风机叶片氧乙炔热喷焊Ni基WC复合涂层工艺及性能研究

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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1015cm,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g-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40mm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Ni Si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0.30.6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,2q=44°附近Ni2.9Cr0.7Fe0.36和FeNi3的XRD主峰峰强明显增高,(1 1 1)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。
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