水輪機葉片耐磨蝕梯度涂層制備技術(shù)研究.pdf

1、為了克服水輪機葉片在工作時，汽蝕、沖蝕磨損破壞導(dǎo)致的水輪機效率降低、出力減少、使用壽命縮短、更換和檢修頻繁等問題，本文采用等離子噴涂方法在45鋼表面制備梯度涂層。采用掃描電鏡、X射線衍射儀、X射線熒光光譜儀和能譜裝置對梯度涂層的微觀組織、成分及相組成進行分析，采用電子萬能試驗機對梯度涂層的結(jié)合強度進行測試，采用維氏硬度儀對梯度涂層的顯微硬度進行測量，并利用氣流噴砂式?jīng)_蝕方法對梯度涂層的抗沖蝕性能進行測試。
　　本文所設(shè)計的最佳梯度

2、涂層結(jié)構(gòu)為：基體-Ni/Al打底層-(2:1)混合粉涂層-(1:1)混合粉涂層-(1:2)混合粉涂層-Al2O3復(fù)合層，其中，2:1、1:1和1:2是指Ni/Al粉與Al2O3復(fù)合粉的質(zhì)量比，混合粉采用球磨混合效果優(yōu)于手動攪拌混合。Ni/Al打底層的主要組成相為Ni3Al，還有少量的Al2O3和Ni-O的化合物；Al2O3復(fù)合層是由許多扁平狀組織疊加堆積而成，涂層的主要組成相為Al2O3和TiO2，還有少量的Ti3O5；過渡涂層的主要組

3、成相為Ni3Al，Al2O3，TiO2和Al2TiO5。手動攪拌混合粉末制成過渡層，組織及成分分布都很不均勻，分層現(xiàn)象非常明顯，而采用球磨混合時，成分分布比較均勻，涂層中各個相呈相間交錯分布，梯度涂層的組織表現(xiàn)出微觀連續(xù)性的分布特征，涂層在整體上實現(xiàn)了平穩(wěn)過渡。涂層內(nèi)部孔隙比較細(xì)小，各個涂層之間均結(jié)合良好，形成類似“機械咬合”的連接。
　　梯度涂層的性能測試結(jié)果表明：在Ni/Al打底層與Al2O3復(fù)合層中間制備三層過渡涂層(采用球

4、磨混合粉末)時，獲得梯度涂層的結(jié)合強度最高，達(dá)到36.80MPa，顯著高于不含過渡涂層試樣的結(jié)合強度(21.67MPa)；對梯度涂層試樣進行顯微硬度測試得出，Ni/Al打底層的顯微硬度最低，隨著梯度涂層中Al2O3復(fù)合粉加入量的增加，顯微硬度逐漸升高，Al2O3復(fù)合層的硬度值最高，涂層顯微硬度呈現(xiàn)梯度變化。梯度涂層的抗沖蝕性能明顯優(yōu)于45鋼基體。當(dāng)沖蝕角度為90°時，梯度涂層的沖蝕磨損率達(dá)到最大，表現(xiàn)出脆性材料的沖蝕特性，失重主要由微切