表面纳米热喷涂技术在TRT叶片预保护处理中的应用研究

摘要

随着社会对资源、环保需求的不断增强，表面工程技术及材料科学得以快速发展，尤其是现代热喷涂工艺及纳米新材料的有机结合，为零件表面提供一种新型结构的强化保护层，减缓了设备的磨损、腐蚀过程，已广泛应用于设备的修复及再制造，提高了资源的再生利用效率。
　　本文主要阐述热喷涂及纳米材料技术的发展历程，及其在各领域的应用情况，并以高炉TRT为对象，开展纳米喷涂技术在TRT叶片预保护处理的应用研究，重点针对叶片的腐蚀及磨损问题，说明纳米喷涂工艺方案设计、实验研究及工业试验整个研究过程。
　　首先，通过分析TRT工况及失效形式，进行纳米材料化学成分及结构设计。选定含有Fe、Cr、C、B合金元素的纳米材料，形成金属间化合物及低熔点共晶合金，对涂层有明显的弥散强化作用;采用“底层+面层”的梯度复合结构，降低涂层内应力，提高涂层与基体的结合强度，增强涂层表面的抗磨损、耐腐蚀能力;利用等离子喷涂工艺，减少喷涂过程中对基体的热影响，控制涂层的孔隙率在1％以下。
　　其次，按照设计的工艺方案，在实验室进行实验研究，选用与TRT叶片相同的材料2Cr13作为基材，设定多种喷涂工艺技术参数及涂层材料成分配比，制备不同试样，并对试样进行物理及机械性能检测分析，最终确定送粉速度2.5g·min-1、喷涂距离110mm及喷涂速度800mm·s-1为最佳喷涂工艺技术参数。
　　最后，根据实验室研究确定的最佳喷涂工艺技术参数及涂层材料成分比例，实施TRT叶片纳米喷涂预保护处理的工业试验。经过6个月上机使用考核，检查涂层表面无腐蚀、剥落及明显的磨损现象，同时对比未进行表面处理及采用激光堆焊和树脂涂层处理后叶片使用后状况，采用纳米喷涂处理的叶片，不仅设备状况保持良好，而且机组运行效率明显提升，完全满足现场生产需求。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

第2章 TRT叶片纳米喷涂工艺方案设计

2．1 TRT工况及失效形式分析

2．2 纳米材料化学成分设计

2．2．1 Fe、Cr合金元素的作用

2．2．2 C、B合金元素的作用

2．3 涂层材料结构设计

2．3．1 涂层材料设计

2．3．2 涂层结构设计

2．4 热喷涂工艺设计

2．4．1 热喷涂工艺介绍

2．4．2 涂层热喷涂方法的选择

2．5 热喷涂工艺流程设计

第3章 TRT叶片纳米喷涂工艺实验研究

3．1 实验室样品制作方案

3．2 涂层样品组织结构分析及性能测试方法

3．3 采用标准

3．3．1 中华人民共和国《热喷涂国家标准》

3．3．2 热喷涂国际标准

3．4 实验室试样设计及制作

3．4．1 基材选择

3．4．2 涂层材料的成分选择及功能设计

3．4．3 试样制备

3．5 实验结果及讨论

3．5．1 显微组织结构观察

3．5．2 喷涂试样的相结构和化学组分分析

3．5．3 涂层显微硬度测量

3．5．4 涂层的拉伸强度测量

3．5．5 涂层耐磨损检测

3．5．6 涂层耐腐蚀检测

3．6 分析讨论

第4章 TRT叶片纳米喷涂工业试验

4．1 TRT叶片纳米喷涂工艺路线

4．2 TRT叶片喷涂实施过程

4．2．1 TRT风机接收检验

4．2．2 工装设计及制作

4．2．3 风机叶片及主轴去油污清洗

4．2．4 风机主轴密封及主轴部位保护

4．2．5 风机叶片表面预处理

4．2．6 热喷涂底层涂层和面层涂层的制备

4．2．7 涂层后处理

4．3 TRT叶片纳米喷涂处理后质量检验

4．3．1 涂层外观检查

4．3．2 涂层厚度检测

4．3．3 涂层显微硬度检测

4．3．4 涂层孔隙率检测

4．3．5 涂层伸长率检验

4．3．6 涂层摩擦系数检验

4．3．7 涂层抗热循环能力检验

4．3．8 转子动平衡试验

4．4 TRT叶片纳米喷涂处理后使用效果

4．4．1 叶片状态

4．4．2 设备运行效率

第5章 结论

参考文献

致谢

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