风机叶片氧乙炔热喷焊Ni基WC复合涂层工艺及性能研究

摘要

风机作为能源矿山等领域重要的辅助设备之一，其使用环境恶劣，叶片受腐蚀磨损严重。因此提高风机叶片的使用寿命，对企业的可靠、经济运行有重要的意义。氧乙炔热喷焊Ni基WC因设备简单、适应性强、效果显著，能够在修复受损失效叶片的同时提高其耐磨耐蚀性能，提高使用寿命，降低生产成本。但是氧乙炔热喷焊Ni基WC因自身设备及工艺特点，涂层易出现孔隙、夹杂、过熔及氧化等问题。
　　本文在综合国内外学者研究的基础上，通过对比不同前处理方法、喷焊工艺参数及 WC含量，分析其对涂层的表面沉积、组织缺陷、物相结构、显微硬度、摩擦磨损及耐蚀性能方面的影响，并运用激光重熔及硼硅共渗来改善喷焊后的涂层组织，提高喷焊层的性能。结合实验和测试分析结果，得到如下结论：
　　（1）前处理可以提高喷涂粉末的沉积率，各因素的影响比重大小为：表面粗糙度＞喷涂距离＞预热温度，经优化后火焰喷涂的沉积率为43.97％。微观组织结构显示喷涂粉末的沉积方式主要为球状粘连和片层堆积，当片层堆积为主时涂层的效果最好。通过对失效后的风机叶片使用80目的砂纸毛化处理、表面清理、及300℃温度下预热处理后，使用含量35%WC的 Ni基合金，用中性火焰在喷涂距离为10~15cm，重熔时间为4min，完成受损叶片的修复，获得0.65mm厚冶金结合的Ni基WC喷焊层，通过微整形加工及喷漆后装机再使用。
　　（2）Ni基WC涂层主要以γ-Ni及FeNi3相为主，NiCrBSi-35%WC表面硬度为856HV，在距离涂层表面0.2mm左右时硬度值达到最大为921HV。WC比例较高时，WC容易因缺少Ni基层的保护，而使涂层表层的WC受热影响脱碳，W元素分布均匀。而涂层内部的WC因分解较少，W元素分布呈现阶梯性变化。W元素在基体中扩散，使 C元素相分布集中，Cr3C2、（Cr，Fe）7C3以及(Cr，Fe)23C6等碳化物相增多，而 Si、B相的含量在除氧造渣中因过氧化而减少。
　　（3）当WC含量比例提高，虽然涂层的硬度增加，但涂层的孔隙和夹杂增多，出现粉末团聚现象问题也增多，而且直径大于40μm的大孔隙多出现在粉末团聚处。WC含量大于35%时，涂层的磨损易使硬质相颗粒整体脱离，且耐腐蚀性能也较低，WC颗粒也更容易因基体被腐蚀而整体脱离，其中WC含量在30%~40%时耐磨性能较好。
　　（4）重熔时间越长，WC的 XRD衍射峰强越低，分解越严重，Cr3C2以及(Cr，Fe)23C6的峰强随着重熔时间延长而增大，Ni3B及NiSi相的峰强随重熔时间增加而降低，涂层的氧化越严重。重熔后涂层的摩擦系数在0.3~0.6区间波动，重熔2min时平均摩擦系数为0.45，4min时为0.31，重熔6min时为0.28。重熔时间越长，涂层表面越平整，孔隙度越低，但是过熔氧化的问题也越严重。
　　（5）氧乙炔热喷焊NiCrBSi-WC涂层的缺陷主要有：微缩孔、大孔隙、夹杂、凹凸面、过熔及氧化。通过激光重熔改性后气孔、紧缩孔和夹杂减少，涂层整体较为平滑致密，2θ=44°附近Ni2.9Cr0.7Fe0.36和FeNi3的XRD主峰峰强明显增高，（111）晶面上相位峰及51.4°和75.6°次强峰出现尖锐化，晶体呈等轴晶区生长，结晶度提高。激光的热效应使 Cr3C2、（Cr，Fe）7C3等碳化物相增多，硬度增大，表面硬度提高到909HV，平均摩擦系数降低至0.583。硼硅共渗使涂层的Ni3B、NiSi等硼化物及硅化物相增多，摩擦系数进一步降低至0.428，抗磨损性能提高1.17倍。

目录

1 绪论

1.1 课题研究背景

1.2 选题的研究目的和意义

1.3 热喷焊概述

1.4 叶片表面热喷焊研究现状

1.5 氧乙炔热喷焊镍基WC技术特点

1.6 研究主要内容

2 实验材料、设备及测试分析

2.1 实验设备

2.2 实验材料

2.3 实验方法

2.4 分析检测及处理

2.5 本章小结

3 前处理对喷焊沉积过程的影响

3.1 表面处理对喷焊的影响

3.2 喷焊粉末的沉积

3.3 正交实验分析

3.4 本章小结

4 WC含量对涂层的性能影响

4.1 WC的添加作用

4.2 实验测试分析

4.3 涂层的机械性能

4.4 涂层的耐磨及耐蚀性能

4.5 本章小结

5 热喷焊工艺参数

5.1 乙炔及氧气压力

5.2 喷涂距离的影响

5.3 重熔时间的影响

5.4 本章小结

6 激光重熔及硼硅共渗对涂层性能的影响

6.1 热喷焊涂层的缺陷

6.2 激光重熔及硼硅共渗改性实验

6.3 结果与分析

6.4本章小结

7 结论与展望

7.1 结论

7.2 展望

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文

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