Cr_3C_2-NiCr超音速火焰喷涂涂层研究

【摘要】本文研究了汽轮机阀杆超音速火焰喷涂Cr3C2-NiCr涂层。考察了服役后表面完好、表面起泡未脱落和表面全脱落的三种涂层，模拟制备相同材料和工艺的Cr3C2-NiCr涂层，进行热震、水蒸气高温腐蚀和压力等实验，考察热冲击、高温高湿和表面压力等因素对涂层裂纹萌生扩展的影响。通过光学显微镜、SEM、EDS、XRD和显微硬度计考察失效涂层和模拟涂层的成分、组织、裂纹和硬度变化情况。分析探讨汽轮机阀杆Cr3C2-NiCr涂层剥落失效的机制。通过对失效汽轮机阀杆超音速火焰喷涂Cr3C2-NiCr涂层观察发现，涂层脱落面主要位于其截面中部，脱落物面积在30mm30mm～100mm100mm，脱落物内部有大量平行于表面的裂纹；脱落物的表面、脱落面、裂纹面和涂层内部局部区域都发生了严重氧化，氧化物为Cr2O3、NiO和NiCr2O4；脱落物的原始断面断裂形貌与脱落物折断断面相似，但与脱落面相差较大。阀杆表面完好涂层的截面有裂纹，主要位于Cr3C2处；NiCr粘结相的灰色区域中有二次相Cr3C2微细颗粒析出。阀杆未脱落起泡处的涂层是由NiCr粘接相连接，而Cr3C2已经裂开。通过热震实验发现，热震只能在涂层中产生垂直于表面的裂纹；裂纹主要在Cr3C2颗粒中萌生和扩展，NiCr有抑制裂纹扩展的作用；涂层裂纹密度随热震次数的增加依次经过孕育期、加速增长期和稳定期。通过高温水蒸气腐蚀实验以及热震与高温水蒸气腐蚀交互实验发现，高温水蒸气环境能加快涂层表面氧化，氧化物为Cr2O3、NiO和NiCr2O4。由于高温长期作用，涂层中的NiCr灰色区域中有Cr3C2二次相重新析出，形成微细颗粒均匀分布在NiCr粘结相中，涂层硬度降低。高温水蒸气腐蚀对垂直于表面的涂层贯穿裂纹的影响并不大。通过压力实验发现，超音速火焰喷涂Cr3C2-NiCr涂层在压力作用下的破裂包括三种形式：孔洞处碎裂、失碳碳化铬碎裂和Cr3C2碎裂，并且依次更困难。Cr3C2硬质颗粒碎裂时，涂层硬度会明显降低。循环的压力能加速Cr3C2-NiCr涂层的破裂。由于Cr3C2相颗粒和粘结相基本平行于表面成带状分布，Cr3C2硬质颗粒沿分布带碎裂后造成涂层沿平行于表面方向开裂。
【作者】江维；
【导师】钱士强；
【作者基本信息】上海工程技术大学，材料加工工程，2013，硕士
【关键词】超音速火焰喷涂；Cr3C2-NiCr涂层；热震；高温水蒸气腐蚀；表面压力；

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