适用于涡轮叶片硬质颗粒冲蚀保护的磁控溅射厚氮化物层及纳米复合镀层研究

来源 :中国表面工程 | 被引量 : 0次 | 上传用户:cse_gzzhu
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硬质颗粒冲蚀(SPE)是固定式压缩机叶片和风煤气涡轮叶片失效的主要机制,冲蚀不仅降低了涡轮的效率,还减少了其使用寿命。从而,降低了可靠性和有效性,增加了涡轮运行的总成本。在沙漠环境下,SPE尤为严重,甚至会导致事故。为此,提出采用等离子增强磁控溅射技术(PEMS)制备厚氮化物层(TiN,CrN,ZrN)和纳米复合碳氮化物镀层,来解决此类问题。该技术结合了传统磁控溅射和专门产生的等离子体,以获得更高的电流密度。在沉积前和沉积过程中采用重离子轰击的方法,能够有效提高涂层的结合力,并限制柱状组织生长,使得单层的TiN,CrN,及ZrN氮化物层厚度可达80μm,TiSiCN,ZrSiCN碳氮化物层厚度也可达30μm。试样分为两组进行了冲蚀试验,结果表明,TiSiCN镀层表现出了最优异的抗冲蚀性,是裸露不锈钢及Ti–6Al–4V基体的25倍,是其它氮化物层的5~10倍。文中将讨论沉积工艺,通过扫描电镜(SEM),能谱分析仪(EDX),透射电镜(TEM)及X射线衍射仪(XRD)研究镀层微观组织结构,通过纳米压痕试验测试镀层的纳米硬度,进行冲蚀试验测试镀层的耐冲蚀性能。此项技术不仅适用于保护先进的飞机系统中涡轮压缩叶片、轮叶、转子叶片等,同样适用于重载柴油机的液压泵轮及活塞环。 Hard Particle Erosion (SPE) is the primary mechanism of failure of stationary compressor blades and wind turbine blades. Erosion not only reduces turbine efficiency but also reduces its useful life. As a result, reliability and effectiveness are reduced, increasing the total cost of turbine operation. In desert environments, SPE is particularly severe and can even lead to accidents. For this reason, we proposed the use of plasma enhanced magnetron sputtering (PEMS) to prepare thick nitride layers (TiN, CrN, ZrN) and nanocomposite carbonitride coatings to solve these problems. The technology combines traditional magnetron sputtering with specially generated plasma to achieve higher current densities. The method of heavy ion bombardment before deposition and deposition can effectively improve the binding force of the coating and limit the growth of the columnar structure, so that the thickness of the single layer of TiN, CrN and ZrN nitride layers can be up to 80 μm, and the thickness of TiSiCN, ZrSiCN Carbonitride layer thickness up to 30μm. The samples were divided into two groups and subjected to the erosion test. The results show that the TiSiCN coating shows the best corrosion resistance, which is 25 times that of bare stainless steel and Ti-6Al-4V substrate, 10 times. The deposition process will be discussed in this paper. The microstructure of the coating is studied by scanning electron microscopy (SEM), energy dispersive spectroscopy (EDX), transmission electron microscopy (TEM) and X-ray diffraction (XRD). The nano- , Erosion test to test the erosion resistance of the coating. This technology is not only suitable for the protection of turbine blades, vanes and rotor blades in advanced aircraft systems, but also for hydraulic pump wheels and piston rings for heavy-duty diesel engines.
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