Получение никель-хром-хром-карбидных покрытий методом ультразвукового напыления

Сверхзвуковое напыление — это передовая технология обработки поверхностей, использующая высокотемпературные и высокоскоростные струи для расплавления или частичного расплавления материалов покрытия, а затем их нанесения на поверхность подложки с высокой скоростью для образования высокоэффективного покрытия. Среди них никель-хромовые/карбидные хромовые покрытия, полученные методом сверхзвукового пламенного напыления, особенно широко используются в промышленности.

I. Технические принципы. Технология сверхзвукового пламенного напыления использует интенсивное сгорание топлива (например, керосина, пропана или водорода) с кислородом под высоким давлением в камере сгорания для генерации высокотемпературного и высоконапорного газового потока. Этот газовый поток ускоряется до сверхзвуковых скоростей, проходя через специально разработанное сопло Лаваля, образуя стабильную высокоскоростную струю. Композитный порошок из никель-хромового сплава и карбида хрома, используемый в процессе напыления, подается в эту струю, быстро нагревается до расплавленного или полурасплавленного состояния и воздействует на предварительно обработанную (например, пескоструйную) поверхность подложки с чрезвычайно высокими скоростями (обычно превышающими 600 м/с). Расплавленные частицы расплющиваются на подложке, быстро охлаждаются, наслаиваются и затвердевают, в конечном итоге образуя плотное, прочно скрепленное керметное покрытие.

II. Характеристики основного покрытия. Никель-хромовое/карбидное хромовое покрытие, полученное с использованием данного процесса, обладает следующими выдающимися свойствами:

Превосходные механические свойства: покрытие сочетает в себе высокую твердость и хорошую прочность. Его микротвердость обычно колеблется от 760 до 995 HV. Никель-хромовый сплав, выступающий в качестве связующего вещества, обеспечивает превосходную прочность и сцепление, а диспергированная твердая фаза карбида хрома обеспечивает основную износостойкость. Средняя прочность сцепления между покрытием и подложкой превышает 60 МПа.

Плотная микроструктура: Благодаря чрезвычайно высокой скорости распыляемых частиц, они полностью деформируются при ударе, что приводит к плотному наложению и позволяет контролировать пористость покрытия на чрезвычайно низком уровне 1-2%. Низкая пористость является ключевым фактором превосходной коррозионной и окислительной стойкости покрытия.

Превосходные высокотемпературные характеристики: это покрытие сохраняет стабильные характеристики в течение длительного времени в диапазоне рабочих температур от 538℃ до 900℃. Оно демонстрирует высокую степень сохранения твердости при высоких температурах и значительную устойчивость к окислению и газовой эрозии. Исследования показывают, что в условиях высокой температуры 620℃ его устойчивость к эрозии твердыми частицами в несколько раз выше, чем у обычных жаростойких стальных подложек.

Высокая устойчивость к воздействию окружающей среды: связующая фаза из никель-хромового сплава сама по себе обладает хорошей стойкостью к окислению и коррозии. В сочетании с карбидом хрома покрытие эффективно противостоит высокотемпературному окислению, серной коррозии и эрозии под воздействием различных солевых туманов и химических сред.

III. Основные области применения

Аэрокосмическая отрасль: Используется для износостойких и абразивостойких уплотнений на компонентах горячей части двигателя, таких как лопатки компрессоров и корпуса турбин.

Энергетика и электроэнергетика: Широко используется для высокотемпературной защиты и продления срока службы труб котлов на угольных и газовых электростанциях, лопаток паровых турбин и переходных секций газовых турбин.

Промышленное производство: применяется для ключевых компонентов, таких как металлургические валки, высокотемпературные клапаны, направляющие печей для спекания, валы нефтехимических насосов и механические уплотнительные кольца.

IV. Материалы на основе карбида никеля-хрома-хрома, пригодные для сверхзвукового напыления.