涂覆WC-17Co的Ni718在不同環(huán)境溫度下的低周疲勞行為.pdf

1、為了提高航空發(fā)動(dòng)機(jī)壓氣機(jī)軸、軸承、轉(zhuǎn)子轂等部件關(guān)鍵部位的抗微動(dòng)磨損性能,需要采用超音速火焰噴涂碳化鎢涂層技術(shù)對(duì)其進(jìn)行表面保護(hù)。為了驗(yàn)證此技術(shù)在發(fā)動(dòng)機(jī)部件上應(yīng)用的安全性,需要設(shè)計(jì)工況條件下的疲勞試驗(yàn),評(píng)價(jià)涂覆涂層部件在循環(huán)載荷條件下的疲勞性能。航空發(fā)動(dòng)機(jī)壓氣機(jī)工作溫度范圍一般為室溫至~300℃,在起飛和降落的過程中軸類部件承受反復(fù)彎曲循環(huán)載荷。因此本文采用室溫、150℃和300℃環(huán)境溫度條件下的低周彎曲疲勞試驗(yàn)研究涂覆WC-17Co涂層N

2、i718合金的疲勞行為。
　　本文通過分析噴涂粒子飛行速度和溫度特征、粒子撞擊基體形態(tài)特征、涂層組織結(jié)構(gòu)特征,建立了噴涂參數(shù)——粒子飛行狀態(tài)——涂層組織結(jié)構(gòu)三者之間的聯(lián)系,并優(yōu)選出噴涂WC-17Co涂層的工藝參數(shù)范圍。利用納米壓痕、顯微壓痕、梁彎曲法等測(cè)試方法研究了WC-17Co涂層的彈性模量、斷裂韌性、臨界界面能量釋放率,并分析了150℃和300℃環(huán)境溫度條件下涂層力學(xué)性能的演變規(guī)律,得出殘余應(yīng)力狀態(tài)改變是涂層力學(xué)性能變化主要原

3、因的結(jié)論。利用懸臂梁式試片研究了反復(fù)彎曲條件下涂覆WC-17Co涂層Ni718合金的低周疲勞性能,擬合出循環(huán)壽命(Nf)和彎曲變形量(?)之間的關(guān)系公式。同時(shí)發(fā)現(xiàn)疲勞裂紋誘發(fā)于涂層表面并在涂層內(nèi)部垂直擴(kuò)展,當(dāng)裂紋擴(kuò)展到界面后再沿界面橫向擴(kuò)展直到遇到界面缺陷,最終由此缺陷處擴(kuò)展到基體合金內(nèi)部導(dǎo)致試片完全斷裂。裂紋在涂層中擴(kuò)展的阻力為涂層的彈性模量和斷裂韌性,在界面上擴(kuò)展的阻力為界面結(jié)合力。涂層的彈性模量、斷裂韌性和界面結(jié)合性能受環(huán)境溫度的

4、影響而降低,導(dǎo)致高溫環(huán)境中涂覆碳化鎢涂層鎳基合金的疲勞壽命出現(xiàn)下降,并且溫度越高、涂層越厚,疲勞壽命下降的幅度越大。
　　在上述研究基礎(chǔ)上,通過優(yōu)化噴涂粒徑的范圍來優(yōu)化涂層的彈性模量、斷裂韌性和界面結(jié)合能,并由此來優(yōu)化涂覆WC-17Co涂層的Ni718合金的疲勞性能。結(jié)果表明,室溫條件下粗粒度粉末制備的涂層顯示出較好的抗疲勞性能,比原始涂層的疲勞壽命提高約42％;在300℃條件下中粒度粉末制備的涂層體現(xiàn)了良好的疲勞性能穩(wěn)定性,疲勞