徐佰明, 張瑞武, 于洋
(哈爾濱汽輪機廠有限責任公司,哈爾濱150046)
爆炸噴涂CrC涂層耐固體粒子侵蝕性能研究
徐佰明, 張瑞武, 于洋
(哈爾濱汽輪機廠有限責任公司,哈爾濱150046)
為研究不同狀態(tài)下固體顆粒對爆炸噴涂CrC涂層性能的影響,改善產(chǎn)品耐固體顆粒的沖蝕性能,采用爆炸噴涂技術(shù)制備涂層,研究了不同溫度、顆粒速度、沖擊角度下涂層的磨損率,分析溫度、固體顆粒速度、粒子沖擊角度對涂層抗沖蝕性能的影響。結(jié)果表明:爆炸噴涂CrC涂層在不同溫度和速度下磨損率都表現(xiàn)出隨角度的增大而增加的趨勢,在90°時達到最大,表現(xiàn)為典型脆性材料的磨損特性。
爆炸噴涂;固體粒子沖蝕;磨損率
爆炸噴涂一般指使用可燃氣體瞬間爆炸時產(chǎn)生大量的熱并將噴涂材料融化噴涂到零件表面的噴涂方法,由美國聯(lián)合碳化物公司研制,于1965年公開報道[1-3]。目前,爆炸噴涂方法已成功地應用于各種噴涂涂層材料,如金屬、陶瓷、金屬化合物等[4]。與其他熱噴涂工藝相比,爆炸噴涂工藝具有以下優(yōu)點[5]:1)與基體結(jié)合強度高。由于氣體燃燒后產(chǎn)生較高能量將噴涂材料融化,形成高溫高速粉末顆粒噴涂到基體表面,瞬間溫度較高,涂層與基體的結(jié)合具有冶金和機械結(jié)合的特性。2)可選用的涂層材料較為廣泛,可獲得各種性能的涂層,如硬度高,耐磨性高等。3)形成高溫高速粉末流,因此形成的涂層致密,孔隙率低,達到1%以內(nèi)。4)工件表面溫度低,熱損傷小。由于噴涂過程采用的是脈沖式,每次噴涂時工件受到融化的涂層材料熱顆粒沖擊僅幾毫秒,時間非常短,所以工件溫度一般在200℃以下,所以對基體造成組織和結(jié)構(gòu)變化。
爆炸噴涂也存在一些缺點,如爆炸噴涂的沉積效率較低且噪聲較大。爆炸噴涂的沉積路徑只能以直線方式沉積于基體表面,對復雜形狀的工件和細小的內(nèi)壁表面難以進行[6]。
本文采用爆炸噴涂的方法制備CrC涂層,研究了不同溫度、顆粒速度、沖擊角度下CrC涂層的磨損率,分析了不同參數(shù)對CrC涂層抗沖蝕性能的影響。
1.1 基材及處理
噴涂基體材料為2Cr10MoVNbN,基體材料經(jīng)棕剛玉噴砂、丙酮清洗后,在基體上進行爆炸噴涂操作。
1.2 固體顆粒侵蝕試驗參數(shù)
氣流速度范圍:300~600m/s;固體顆粒速度:210~420m/s;溫度:600~620℃;粒子撞擊角度:18°,24°,30°,36°,45°,60°,75°,90°,共8個角度。
從圖1中可以看到,爆炸噴涂CrC涂層在兩種溫度和兩種速度下磨損率都表現(xiàn)出隨角度的增大而增加的趨勢,在90°時達到最大,表現(xiàn)為典型脆性材料的磨損特性。隨溫度的增加其磨損率稍有降低。在相同溫度和相同角度下該涂層420 m/s時的磨損率為210 m/s時的4~12倍。
圖1 爆炸噴涂CrC涂層變化
圖2 爆炸噴涂CrC涂層在420m/s、620℃時的表面沖蝕磨損形貌
圖2為爆炸噴涂CrC涂層在420m/s、620℃時的表面磨損形貌圖。圖2(b)是試件在沖擊角度為30°時的形貌,且該涂層已被沖破,線切割時選取了沖破區(qū)邊緣處做SEM樣品。通過SEM著重觀察未沖破區(qū)域與沖破區(qū)域交界處,由于30°時受到的切向應力很大,沖破區(qū)域塑性變形非常嚴重,犁削也比較明顯,呈現(xiàn)出典型的塑性材料沖蝕磨損特性。未沖破區(qū)域在500倍時能見到不少微孔,直徑不到1 μm,且非常深;通過前面的分析可以推測是在涂層工藝中形成的。圖2(a)和圖2(c)也有不少小孔,且90°高正向沖擊時,小孔周邊很多白亮和凹坑,這說明微孔的存在加劇了磨損。
本文研究了采用爆炸噴涂方法制備的CrC涂層的耐固體顆粒侵蝕,對涂層在不同的顆粒速度、溫度、沖擊角度下的磨損率進行了對比分析:爆炸噴涂CrC涂層在不同溫度和速度下磨損率都表現(xiàn)出隨角度的增大而增加的趨勢,在90°時達到最大。在相同溫度和相同角度下,該涂層420 m/s時的磨損率為210 m/s時的4~12倍,表現(xiàn)為典型脆性材料的磨損特性。
[1] Mc Geary T C,Koffskey J M.Engineering Applications for Flame Plating[J].Metal Progress,1965,87(1):80-86.
[2] Anon.Flame Plating for High Wear Resistance[J].Aircraft Enaineering,1965,37(7):37-39.
[3] Anon.Flame Plating[J].Engineering Materials and Design,1965,8(7):8-10.
[4] 唐建新,張愛斌,陳建平,等.爆炸噴涂工藝原理分析[J].材料保護,2000,33(9):33-34.
[5] 佚名.爆炸噴涂[J].國外航空技術(shù),1976,8(1):1-4.
[6] 楊細瑛.爆炸噴涂技術(shù)的現(xiàn)狀及應用[J].焊接技術(shù),2001,30(2):8-9.
(編輯立 明)
TG 174.453
B
1002-2333(2014)05-0294-02
徐佰明(1982—),男,工程師,碩士,主要從事汽輪機產(chǎn)品技術(shù)及研發(fā)工作。
2013-12-28