论文部分内容阅读
Fe基非晶合金具有优异的耐腐蚀性和热稳定性,在涂层领域广泛应用。但是热喷涂制备的涂层不可避免的存在孔隙,影响涂层的耐蚀性。因此本文采用计算机数值模拟和设计验证实验的分析方法,分别研究使用JP-8000和AK-06型超音速火焰喷涂系统（HVO/AF）制备Fe基非晶涂层的喷涂过程中粉末颗粒沉积时的物理化学状态,优化喷涂工艺参数,探究喷涂参数与涂层孔隙率之间的关联性,制备出孔隙率低的涂层来满足工程应用。本文建立超音速火焰喷涂计算机网格,使用商用计算软件Fluent计算平台,选用Realizable k-ε湍流模型,涡耗散模型和离散相模型作为控制方法,分别研究加入粉末粒子之前,喷枪内火焰的温度和速度变化规律,和加入Fe非晶粉末之后,不同喷涂参数下颗粒飞行和沉积过程中温度和速度变化规律。根据模拟结果优化喷涂参数,并设计验证实验,对涂层样品分别进行SEM、XRD、DSC、氧含量检测、截面孔隙率计算和盐雾试验分析,来验证最佳喷涂参数并初步研究孔隙与耐蚀性的关系。针对HVOF喷涂工艺,在前人的基础上模拟了SAM2X5 Fe基非晶粉末(Fe49.7Cr18Mn1.9Mo7.4W1.6B15.2C3.8Si2.4 at.%)在流场内飞行的温度和速度变化规律。模拟结果表明喷涂距离为360-380mm时,非晶颗粒沉积时处于半融化状态,颗粒在基板上铺展良好,能获得孔隙率较低的涂层。验证实验中XRD曲线表明不同喷涂距离制备的涂层均为完全非晶结构;SEM和孔隙率结果表明喷涂距离370mm时,涂层孔隙率最低,为0.57%。验证了HVOF最佳喷涂距离范围和超音速火焰喷涂计算机模型的正确性。针对HVAF喷涂工艺,建立了AK-06型喷枪计算模型,研究自主研制的Fe基非晶粉末(Fe48.9Cr18Mo8.2C4.5B16.3Ni2P2.1 at.%)在流场内温度和速度的变化规律。根据模拟结果优化出最佳粉末颗粒直径范围为30-40μm,最佳枪管类型为4E,最佳喷涂距离范围为200-210mm。验证实验结果与模拟结果一致,XRD结果表明所有涂层样品基本为非晶结构;SEM表明使用粉末颗粒直径范围为30-40μm的Fe基非晶粉末,枪管类型选择4E,喷涂距离处于200-210mm范围内制备的Fe基非晶涂层,表面平整,截面致密,涂层与基底的结合状态最好。孔隙率统计结果和盐雾试验结果表明,使用最佳喷涂参数制备的Fe基非晶涂层具有最低的孔隙率0.31%,经过1000小时盐雾试验后仍具有良好的表面状态,表明涂层孔隙率越低,涂层的耐蚀性越好。