基于激光熔覆的汽輪機(jī)葉片熱障涂層制備與性能研究.pdf

1、鍋爐汽輪機(jī)作為現(xiàn)代電廠發(fā)電系統(tǒng)中的重要組成部分，對(duì)電廠的發(fā)電效率有著重大影響。發(fā)展700℃以上超超臨界火電機(jī)組可以有效地提高燃煤利用率、降低能源消耗和減少CO2排放，是火電廠的發(fā)展方向。葉片是汽輪機(jī)的重要零部件，在汽輪機(jī)中承擔(dān)著把蒸汽的熱能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的重要任務(wù)，其工作環(huán)境極其惡劣，一般發(fā)生高溫氧化腐蝕、磨蝕和高溫蠕變破壞。高溫葉片材料的研究則是能否更快、更好地實(shí)現(xiàn)先進(jìn)超超臨界機(jī)組建造與運(yùn)行的關(guān)鍵問題之一。熱障涂層(Thermal Ba

2、rrier Coatings，TBCs)是采用耐高溫和低導(dǎo)熱的陶瓷材料以涂層的方式與金屬相復(fù)合，從而降低高溫環(huán)境下金屬表面溫度的一種熱防護(hù)技術(shù)，大幅度延長(zhǎng)葉片工作壽命，提高發(fā)動(dòng)機(jī)推力和效率。
　　本文采用激光熔覆技術(shù)與等離子噴涂技術(shù)相結(jié)合的方式，在汽輪機(jī)葉片材料（304不銹鋼與1Cr13不銹鋼）表面制備熱障涂層，采用掃描電鏡(SEM)、能譜儀(EDS)、X射線衍射(XRD)對(duì)涂層的顯微組織、成分分布、物相進(jìn)行分析，通過高溫氧化與抗

3、熱震性試驗(yàn)，測(cè)試熱障涂層的高溫抗氧化性能與抗熱震性能。結(jié)果如下：
　　(1)采用不同激光功率與激光掃描速度(P=2.5kW/3kW;v=4、8、12mm/s)在基體表面熔覆CoCrAlY合金粉末，制備粘結(jié)層。各工藝參數(shù)下的熔覆層組織均勻、致密，無裂紋、氣孔，并與基體形成良好的冶金結(jié)合，熔覆層硬度較基體有顯著提升。通過各分析結(jié)果對(duì)比得出，激光功率2.5kW、掃描速度8mm/s的熔覆層質(zhì)量最好;使用垂直與同向的層間掃描方式制備雙層搭接

4、熔覆層，搭接率為16.7％時(shí)，熔覆層表面最平整;
　　(2)采用等離子噴涂方式在粘結(jié)層表面制備8wt％Y2O3-ZrO2(8YSZ)陶瓷層，噴涂厚度約200μm。對(duì)所得涂層樣品進(jìn)行高溫抗氧化性能以及抗熱震性能試驗(yàn)可知，樣品在電阻爐中750℃恒溫氧化108h后大約增重4.1mg·cm-2，樣品經(jīng)過40次熱震試驗(yàn)后表面陶瓷層大部分脫落;
　　(3)熱障涂層經(jīng)750℃高溫氧化后，陶瓷層殘余應(yīng)力約為496.5Mpa的壓應(yīng)力，粘結(jié)層殘