再热双阀组阀杆面Ni60/MoS2/石墨层激光熔覆及冲击复合工艺研究

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随着全球环境的日益恶化,核电作为清洁能源得到了大力的推广与运用。核电的使用离不开核电站的可靠运行。低压汽轮机的关键阀门——再热双阀组的可靠性保障着核电输出的稳定性。而阀杆质量的好坏直接影响再热双阀组的使用寿命。目前,国产化再热双阀组阀杆不能满足60年使用寿命的新要求,因此研究其阀杆面改性技术对延长核阀使用寿命和促进我国核电技术发展具有重要的意义。  本文针对核电站用国产化再热双阀组阀杆摩擦表面不能满足长寿命与高稳定性要求的问题,提出阀杆表面激光复合工艺,开展了激光强化Ni60/MoS2/石墨耐磨自润滑涂层的试验研究,研究的主要内容如下:  首先,设计了熔覆粉末的配比方案并制备了激光熔覆自润滑涂层。根据粉末材料的属性和选择依据,结合阀杆的服役条件,配制出了五种Ni60/MoS2/石墨自润滑熔覆粉末,采用激光熔覆技术在304不锈钢表面制备了自润滑涂层。分析了熔覆层组织和物相成因,探讨了激光功率、粉末成分对熔覆层硬度的影响。研究表明:熔覆层冶金结合良好,组织层次分明;在E3熔覆层中发现了元素的偏聚现象;随着激光功率的增加,熔覆层硬度的波动幅度逐渐减小;E3熔覆层最厚,约2.4mm,C2熔覆层的平均硬度最高,为990HV0.3。  其次,开展了熔覆层摩擦磨损试验研究。分析了粉末配比和激光功率对熔覆层摩擦磨损性能的影响,进行了熔覆层的磨损机理研究。结果表明:熔覆层的耐磨性能明显好于基体;添加润滑相熔覆层(B类除外)的耐磨性能优于纯Ni60熔覆层。硬度值波动幅度大比硬度值低而稳的熔覆层更容易磨损;当石墨和MoS2润滑剂共同作用时,熔覆层具有平稳的摩擦系数;润滑剂能有效的改善熔覆层的磨损方式,两种润滑剂共同作用的效果比单一润滑剂好。  最后,探讨了激光冲击强化对自润滑熔覆层性能的影响。采用激光冲击强化熔覆层,分析了冲击前后熔覆层的残余应力、硬度及摩擦磨损性能。结果表明:激光冲击能明显提高熔覆层表层的硬度,但对熔覆层的摩擦系数影响不大;熔覆层经激光冲击后,磨痕表面的疲劳磨损和裂纹得到很好的抑制,有效的改善了熔覆层的摩擦特性,熔覆层的耐磨性能得到了进一步提高。
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