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某型燃機中溫部件防護涂層性能研究

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第56卷第6期
汽輪機技術
Vol.56 No.6
2014年12月
TURBINE TECHNOLOGY
Dec.2014
某型燃機中溫部件防護涂層性能研究
王巍，權崇仁
(海軍裝備部駐沈陽地區(qū)軍事代表局，哈爾濱150046)
摘要：為了改善某型燃氣輪機機厘等中溫部件的抗氧化、抗腐蝕性能，提高燃氣輪機機厘等中溫部件的壽命，采用
適用于溫度在600℃左右的國產TW-7無機磷酸鹽涂層涂覆于機厘等零部件表面，研究該種涂層的硬度、結合力
及對基體力學性能的影響。結果表明：國產TW-7無機磷酸鹽涂層硬度與基體比較接近，涂層的結合力良好，達
到23MPa左右，劃格法結合力符合1級，且此種涂層噴涂后對基體的力學性能沒有產生影響。
關鍵詞：燃氣輪機；機匣；TWL-7涂層；腐蝕
分類號：TK476
文獻標識碼：A
文章編號：1001-5884(2014)06-0475-03
Reseach of Performances Protective Coating In A Gas Turbine
Wang Wei,Quan Cong-ren
(Military Representative Bureau of Navy Equipment Department In Shenyang Region,Harbin 150046,China)
Abstract:In order to improve the oxidation resistance and corrosion resistance of the medium temperature parts in a gas
turbine machine such as casing,prolong the service life of medium temperature parts,domestic TW-7 inorganic phosphate
coating(applicable to parts of working temperature about6Oo℃)was coated on the surface of medium temperature parts to
research the hardness,adhesion and impact on the mechanical properties of the substrate.Results showed that:domestic
TW-7 inorganic phosphate coating hardness closed to the substrate,the adhesion strength of the coating was good,has
reached around 23 MPa,cross cut test showed coating adhesion can be measured in accordance with level 1.The substrate
after coating spraying didnt affect to the mechanical properties of the substrate.
Key words:gas turbine;casing:TWL-7 coating:corrosion resistance
淬火：1120℃±15℃，油冷，回火：680℃±15℃，空冷，其
0前言
力學性能見表1（參見B/H503)。
涂層TW-7材料的主要成分均為磷酸鹽、重鉻酸鹽
金屬高溫腐蝕是指金屬在高溫下與環(huán)境中的氧、硫、氮、碳
和鋁粉。涂層制備工藝為：試樣經過煅燒除油、噴砂清
等元素發(fā)生化學或電化學反應導致金屬的變質或破壞過程。以
理、涂層噴涂、涂層燒結后制得。
上指的是金屬的廣義氧化，狹義的高溫氧化主要指金屬與氧反
表1
1Crl2Ni2 WMoVNbN力學性能
應形成各類的氧化物。所以廣義的氧化，既包括高溫氧化，也包
括硫化、氯化、氮化、碳化、腐蝕等反應。因此，金屬材料的高溫
材料牌號
強度等級
屈服強度
抗拉強度
0o.2
氧化腐蝕行為非常復雜，所涉及的領域十分廣泛。在多數情況
下，合金同時兼顧力學性能和高溫穩(wěn)定性是比較困難的，因此必
ICrl2Ni2WMoVNbN
835
≥835
31080
須在保證合金具有優(yōu)良力學性能的前提下，施加防護涂層就成
1.2分析設備
為改善合金抗高溫氧化腐蝕性能的有效途徑。
課題實驗所應用的主要分析設備有：
燃機由于燃燒介質特殊，因此工況惡劣，熱腐蝕和高溫氧化
(1)涂層測厚儀：潤流測厚儀。
現(xiàn)象普遍存在于各個零部件中。為保護機組零部件，提高機組
(2)硬度計：顯微維式硬度計。
壽命，必須對零部件表面進行涂層處理。本課題采用一種國產
的TW-7無機磷酸鹽涂層，研究其制備的涂層的硬度、結合力
(3)電子萬能拉伸實驗機：A1-7000LA5
及涂層對基體力學性能的影響，為實際生產提供理論依據。
①容量：50kN;
②最大行程（不含夾具）：1050mm;
1試驗
③測速：0.001-500mm/min;
④有效寬度：570mm;
1.1基材及處理
⑤位移分解度：0.00003mm。
基體采用1Crl2Ni2 WMoVNbN,基體材料的熱處理制度為：
(4)劃格機。
收稿日期：2014-06-24
作者簡介：王巍(1983-)，男，工程師，現(xiàn)主要從事艦艇主動力裝置監(jiān)造工作。
476
汽輪機技術
第56卷
對偶件如圖2所示，具體的實驗結果（該結果取自5組數據
2結果與分析
平均值)見表3所示。
2.1涂層硬度對比
針對基材及帶有TW-7涂層的試樣做顯微維氏硬度測
試，參照標準GB/T4342-1991,實驗參數：載荷1kg,時間
15s。具體見表2。
表2
TW-7與基材硬度測量數據
序號
基體(HV)
TW-7涂層(HV)
圖2拉伸結合力實驗對偶件
1
100.4
86.9
表3TW-7涂層拉開法測結合力測量數據
2
85.6
85.4
編號
截面面積，mm2
拉伸應力，N
結合強度，MPa
3
84.7
86.7
1-1
490.625
10106.9
21
4
90.4
86.9
1-2
490.625
11217.6
23
5
80.5
86.7
1-3
490.625
10965.6
22
平均值
88.32
86.52
1-4
490.625
12076.5
25
1-5
490.625
11876.9
24
從表2可以看出，涂層與基材的顯微硬度相當。
2.2結合力試驗
平均
490.625
11248.4
23
對于涂層來說，結合力是最為關鍵的參數之一，如果結
從表3中可以看出，該實驗中TW-7涂層與基體的結
合力過低將會出現(xiàn)起皮、鼓包等現(xiàn)象容易破壞整個涂層，失
合力約為23MPa,涂層有良好的結合力。
去涂層的保護作用。
2.2.3劃格法結合力試驗
2.2.1彎曲結合力試驗
本實驗的實驗參數及實驗試件的規(guī)格按照GB/T9286
試樣為1.5mmx10mmx100mm1Crl2Ni2 WMoVNbN材
-1998執(zhí)行，刀刃間隔為1mm。劃格后涂層完好，無起皮、
質試片，進行90°彎曲試驗，TW-7涂層在彎曲過程中都沒有
脫落等現(xiàn)象，符合標準1級要求，如圖3所示。
發(fā)生開裂剝落的現(xiàn)象，涂層的結合力較好，彎曲前后的試片
照片如圖1所示。
(a)彎曲前
圖3劃格法試驗結果
2.3涂層對基體力學性能的影響
針對基體材料1Crl2Ni2 WmoVNbN、基體帶TW-7涂層
及標準屈服強度數值和抗拉強度數值如圖4和圖5所示。
1000
900
口標準數值
800
■基材平均值
700
口TW-7平均值
()彎曲后
600
圖1TW-7涂層彎曲結合力試片
500
400
從圖1可以看出該種涂層試片在彎曲角度達到90°時沒
300
有出現(xiàn)開裂、剝落現(xiàn)象，證明此種涂層結合力良好。
200
2.2.2拉開法結合力試驗
100
本實驗的實驗參數及實驗試件的規(guī)格按照HB5476-
標準
基本
TW.7
1991執(zhí)行，涂層厚度為50μm左右，膠黏劑采用E-7膠（結
合強度應大于50MPa),拉伸速率2mm/min粘接在一起后的
圖4屈服強度對比
第5期
王?。耗承腿紮C中溫部件防護涂層性能研究
477
1200
從圖4和圖5，可以看出，室溫條件下TW-7涂層對基
1100
固標準數值
1000
■基材平均值
體材料的屈服強度及抗拉強度沒有明顯影響。
900
口TW-7平均值
800
700
3結論
600
500
400
通過以上對國產TW-7涂層的各方面性能參數進行對
300
比分析可知：該涂層具有良好的耐腐蝕、耐高溫氧化性能；該
200
100
無機磷酸鹽涂層硬度與基體比較接近，在86HV左右；該涂
0
標準
基本
TW.7
層的結合力良好，達到23MPa左右，劃格法結合力符合1級，
且該涂層噴涂后對基體的力學性能沒有產生影響。
圖5抗拉強度對比
(上接第463頁)
值，以NMSE為評價指標，建立了汽輪機最佳逼近通用功率
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(上接第420頁)
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