Cr3C2-NiCr超音速火焰喷涂涂层地研究.pdf

University Code:10856
Student ID:M050110110





The study on HVOF sprayed Cr3C2-NiCr
coating







Candidate: Jiang Wei
Supervisor: Qian Shiqiang
Major: Materials processing engineering



College of Materials Engineering
Shanghai University of Engineering Science
Shanghai, . China
December, 2012
上海工程技术大学
学位论文原创性声明



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日期: 年月日日期: 年月日
Cr3C2-NiCr 超音速火焰喷涂涂层研究

1 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 30mm30mm~100mm100mm,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
I
后造成涂层沿平行于表面方向开裂。
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

II
The study on HVOF sprayed Cr3C2-NiC