【PDF】喷涂工艺条件对超音速火焰喷涂 - 资源下载

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捷安特680

2019-09-23

? 1994-2009 China Academic Journal Electronic Publishing House.

6 2002 年11 月TR I BOLO GY Nov,

2002 喷涂工艺条件对超音速火焰喷涂 Cr3C2-N iCr 涂层冲蚀磨损性能的影响纪岗昌1,

2 , 李长久3 , 王豫跃3 , 圆田启嗣4 (1. 九江学院材料工程系, 江西九江 332005;

2. 西北工业大学材料学院, 陕西西安 10072;

3. 西安交通大学材料成型与工程系, 陕西西安 710049;

4. 日本石川岛播磨重工业株式会社, 日本东京 235-8501) 摘要: 基于正交试验设计方法, 系统研究了氧气流量、燃气流量和喷涂距离等喷涂工艺参数对超音速火焰喷涂 Cr3C22 N iCr 涂层冲蚀磨损性能的影响. 结果表明: 氧气流量、燃气流量和喷涂距离对

2 种冲蚀角度下涂层冲蚀磨损率的影响规律有所不同, 在燃气流量为 39.

2 L m in、氧气流量为

421 L m in、喷涂距离为

205 mm 条件下, 冲蚀角为 30° 时涂层的冲蚀率较低;

而燃气流量对冲蚀角为 90° 时的涂层冲蚀率的影响受喷涂距离的制约, 当氧气流量为

444 L m in、燃气流量为

32 L m in、喷涂距离为

176 mm 时, 相应的冲蚀率较低. 关键词: 正交回归试验设计;

超音速火焰喷涂;

Cr3C22 N iCr 涂层;

冲蚀磨损中图分类号: TG115.

5 文章标识码: A 文章编号:

100420595 (2002)

0620424206 超音速火焰喷涂 (H igh V elocity O xygen Fuel, 以下简写为HVO F) 是20 世纪

80 年代发展起来的一种高速火焰喷涂法, 具有火焰速度高 (2

000 m s) 及喷涂温度相对较低(3

000 ℃) 的特点, 特别适用于制备具有优良耐磨性的金属陶瓷涂层, 近年来在国际上受到广泛关注[1 ~

5 ] . 以超音速火焰喷涂W C2 Co、 W C2 CoC r、 W C2 N i、 C r3C22 N iC r 及Cr23C62 N iC r 等为代表的碳化物金属陶瓷涂层已广泛应用于汽轮机叶片[6 ] 、锅炉换热管[7 ] 和燃烧器的沸腾床[8 ] . 就HVO F 的喷涂工艺而言, 氧气流量、燃气流量和喷涂距离是影响涂层结构性能的主要因素[9 ] , 且这

3 个因素存在交互作用[10 ] . 目前, 虽然对 HVO F 喷涂 C r3C22 N iC 涂层冲蚀磨损性能影响的研究较多[11,

12 ] , 但有关工艺参数对Cr3C22 N iC 涂层冲蚀磨损性能影响的系统研究报道甚少 . 本文作者采用正交回归试验方法考察了 HVO F 喷涂 C r3C22 N iC r 涂层的冲蚀磨损性能, 探讨了涂层冲蚀磨损性能随氧气流量、燃气流量和喷涂距离的变化规律, 并进行了相关的试验验证 .

1 实验部分采用粒度为 5~

45 Λ m、外形为多角形的商用 C r3C2225%N iC r 粉末制备超音速火焰喷涂 C r3C22 N iC r 涂层 . 基体材料采用低碳钢, 其尺寸为

65 mm *

45 mm *5 mm , 经喷砂粗化后, 在表

2 所列试验条件下喷涂厚度约

200 Λ m 的Cr3C22 N iC r 涂层 . 用西安交通大学焊接研究所研制的 CH

22000 型超音速火焰喷涂系统, 以丙烷为燃气, 氧气为助燃气, 氮气为送粉气, 制备所需涂层 . 在喷涂过程中, 气体压强分别为 0. 40M Pa、 0. 55M Pa 和0.

35 ~ 0. 40M Pa. 按表

1 所列参数选择氧气和燃气的流量及喷涂表1试验参数水平值 Table

1 Values of test parameter levels L evels O

2 L ・m in-

1 C3H8 L ・m in-

1 Sp ray distance mm - r

368 28.

1 161.

4 -

1 382 29.

6 170.

0 0

447 37.

0 210.

0 1

510 44.

3 250.

0 r

526 45.

8 258.

6 距离, 并按表

2 所示的正交组合确定试验参数组合. 在自行改造的ACT

2 JP 型冲蚀试验机上进行冲蚀磨损试验, 以考察涂层在不同冲蚀角下的冲蚀磨损性能.通过控制喷嘴口内径、加速气体压强及流量来控制冲蚀颗粒的速度. 以压缩空气为加速气体, 由调压基金项目: 国家自然科学基金资助项目(59371061). 收稿日期: 2002201208;

修回日期:

2002208210 联系人纪岗昌, E2 m ail: J iGangchang@ccerm ail . net. 作者简介: 纪岗昌, 男,

2 Orthogonal regression test parameter levels and results No. L evels O

2 C3H8 S. D. Erosion rate m g・g-

1 Y 30° Y 90°

1 1

1 1 0.

625 0.

978 2

1 1 -

1 0.

613 1.

545 3

1 -

1 1 0.

688 1.

400 4

1 -

1 0.

603 1.

115 5 -

1 1

1 0.

528 0.

938 6 -

1 1 -

1 0.

528 1.

138 7 -

1 -

1 1 0.

555 1.

223 8 -

1 -

1 0.

585 1.

258 9 r

0 0 0.

585 1.

203 10 - r

0 0 0.

500 1.

218 11

0 r

0 0.

490 1.

148 12

0 - r

0 0.

545 0.

995 13

0 0 r 0.

558 1.

040 14

0 0 - r 0.

480 0.

988 15

0 0

0 0.

490 0.

905 Y 30° : Erosion rate at jet angle of 30° ;

Y 90° : Erosion rate at jet angle of 90° . 阀控制压强, 通过流量计控制流量, 试样冲蚀角度分别为 30° 和90° . 冲蚀磨损试验条件见表 3. 每次冲蚀试表3冲蚀试验条件 Table

3 Testing condition for erosion Param eters V alues D istance of the specim en to

100 nozzle outlet mm Pressure of carrier gas M Pa 0. 3±0.

025 Flow rate of carrier gas L ・m in-

1 141±0.

5 D iam eter of nozzle outlet mm 3. 6±0.

1 M icro2hardness of abrasives

1 900±60 H V

0 .

1 kg・mm -

2 A brasives(alum ina) size Λ m

250 验的磨料耗量为

20 g, 连续冲蚀到涂层失重变化趋于稳定――即涂层失重随磨料耗量成线性关系为止 (称为稳定冲蚀磨损状态). 采用冲蚀率表示涂层的冲蚀磨损性能, 其定义为稳定冲蚀磨损状态下, 单位质量磨料产生的涂层冲蚀磨损质量损失, 单位为 m g g.

2 结果与讨论 2.

1 试验结果回归分析由表

2 可见, 涂层在 90° 冲蚀角下的冲蚀率远高于30° 冲蚀角下的冲蚀率 . 通过对其进行二次正交回归分析, 可以获得冲蚀角为 30° 和90° 时的涂层冲蚀率与燃气流量、氧气流量和喷涂距离

3 个主要喷涂工艺参数的定量关系: Y 30° = 4. 90- 1. 17*10-

2 X 1- 4. 64*10-

2 X 2- 1. 04*10-

2 X 3+ 8. 24*10-

6 X 1X 2+ 6. 20*10-

6 X 1X 3- 1. 83*10-

5 X 2X 3+ 1. 199*10-

5 X

1 2 + 5. 96*10-

4 X

2 2 + 2. 08*10-

5 X 2X

3 (1) 显著性检验: F = 9. 09>

F Α = 0.

05 (9, 5) = 4. 77. Y 90° = 9. 46- 3. 79*10-

2 X 1- 4. 89*10-

2 X 2+ 8. 25*10-

3 X 3+ 1. 097*10-

4 X 1X 2- 4. 32*10-

4 X 2X 3+ 3. 87*10-

5 X

1 2 + 1. 19*10-

3 X

2 2 + 1. 59*10-

5 X

3 2 (2) 显著性检验: F = 3. 47>

F Α = 0.

10 (8, 6) = 2. 67. 其中 Y 30° 和Y90° 分别代表涂层在 30° 和90° 冲蚀角下的冲蚀率, X 1, X

2 和X3分别为氧气流量、燃气流量和喷涂距离 . 显著性检验表明二者均显著有效 . 2.

2 喷涂工艺对 30° 冲蚀角下涂层冲蚀率影响依据式 (1 和2) , 用3维图可以表示

3 个工艺参数的相互影响规律 . 图1示出了喷涂距离

180 mm、冲蚀角 30° 时涂层的冲蚀率随燃气流量和氧气流量的变化情况 . 可见: 涂层的冲蚀率随燃气流量和氧气流量呈现上凹曲面变化趋势, 采用适中的燃气流量和氧气流量有利于获得耐冲蚀磨损性能较好的涂层 . 图2示Fig

1 Influence of flow of p ropane and oxygen on ero sion rate of the coatings at 30° jet angle (sp ray distance:

180 mm ) 图1燃气流量、氧气流量对涂层 30° 冲蚀角下冲蚀率的影响(喷涂距离

180 mm ) 出了燃气流量为

37 L m in 时氧气流量和喷涂距离对 30° 冲蚀角下涂层冲蚀率的影响 . 可见: 在适中的氧气流量和喷涂距离条件下, 涂层的冲蚀率较低;

当氧气流量较高而喷涂距离较大时, 涂层的冲蚀率显著增加.图3示出了氧气流量为

430 L m in 时涂层在 30° 冲蚀角下的冲蚀率随燃气流量和喷涂距离的变化. 可以看出采用适中的燃气流量和喷涂距离有利于获得冲蚀率较低的涂层 .

5 2

2 Influence of oxygen flow and sp ray distance on ero sion rate of the coatings at 30° jet angle (flow of p ropane:

37 L m in) 图2氧气流量、喷涂距离对涂层 30° 冲蚀角下冲蚀率的影响(燃气流量:

37 L m in) F ig

3 Influence of flow of p ropane and sp ray distance on ero sion rate of the coatings at 30° jet angle (flow of oxygen:

430 L m in) 图3燃气流量、喷涂距离对涂层 30° 冲蚀角下冲蚀率的影响(氧气流量:

430 L m in) 2.

3 喷涂工艺对涂层在 90° 冲蚀角下冲蚀率影响图(4~ 6) 分别示出了喷涂距离为

180 mm、氧Fig

4 Influence of flow of p ropane and oxygen on ero sion rate of the coatings at 90° jet angle (sp ray distance:

180 mm ) 图4燃气流量、氧气流量对涂层 90° 冲蚀角下冲蚀率的影响(喷涂距离

180 mm ) F ig

5 Influence of oxygen flow and sp ray distance on ero sion rate of the coatings at 90° jet angle (flow of p ropane:

37 L m in) 图5氧气流量、喷涂距离对涂层 90° 冲蚀角下冲蚀率的影响(燃气流量:

37 L m in) 气流量为

430 L m in、燃气流量为

37 L m in 时, 涂层在90° 冲蚀角下的冲蚀率随其它

2 个工艺参数的变化.可见,

3 个喷涂工艺参数对涂层在 90° 冲蚀角下的 F ig

6 Influence of flow of p ropane and sp ray distance on ero sion rate of the coatings at 90° jet angle (flow of oxygen:

430 L m in) 图6燃气流量、喷涂距离对涂层 90° 冲蚀角下冲蚀率的影响(氧气流量:

430 L m in) 冲蚀率产生一定的交互影响 . 同冲蚀角为 30° 时的情况有所不同, 当冲蚀角为 90° 时, 燃气流量对涂层冲蚀率的影响受喷涂距离的制约;

当喷涂距离较大时, 随着燃气流量在

30 ~

45 L m in 范围内增加, 涂层的在90° 冲蚀角下的冲蚀率显著降低;

当喷涂距离为

180 mm、燃气流量在

35 ~

45 L m in 范围内增加时, 涂层的冲蚀率明显增加;

当喷涂距离为

210 mm 时, 燃气流量对涂层在 90° 冲蚀角下的冲蚀率的影响较小.这充分说明燃气流量与喷涂距离对涂层在 90° 冲 ........

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