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铜合金表面等离子喷涂/喷焊涂层组织及性能的研究

作　者: 柯德庆
导　师: 潘应君
学　校: 武汉科技大学
专　业: 材料学
关键词: 高炉风口 等离子喷涂/喷焊 耐磨性能 抗高温氧化性能 热震性能
分类号: TG178
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要


高炉风口作为热风进入高炉的通道,是高炉极为重要的部件,也是热交换的冷却元件,其使用寿命直接影响高炉的稳定运行、产量、生铁的质量和工人的劳动强度。因此,提高风口寿命以保证高炉正常运行有巨大的经济效益。高炉风口使用过程中,内壁长期工作在1200℃以上,主要经受煤粉及热风的冲刷,其主要破坏形式为磨损；外壁长期工作在2200℃以上,主要经受铁液、炉渣侵蚀,其主要破坏形式为高温氧化失效。工程中常采用等离子喷焊工艺在铜合金风口表面喷涂一层铜镍合金涂层,虽然铜镍合金与基体铜合金的结合性良好,但铜镍合金对高炉风口的耐磨、抗高温氧化等性能无明显提高。本研究针对高炉风口目前存在的主要失效形式,在普通铜合金风口内外壁采用等离子喷涂／喷焊工艺制备了不同的涂层,并对内壁Ni60、NiCrCoAlY (Ni5Al)和Cr3C2-NiCr (Ni5Al)三种涂层分别进行显微形貌、相结构、显微硬度、耐磨性能及抗高温氧化性能分析,对外壁Al2O3-TiO2(NiCrAl)、ZrO2-Y2O3(NiCrAl)和ZrO2-Y2O3(Ni5Al)三种涂层分别进行显微形貌、相结构、显微硬度、热震性能及抗高温氧化性能分析。内壁涂层磨损试验表明,Ni60、NiCrCoAlY (Ni5Al)和Cr3C2-NiCr (Ni5Al)三种涂层均显示出优良的耐磨性能,随着温度的升高,Ni60两种涂层的耐磨性逐渐降低,NiCrCoAlY (Ni5Al)的耐磨性基本保持不变,而Cr3C2-NiCr (Ni5Al)涂层的耐磨性有明显升高。但热震试验表明Cr3C2-NiCr(Ni5Al)涂层的抗热震性能不如NiCrCoAlY (Ni5Al)涂层。外壁涂层抗高温氧化性能分析表明,Al2O3-TiO2(NiCrAl)、ZrO2-Y2O3(NiCrAl)和ZrO2-Y2O3(Ni5Al)三种涂层均具有良好的抗高温氧化性能,随着氧化时间的增加,各涂层重量略有增加。但热震试验表明当粘结底层同为NiCrAl时,ZrO2-Y2O3涂层的抗热震性能明显优于Al2O3-Y2O3涂层。当隔热层同为ZrO2-Y2O3时,以Ni5Al为粘结层的抗热震性能优于以NiCrAl为粘结层的涂层。因此,ZrO2-Y2O3与Ni5Al达到了良好的匹配效果。

全文目录


摘要  4-5
Abstract  5-8
第一章 文献综述  8-18
  1.1 引言  8
  1.2 国内外研究现状及发展趋势  8-16
    1.2.1 热喷涂技术  8-11
    1.2.2 等离子喷涂技术  11-13
    1.2.3 等离子喷焊技术  13-15
    1.2.4 喷涂预处理  15-16
  1.3 本课题研究目的与主要内容及意义  16-17
    1.3.1 本课题研究目的和意义  16-17
    1.3.2 本课题研究的主要内容  17
  1.4 本课题技术路线  17-18
第二章 实验原料、设备及研究方法  18-22
  2.1 实验原料  18-19
    2.1.1 实验用基体材料  18
    2.1.2 实验用粉末材料  18-19
  2.2 实验装置及设备  19
  2.3 涂层的制备  19-20
    2.3.1 基体表面预处理  19
    2.3.2 等离子喷焊涂层的制备  19
    2.3.3 等离子喷涂涂层的制备  19-20
  2.4 金相试样的制备  20
  2.5 涂层微观组织及物相分析方法  20
    2.5.1 微观组织分析方法  20
    2.5.2 物相分析方法  20
  2.6 涂层性能测试  20-22
    2.6.1 显微硬度的测试  21
    2.6.2 耐磨性能的测试  21
    2.6.3 抗热震性能的测试  21
    2.6.4 抗高温氧化性能的测试  21-22
第三章 风口小套内壁涂层组织及性能的研究  22-38
  3.1 风口内壁涂层的组织及形貌分析  22-25
    3.1.1 Ni60焊层组织及形貌分析  22-24
    3.1.2 Cr_3C_2-NiCr(Ni5Al)和NiCrCoAlY涂层组织及形貌分析  24-25
  3.2 风口内壁涂层的显微硬度  25-27
  3.3 风口内壁涂层抗高温氧化性能研究  27-33
  3.4 风口内壁涂层耐磨性能试验  33-34
  3.5 内壁涂层热震性能研究  34-38
第四章 风口小套外壁涂层组织及性能的研究  38-48
  4.1 风口外壁涂层的组织及形貌分析  38
  4.2 涂层显微硬度  38-40
  4.3 风口外壁涂层抗热震性能研究  40-41
  4.4 风口外壁涂层抗高温氧化性能研究  41-48
第五章 涂层材料在高炉风口中的应用  48-52
  5.1 现有涂层的研究  48-50
    5.1.1 现有涂层微观形貌分析  48-49
    5.1.2 现有涂层硬度测试  49
    5.1.3 现有涂层耐磨性能分析  49-50
  5.2 本试验所制备涂层的应用  50-52
第六章 结论  52-53
参考文献  53-56
致谢  56

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中图分类: > 工业技术 > 金属学与金属工艺 > 金属学与热处理 > 金属腐蚀与保护、金属表面处理 > 各种金属及合金的腐蚀、防腐与表面处理
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