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汽輪機(jī)末級(jí)葉片受到水滴或水流沖擊出現(xiàn)表面沖蝕破壞，稱(chēng)為水蝕。高頻感應(yīng)加熱設(shè)備熱處理后的末級(jí)葉在高溫、高壓下工作，葉片服役條件惡劣。汽輪機(jī)葉片水蝕產(chǎn)生的鋸齒狀毛刺，減少了葉片根部截面積并造成應(yīng)力集中，導(dǎo)致葉片振動(dòng)并使其強(qiáng)度下降；長(zhǎng)時(shí)間水蝕積累，可使葉片出現(xiàn)裂紋而斷裂失效，甚至出現(xiàn)嚴(yán)重設(shè)備事故。為防止水蝕缺陷及危害，提高末級(jí)葉片表層熱強(qiáng)性、耐蝕性和水蝕耐水蝕性等是其重要的技術(shù)改進(jìn)和發(fā)展方向；微疊層納米材料是先進(jìn)復(fù)合材料強(qiáng)韌化的新技術(shù)方法，納米復(fù)合材料可通過(guò)控制和改變涂層厚度和結(jié)構(gòu)獲得要求的技術(shù)性能。納米多層復(fù)合涂層具有優(yōu)異的物理性能和力學(xué)性能。因此，對(duì)汽輪機(jī)末級(jí)葉片進(jìn)行了納米涂層處理和耐水蝕性能試驗(yàn)。
試驗(yàn)襯底材料為2Cr13 不銹鋼。高頻感應(yīng)加熱設(shè)備熱處理工藝為950-1000℃加熱處理，然后在700-750℃加熱，組織為加熱索氏體。試驗(yàn)采用多弧磁控濺射組合沉積系統(tǒng)設(shè)備沉積涂層，涂層厚度為1-10μm范圍。對(duì)涂層試件、司太立合金與2Cr13不銹鋼試件，在自制耐水蝕試驗(yàn)設(shè)備上進(jìn)行試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果可見(jiàn)，涂層水蝕破壞較輕，其耐水蝕性能好，涂層表面未出現(xiàn)明顯和較大水蝕孔洞，并且襯底不銹鋼基本未受破壞。如果汽輪機(jī)運(yùn)行中，高頻感應(yīng)加熱設(shè)備熱處理后的涂層受到高溫、高壓和高速水滴沖擊作用，其涂層與襯底界面起保護(hù)作用，可使應(yīng)力減小并出現(xiàn)應(yīng)力波反應(yīng)，使應(yīng)力發(fā)生反射和透射。涂層中有許多疊層界面，并且與襯底呈平行狀，一方面使沖擊能量迅速降低，同時(shí)也阻止了裂紋擴(kuò)展，防止出現(xiàn)工件局部產(chǎn)生高應(yīng)力產(chǎn)生疲勞破壞失效。因此，多層疊層結(jié)構(gòu)的涂層有助于防止裂紋萌生和擴(kuò)展，并且對(duì)葉片承受復(fù)合應(yīng)力作用的能力提高很大。
試驗(yàn)表明，采用多層復(fù)合涂層是解決汽輪機(jī)葉片水蝕破壞的新技術(shù)方法。涂層耐水蝕性能優(yōu)良，可明顯提高高頻感應(yīng)加熱設(shè)備熱處理后末級(jí)葉片的工作壽命，滿足生產(chǎn)要求和技術(shù)發(fā)展需求，并且具有進(jìn)一步技術(shù)開(kāi)發(fā)和擴(kuò)大應(yīng)用領(lǐng)域的廣闊發(fā)展前景。
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