.将数值方法与正交试验方法结合,分析各因素变化对均值主效应响应的优先排序和各因素的交互作用,并进行了单因素变化对冲蚀规律的影响.结果 单因素分析时入口流速增大,T型流道最大冲蚀速率和冲蚀面积均增大,冲蚀位置向支流道出口处移动,流体携带颗粒能力增强,堆积颗粒数量减小.砂比范围为5％～35％时,最大冲蚀速率与砂比正相关.最大冲蚀速率随粒径的增大而先增大后减小,随变径比的增大而减小.与最大冲蚀速率均值主效应分析结论一致,验证了正交试验结论的准确性.结论 径向流速、切向流速、管壁压力、最大冲蚀速率为衡量变径T型流道冲蚀程度的指标时,入口流速的影响最大,其次是支撑剂粒径、变径比、砂比,入口流速与其他因素的交互作用对冲蚀速率的影响最显著.     

NiCrWFeSiBCCo合金涂层的组织与耐空蚀性

采用超音速火焰喷涂技术,在1Cr18Ni9Ti不锈钢基体表面制备NiCrWFeSiBCCo合金涂层. 采用金相显微镜(OM)、超景深体视显微镜(SM)、扫描电镜(SEM)观察涂层的显微组织和空蚀前后表面的微观形貌;采用表面粗糙度测试仪和显微硬度测试仪对涂层表面粗糙度和显微硬度进行表征;采用X-Ray衍射仪(XRD)分析涂层的相组成;采用磁致伸缩空蚀试验仪测定涂层的空蚀性能,并与1Cr18Ni9Ti不锈钢的空蚀性能进行比较. 结果表明,采用超音速火焰喷涂(HVOF)制备的NiCrWFeSiBCCo涂层组织均匀,结构致密(平均孔隙率为0.63%),硬度为1 004 HV,NiCrWFeSiBCCo涂层的抗空蚀性能明显优于1Cr18Ni9Ti不锈钢.     

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。     

20SiMn在单相液流和液固双相流中的空蚀行为

利用超声振动空蚀实验机研究了20SiMn在蒸馏水、3％NaCl单相液流和含有3kg／m^3石英砂液固双相流中的空蚀行为,探讨了腐蚀因素对单相液和液固双相流中金属材料空蚀的影响。结果表明：在液固双相流空蚀中,存在电化学腐蚀、固相颗粒的冲蚀员以及空蚀力学破坏三者的交 用。受到固相颗粒的冲蚀磨损后,金属材料表面平缓,腐蚀因素促进在单相液流和液固双相流中金属材料的空蚀破坏,但腐蚀因素引起液固双相流中空蚀失重相对增加理小于其引起单相液流中空蚀失重相对增加量。     

铝合金表面激光熔覆NiCrBSi的空泡腐蚀性能

采用连续波2kW YAG激光器在6061铝合金表面激光熔覆NiCrBSi合金，利用扫描电子显微镜（SEM／EDX），X射线衍射仪等分析检测设备研究熔覆层的组织形貌，化学成分及相组成，利用超超波感应空泡腐蚀设备对熔覆层在3．5％NaCl水溶液中的空泡腐蚀性能进行了系统评价，从而总结出激光熔覆层及基材的空泡腐蚀机制。     

大电机轴电压研究

分析了大电机轴电压的性能,产生原因,检测方法和预防措施。