汽轮机末级叶片液滴冲蚀防护涂层研究

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	汽轮机末级叶片液滴冲蚀防护涂层研究
	秦承鹏
学位类型	硕士
导师	郑玉贵
	2010
学位授予单位	中国科学院金属研究所
学位授予地点	北京
学位专业	腐蚀科学与防护
关键词	汽轮机液滴冲蚀空蚀 Ti-si-c-n 激光熔覆
摘要	"汽轮机是电站的核心部件之一，在汽轮机运行过程中，汽轮机叶片，尤其是末级叶片会遭受严重的液滴冲蚀而导致叶片失效，既影响汽轮机的使用寿命，又降低发电效率，已成为影响大机组运行效率和安全可靠性的首要问题之一。因此，开展汽轮机叶片液滴冲蚀防护涂层研究，尽量延长叶片的使用寿命显得尤为重要。许多学者认为液滴冲蚀与空蚀是两个非常相似的过程，并且用空蚀实验来预测材料的抗液滴冲蚀性能，或者用液滴冲蚀实验来评价材料的抗空蚀性能。因此本论文采用超声振动空蚀实验手段来预测和评价材料的抗液滴冲蚀性能。针对汽轮机叶片的液滴冲蚀问题，本论文采用等离子体增强磁控溅射工艺在中小型汽轮机叶片常规用材2Cr13马氏体不锈钢表面沉积Ti-Si-C-N和Ti/Ti-Si-C-N纳米晶复合涂层，采用激光熔覆工艺在大型汽轮机叶片用材17-4PH不锈钢表面制备钴基合金涂层，利用超声振动空蚀实验，并结合扫描电子显微镜(SEM)及能谱附件(EDS)、X射线衍射仪(XRD)、显微硬度计、电化学测量等手段，研究了上述涂层在蒸馏水和3% NaCl溶液中的空蚀行为，以此评价上述涂层的抗液滴冲蚀性能。研究结果表明，通过PEMS技术可以获得较厚的Ti-Si-C-N(SMR1和SMR3)和Ti/Ti-Si-C-N纳米晶涂层(SMR2)，涂层为纳米晶TiC0.3N0.7和非晶相SiCxNy组成的多相复合结构。涂层与基体间结合良好，在蒸馏水和3% NaCl溶液中均表现出了比2Cr13不锈钢更小的累积失重量。在评价此类薄膜涂层的抗空蚀性能时仅依靠简单的累积失重是不准确的，对空蚀后的试样进行扫描电镜截面观察尤为必要，通过确认是否有空蚀裂纹贯穿整个涂层并深入基体来判断涂层的空蚀性能。较厚的Ti-Si-C-N涂层SMR3和多层结构的Ti/Ti-Si-C-N涂层SMR2表现出优异的抗空蚀性能，适当提高涂层厚度会相应延长使用寿命。涂层表面的颗粒、凹坑以及“V”型缺陷等由于在空蚀过程中作为空泡形成核心对涂层的抗空蚀性能是不利的，减少此类缺陷，获得结构均匀的纳米晶复合涂层将有利于提高涂层抗空蚀性能。通过激光熔覆工艺在17-4PH不锈钢表面制备的钴基合金熔覆层由于熔覆层的高硬度和空蚀过程中γ奥氏体相向ε马氏体的转变，熔覆层具有非常优异的抗空蚀性能。此外，激光熔覆层在3% NaCl溶液中表面可以形成稳定钝化膜，抗点蚀能力较基体17-4PH钢更强。根据Ti-Si-C-N基纳米晶复合涂层及激光熔覆钴基合金的空蚀行为，推断上述涂层具有优异的抗液滴冲蚀性能。"
其他摘要	Steam turbine is one of the most important components in nuclear and fossil power plant, the behavior of which greatly determines the safety and efficiency of the power plant. During the long-life span, steam turbine blades, especially the last stage blades are subjected to severe liquid-droplet erosion (LDE), which leads to the failure of the blades. LDE has been a serious and aggravating problem throughout steam turbine history. As a result, extensive studies should be carried out to solve the LDE problem and develop new LDE resistant coatings.
文献类型	学位论文
条目标识符	http://ir.imr.ac.cn/handle/321006/64217
专题	中国科学院金属研究所
推荐引用方式 GB/T 7714	秦承鹏. 汽轮机末级叶片液滴冲蚀防护涂层研究[D]. 北京. 中国科学院金属研究所,2010.