汽轮机叶片材料表面激光熔覆制备Stellite 6合金涂层的研究

摘要

本文利用半导体激光器为光源,氩气为保护气,以同轴送粉的方式熔覆制备了尾吹保护下的激光熔覆合金涂层。熔覆粉料为Stellite6合金粉料。本文研究激光熔覆Stellite6合金涂层的工艺,获取了具有良好硬度和疲劳性能的合金层,为应用于汽轮机叶片的涂层保护技术提供技术支持。
　　系统研究与分析了沉淀硬化不锈钢0Cr17Ni4Cu4Nb上熔覆Stellite6合金涂层的激光熔覆工艺,包括激光功率,激光扫描速度,送粉量、尾吹气流量等工艺参数,以及熔覆涂层稀释率,成型能力、硬度等因素。确定激光熔覆最优工艺参数为:激光功率2800W,扫描速度12mm/s,送粉气流量7L/min,送粉质量13.56g/min。熔覆层和基体形成了非常良好的冶金结合且稀释率低、热影响区小,熔覆层硬度较高且不存在气孔裂纹未熔合缺陷。
　　系统表征了最优化参数下的激光熔覆Stellite6合金层的性能,包括高周拉压疲劳性能,热疲劳性能,水蚀性能。激光熔覆Stellite6涂层复合材料在420MPa的应力作用下,即可达到107的循环疲劳极限;相对于沉淀硬化不锈钢0Cr17Ni4Cu4Nb,循环次数在相同应力下仅有10％的下降;表面加工后存在尾吹保护的熔覆涂层在水淬90次时发生裂纹;连续冲击水蚀试验的激光熔覆Stellite6合金层无水蚀蚀坑,保持了良好的材料表面而未受到破坏;而基体材料沉淀硬化不锈钢0Cr17Ni4Cu4Nb则破损较为明显。

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第一章 绪论

1.1 课题背景与研究意义

1.2 激光熔覆技术概述

1.2.1 激光熔覆技术

1.2.2 激光熔覆技术理论基础

1.2.3 激光熔覆技术的特点

1.2.4 激光熔覆技术的工艺方法

1.2.5 激光熔覆技术的工艺参数

1.2.6 激光熔覆的缺陷与不足

1.3 汽轮机叶片材料概述

1.3.1 汽轮机叶片材料制造工艺的发展历史

1.3.2 汽轮机叶片材料的水蚀问题

1.3.3 汽轮机叶片材料的性能要求

1.3.4 司太立合金材料

1.3.5 激光熔覆Stellite 6合金涂层需要解决的难题

1.4 本文研究的主要内容

第二章 试验方案

2.1 实验过程

2.1.1 实验材料

2.1.2 试验设备

2.1.3 实验流程与方案

2.2 微观组织分析与力学性能表征

2.2.1 熔覆涂层显微组织观察

2.2.2 熔覆涂层复合材料的力学性能测试

第三章 激光熔覆Stellite 6合金涂层的制备与微观组织观察

3.1 激光熔覆Stellite 6合金涂层的工艺优化

3.1.1 激光功率对单道涂层激光熔覆的成型影响

3.1.2 尾吹气流量、送粉量对多道涂层熔覆的影响

3.2 激光熔覆Stellite 6合金涂层的微观组织与相结构分析

3.2.1 激光熔覆Stellite 6合金涂层的微观组织分析

3.2.2 激光熔覆Stellite 6合金涂层的相结构分析

3.3 本章小结

第四章 汽轮机叶片材料激光熔覆Stellite 6涂层复合材料的性能表征

4.1 激光熔覆涂层的高周拉压疲劳行为研究

4.1.1 激光熔覆材料的高周拉压疲劳试验样品制备

4.1.2 高周疲劳的激光熔覆材料试样的S-N曲线

4.2 熔覆层热冲击疲劳性能

4.3 汽轮机叶片材料表面激光熔覆Stellite 6复合材料的水蚀行为

4.3.1 水蚀宏观形貌

4.3.2 水蚀微观形貌

4.4 本章小结

第五章 结论

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间已发表或录用的论文