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《西南石油大学》 2016年
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几种等离子喷涂涂层的冲蚀磨损特性研究

姚梦佳  
【摘要】:集输管线冲蚀失效是石化工业中经常发生的一种失效形态,是集输管线安全运行过程中亟待解决的热点问题之一。针对集输管线的实际工况,采用等离子喷涂技术在20#钢基体上制备了AT13、AT40、WC/Co、Ni60、Fe313、n-AT13六种涂层,利用扫描电镜、X射线衍射仪对涂层的微观结构进行观察分析,采用真空浸渍液体法、对偶试样拉伸法、显微硬度测试法和压痕法对涂层的孔隙率、结合强度、显微硬度和断裂韧性进行测试分析。然后采用气流携沙喷射法对涂层的抗冲蚀磨损性能进行测试分析,研究了冲蚀环境参数和涂层特性对涂层抗冲蚀磨损性能的影响,并通过对涂层冲蚀表面的微观形貌进行观察分析,探讨了涂层的冲蚀特征。研究结果表明:等离子喷涂制备的六种涂层中,AT13、AT40、WC/Co、Ni60、Fe313涂层片层结构明显,纳米AT13涂层片层结构不明显,涂层中都存在数量不等的孔隙和与涂层层状叠加方向一致的裂纹,涂层与基体的结合方式主要靠机械铆合。WC/Co涂层的孔隙率最小,为5.9%,Fe313涂层的孔隙率最大,为7.8%;纳米AT13涂层的结合强度最高,为31.8MPa, Fe313涂层的结合强度最低,为17.9MPa;纳米AT13涂层的平均显微硬度最高,为1028.81,Fe313涂层的平均显微硬度最低,为582.66;纳米AT13涂层的裂纹扩展能最高,为5.896J/m2, AT13涂层的裂纹扩展能最低,为4.816J/m2。冲蚀磨损实验表明:六种涂层的抗冲蚀磨损性能均优于20#钢,六种涂层均在90°冲蚀角时失重达到最大。在30°冲蚀角时,涂层的失重由小到大依次是n-AT13AT13 WC/CoAT40Ni60Fe313,n-AT13涂层的失重约为AT13涂层的3/4,AT13涂层的失重约为Fe313涂层的2/3。在90°冲蚀角时,涂层的失重由小到大依次是n-AT13WC/CoAT40AT13Ni60Fe313, n-AT13涂层的失重约为WC/Co涂层的3/4,WC/Co涂层的失重约为Fe313涂层的3/4;在不同冲蚀角下,随着冲蚀时间的增加,涂层都没有表现出孕育期,过渡阶段为前1-4min,过渡阶段的时间与涂层的表面质量和冲蚀角有一定的关系;在不同冲蚀角下,随着粒子流速的增大,六种涂层的失重都明显增加。涂层的硬度不是影响涂层抗冲蚀磨损性能的单一因素。涂层冲蚀形貌观察分析表明:在30°冲蚀角时,涂层的冲蚀磨损呈现出显微切削、微观疲劳剥落和颗粒脱落中一种或者几种并有的特征;在90°冲蚀角时,涂层的冲蚀磨损主要表现出疲劳剥落特征。涂层的主要冲蚀失效机制是涂层呈片状剥落。综合集输管线的实际工况和涂层的抗冲蚀特点,WC/Co涂层可以作为集输管线的抗冲蚀磨损防护涂层进行应用,尤其使用在高冲蚀角下。AT13涂层可以作为集输管线的抗低角度冲蚀磨损防护涂层进行应用。
【学位授予单位】:西南石油大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2016
【分类号】:TG174.4

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