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）

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

0 引言

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 試驗

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。

2 結(jié)果與討論

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。

3 結(jié) 論

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