汽轮机叶片钢高能微弧沉积316L不锈钢的组织结构与性能的研究

摘要

电厂汽轮机叶片工作在高温、高压、高速、腐蚀的环境中，动叶片易发生水蚀，从而影响汽轮机的安全性和效率。增加防护层和及时修复叶片对保证生产和设备的安全具有重要的意义。 高能微弧沉积技术具有操作简便、热影响区小、成本低、沉积后不需热处理的优点。本文对汽轮机叶片材料2Cr13钢上沉积316L不锈钢后的沉积层的组织结构和性能进行了深入的研究。开展的主要工作和研究结果如下： 1、本文以功率、频率和电压三者为因素，分别取三个水平，进行了正交实验；分别以沉积层的显微硬度、孔隙率、耐腐蚀性能、综合性能为指标，进行正交分析和方差分析，得出了优化的工艺参数。其中当氩气流量8L／min，电极移动速度1cm2／min，主机输出功率945W，频率70Hz，电压46V时，沉积层的综合性能最佳。 2、通过金相显微镜(OM)、扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射(XRD)、能谱分析(EDS)等手段，分别研究了沉积层及其与基材的界面的组织、结构、成分。基材主要是马氏体相，而沉积层主要是奥氏体相，并含少量的马氏体相。沉积层与基材的界面结合界面无气孔、裂纹和疏松等缺陷，结合致密，过渡均匀，Cr、Fe、Ni、Mo元素都发生了扩散，沉积层与基体为冶金结合。 3、通过对沉积层显微硬度的测试表明采用优化的参数得到的沉积层硬度值为基体的1.4倍。靠近沉积层的基体硬度呈现梯度变化的趋势，这是由于该部分产生了加工硬化，以及界面附近的基体受到热影响，晶粒细化，还有沉积层与界面附近的基体为冶金结合。 4、对沉积层和基材的磨损性能进行了研究，用SEM、EDS等手段分析了磨面和磨屑的形貌及成份，结果表明沉积层的耐磨损性能优于基材。磨损过程中基材一直失重，磨损形式主要为磨粒磨损。而沉积层先失重，再增重，然后又失重，失重过程中磨损形式主要为粘着磨损，增重过程中发生了氧化反应和材料转移。 5、对沉积层与基材在FeCl3+HCl+H2O溶液腐蚀24小时的腐蚀性能进行了研究，结果表明表面沉积层的耐腐蚀性能优于基材。基材的主要腐蚀类型为晶界腐蚀，沉积层的腐蚀类型为点腐蚀。

目录

文摘

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第一章绪论

1.1汽轮机叶片修复技术

1.1.1电弧喷涂技术

1.1.2焊接修复技术

1.1.3激光熔覆技术

1.2高能微弧沉积技术

1.2.1高能微弧沉积设备的发展概况

1.2.2高能微弧沉积的研究现状

1.2.3高能微弧沉积的发展趋势

1.2.4高能微弧沉积的特点

1.3本文主要的研究内容

第二章实验材料及实验方法

2.1实验材料

2.2沉积层的制备

2.3沉积层的组织观察和性能测试

第三章工艺参数的选择与优化

3.1沉积层指标的正交分析

3.2沉积层综合性能的正交分析

3.3正交实验的方差分析

3.4本章小结

第四章沉积层的组织结构特征分析

4.1界面显微组织分析

4.2界面成分分析

4.3物相分析

4.4本章小结

第五章沉积层的硬度和耐磨性

5.1沉积层的硬度

5.1.1沉积层的硬度测量

5.1.2沉积参数对硬度的影响

5.2沉积层的耐磨损性能

5.2.1磨损实验方法

5.2.2实验结果与分析

5.3本章小结

第六章沉积层的耐腐蚀性

6.1腐蚀实验方法

6.2实验结果与分析

6.3本章小结

结论与展望

参考文献

致谢

附录