论文摘要
固体颗粒冲蚀（Solid Particle Erosion,SPE）是汽轮机叶片的主要失效形式之一,在汽轮机叶片材料表面镀覆抗蚀涂层是预防固体颗粒冲蚀的基本措施。利用离子镀技术在汽轮机叶片材料2Cr10MoVNbN基体上制备梯度CrNx膜并对其成分、组织、性能进行测试分析。利用电子探针（EPMA）、X射线光电子能谱仪（XPS）、X射线衍射仪（XRD）、扫描电子显微镜（sEM）、透射电子显微镜（TEM）对镀层的化学成分、物相组成和组织结构进行分析;利用划痕法测量镀膜试样的膜-基结合力;利用X-350A型X射线应力测试仪、TR200表面粗糙度仪测定镀膜的残余应力和表面粗糙度;利用纳米压痕技术测试镀膜的硬度和弹性模量;利用电化学腐蚀实验和高温氧化实验评价镀膜的耐腐蚀性能;采用三点弯曲法测定镀膜试样的疲劳性能,绘制S-N曲线并进行断口分析,分析镀膜对基体材料疲劳性能的影响。实验结果表明:离子镀梯度CrNx镀膜组织结构致密,缺陷较少;镀膜主要由CrN和Cr2N两相组成,并呈梯度变化,从表面到膜基界面的相组成依次为CrN+Cr2N、Cr2N+Cr、Cr2N+Cr+Fe-Cr（固溶体）;Cr、N元素在镀层中呈梯度分布,并且界面处存在富Cr和富N的过渡层;过渡层的存在提高了膜-基结合力;镀膜表面粗糙度有所增加,一般在0.7μm左右;离子镀CrNx梯度膜表面具有高的残余压应力,达到1.3GPa以上,并随着深度的增加而下降;离子镀CrNx梯度膜硬度高,平均纳米硬度约为23.12GPa,界面处硬度约10.95GPa,镀层的弹性模量约为326.24GPa,高的镀膜硬度能够有效地提高抗固体颗粒冲蚀性能。实验结果显示镀层具有良好的耐电化学腐蚀、抗高温氧化性能和热疲劳性能。疲劳试验结果显示应力幅对离子镀CrNx的试样的影响比对基体材料的影响更大,在较低的循环应力幅下,离子镀CrNx膜对基体表面的强化作用提高了其疲劳寿命,疲劳极限提高7.3%;但是在高循环应力时,由于CrNx镀膜对缺口的较高敏感性,CrNx镀膜不但不能提高疲劳寿命,反而使疲劳寿命下降,疲劳试验数据分散性增大。离子镀试样的疲劳裂纹在试样表面形核,并以闭合-楔入方式在镀膜内扩展。通过研究表明CrNx镀层能够满足汽轮机叶片的工况要求,可以应用于汽轮机叶片以提高其抗固体颗粒冲蚀磨损性能。
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摘要Abstract第1章 绪论1.1 课题背景1.2 离子镀技术简介x常用制备方法'>1.3 CrNx常用制备方法x膜组织性能研究进展'>1.4 CrNx膜组织性能研究进展1.5 金属与陶瓷材料疲劳机理与特点x膜对基体材料疲劳性能影响的研究进展'>1.6 离子镀CrNx膜对基体材料疲劳性能影响的研究进展1.7 本文的研究内容及意义第2章 试样制备与实验方法2.1 试样制备2.1.1 实验材料x梯度膜制备过程'>2.1.2 离子镀CrNx梯度膜制备过程x镀膜成分组织性能测定'>2.2 CrNx镀膜成分组织性能测定x镀膜形貌特征观察'>2.2.1 CrNx镀膜形貌特征观察x镀膜化学成分测定及物相分析'>2.2.2 CrNx镀膜化学成分测定及物相分析2.2.3 残余应力测定x镀膜的粗糙度测定'>2.2.4 CrNx镀膜的粗糙度测定2.2.5 膜基结合力测定x镀膜纳米硬度测定'>2.2.6 CrNx镀膜纳米硬度测定x膜抗腐蚀氧化性能实验'>2.3 离子镀CrNx膜抗腐蚀氧化性能实验x膜抗电化学腐蚀实验'>2.3.1 离子镀CrNx膜抗电化学腐蚀实验x膜高温氧化实验'>2.3.2 离子镀CrNx膜高温氧化实验x膜热疲劳实验'>2.3.3 离子镀CrNx膜热疲劳实验x镀膜试样疲劳实验'>2.4 离子镀CrNx镀膜试样疲劳实验2.5 本章小结x梯度膜成分组织性能分析'>第3章 离子镀CrNx梯度膜成分组织性能分析x镀膜组织形貌特征'>3.1 CrNx镀膜组织形貌特征x镀膜化学成分及物相分析'>3.2 CrNx镀膜化学成分及物相分析3.3 镀膜表面粗糙度及膜基结合力分析3.4 残余应力结果分析3.5 镀膜纳米压痕实验分析3.6 本章小结x梯度膜抗腐蚀性能分析'>第4章 离子镀CrNx梯度膜抗腐蚀性能分析x梯度膜电化学腐蚀性能分析'>4.1 离子镀CrNx梯度膜电化学腐蚀性能分析x梯度膜抗高温氧化性能分析'>4.2 离子镀CrNx梯度膜抗高温氧化性能分析x梯度膜抗热疲劳性能分析'>4.3 离子镀CrNx梯度膜抗热疲劳性能分析4.4 本章小结x膜试样抗疲劳分析'>第5章 离子镀CrNx膜试样抗疲劳分析5.1 疲劳数据分析5.2 疲劳断口分析5.3 本章小结第6章 讨论x梯度膜适应于汽轮机叶片的可行性讨论'>6.1 离子镀CrNx梯度膜适应于汽轮机叶片的可行性讨论6.2 本章小结结论参考文献攻读硕士期间所发表的论文致谢
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