離子鍍CrN-,x-梯度膜組織結(jié)構(gòu)及性能研究.pdf

1、固體顆粒沖蝕(Solid Particle Erosion，SPE)是汽輪機(jī)葉片的主要失效形式之一，在汽輪機(jī)葉片材料表面鍍覆抗蝕涂層是預(yù)防固體顆粒沖蝕的基本措施。利用離子鍍技術(shù)在汽輪機(jī)葉片材料2Cr10MoVNbN基體上制備梯度CrNx膜并對其成分、組織、性能進(jìn)行測試分析。利用電子探針(EPMA)、X射線光電子能譜儀(XPS)、X射線衍射儀(XRD)、掃描電子顯微鏡(SEM)、透射電子顯微鏡(TEM)對鍍層的化學(xué)成分、物相組成和組織結(jié)構(gòu)

2、進(jìn)行分析；利用劃痕法測量鍍膜試樣的膜—基結(jié)合力；利用X—350A型X射線應(yīng)力測試儀、TR200表面粗糙度儀測定鍍膜的殘余應(yīng)力和表面粗糙度；利用納米壓痕技術(shù)測試鍍膜的硬度和彈性模量；利用電化學(xué)腐蝕實(shí)驗(yàn)和高溫氧化實(shí)驗(yàn)評價鍍膜的耐腐蝕性能；采用三點(diǎn)彎曲法測定鍍膜試樣的疲勞性能，繪制S—N曲線并進(jìn)行斷口分析，分析鍍膜對基體材料疲勞性能的影響。 實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：離子鍍梯度CrNx鍍膜組織結(jié)構(gòu)致密，缺陷較少；鍍膜主要由CrN和Cr2N兩相組成

3、，并呈梯度變化，從表面到膜基界面的相組成依次為CrN+Cr2N、Cr2N+Cr、Cr2N+Cr+Fe—Cr(固溶體)；Cr、N元素在鍍層中呈梯度分布，并且界面處存在富Cr和富N的過渡層；過渡層的存在提高了膜—基結(jié)合力；鍍膜表面粗糙度有所增加，一般在0.70μm左右；離子鍍CrNx梯度膜表面具有高的殘余壓應(yīng)力，達(dá)到1.3GPa以上，并隨著深度的增加而下降；離子鍍CrNx梯度膜硬度高，平均納米硬度約為23.12GPa，界面處硬度約10.95

4、GPa，鍍層的彈性模量約為326.24GPa，高的鍍膜硬度能夠有效地提高抗固體顆粒沖蝕性能。 實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示鍍層具有良好的耐電化學(xué)腐蝕、抗高溫氧化性能和熱疲勞性能。疲勞試驗(yàn)結(jié)果顯示應(yīng)力幅對離子鍍CrNx的試樣的影響比對基體材料的影響更大，在較低的循環(huán)應(yīng)力幅下，離子鍍CrNx膜對基體表面的強(qiáng)化作用提高了其疲勞壽命，疲勞極限提高7.3％；但是在高循環(huán)應(yīng)力時，由于CrNx鍍膜對缺口的較高敏感性，CrNx鍍膜不但不能提高疲勞壽命，反而使疲