风电齿轮箱轴承孔激光熔覆Ni60+CaF2涂层工艺研究

摘要

风电齿轮箱轴承孔的磨损会导致齿轮箱振动加剧、噪音加大甚至漏油问题，严重影响风电齿轮箱的服役寿命。现场堆焊技术可用于风电齿轮箱轴承孔的修复，但堆焊存在能量分散、稀释率高和热变形大等问题，亟需一种新的修复工艺。基于激光熔覆的能量集中、稀释率低和热变形小等优点，本文利用激光熔覆技术修复风电齿轮箱轴承孔，为获得高质量激光熔覆涂层，开展了激光熔覆Ni60+CaF2涂层的工艺研究，研究内容如下：
　　首先，理论分析CaF2粉末对熔覆层裂纹、气孔及耐磨性的影响。结果表明：CaF2粉末可改善熔池流动性，降低熔池的温度梯度，减少因熔池温度梯度过大产生的热应力而导致裂纹缺陷；CaF2粉末通过影响熔池的寿命来影响气孔数目、大小及分布；CaF2粉末对熔池流动性的改善可使熔覆层组织分布均匀，降低涂层显微硬度波动性，提高熔覆层的耐磨性能，同时CaF2对熔覆层的裂纹和气孔缺陷的改善可提高熔覆层耐疲劳磨损性能。
　　其次，设计熔覆粉末配比方案并制备了激光熔覆Ni60+CaF2涂层，研究CaF2粉末配比和激光扫描速度对熔覆层裂纹和气孔缺陷的影响。根据粉末材料的属性和选择依据，考虑激光熔覆层的裂纹和气孔缺陷问题，采用同轴送粉激光熔覆技术制备七种不同配比的Ni60+CaF2涂层。对比分析不同粉末成分和不同扫描速度对熔覆层裂纹和气孔的影响。结果表明：加入适当比例的CaF2可改善熔覆层裂纹和气孔缺陷，在本文的工艺条件下，CaF2比例为6wt％时，改善效果最佳；随着激光扫描速度的增加，熔覆层表面的裂纹和气孔缺陷越来越严重。
　　最后，研究粉末配比和激光扫描速度对熔覆层显微组织、硬度及耐磨性能的影响。研究粉末配比和激光扫描速度对熔覆层的显微组织均匀性和显微硬度的影响，分析粉末配比和激光扫描速度对熔覆层摩擦磨损性能的影响，进行熔覆层的磨损机理研究。结果表明：在扫描速度为5mm/s下，激光熔覆加入6wt% CaF2粉末制备的涂层组织分布均匀，显微硬度大而波动性小；熔覆层的耐磨性能明显好于基体；添加CaF2粉末的熔覆层（所加CaF2比例为1wt%类涂层除外）的耐磨性能优于纯Ni60熔覆层。硬度值波动幅度大比硬度值低而稳的熔覆层更容易磨损；熔覆层表面裂纹和气孔缺陷严重的涂层易发生疲劳磨损破坏。

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第一章绪论

1.1研究背景及科学意义

1.2风电齿轮箱轴承孔的失效分析

1.3轴承孔常用的修复技术

1.4激光熔覆技术的研究现状

1.5本文主要研究内容

第二章激光熔覆层质量的改善理论

2.1激光熔覆的机理分析

2.2激光熔覆存在的质量问题

2.3摩擦磨损理论

2.4CaF2改善熔覆层质量理论

2.5本章小结

第三章激光熔覆层裂纹和气孔的实验研究

3.1引言

3.2试验材料及熔覆实验

3.3检测方法与检测设备

3.4粉末成分对熔覆层的裂纹和气孔的影响

3.5激光扫描速度对熔覆层的裂纹和气孔的影响

3.6本章小结

第四章激光熔覆层显微组织及耐磨性实验研究

4.1 引言

4.2 试验设备与检测

4.3 实验的结果分析

4.4粉末成分对涂层摩擦磨损性能的影响

4.5激光扫描速度对涂层摩擦磨损性能的影响

4.6磨痕形貌和磨损机制的分析

4.7本章小结

第五章 总结与展望

5.1 研究工作的主要结论

5.2 展望

参考文献

致谢

攻读研究生期间发表的论文与研究成果