喷射成形高温合金及其制备技术

简要地总结了喷射成形高温材料近年来的研究状况,包括专用高温材料喷射成形装置、技术及其应用结果.同时比较了喷射成形技术与用常规铸锭冶金工艺和粉末冶金工艺制备高合金化高强度高温合金的异同.通过优化氮气与氩气雾化喷射沉积技术,制备了多种优质高温合金沉积坯,沉积坯整体致密、晶粒细小、组织均匀、无宏观偏析、含气量低、冷热加工性能显著改善、力学性能明显提高.     

喷射沉积高温合金的显微组织及其力学性能

介绍了三种典型高温合金喷射成形坯件的制备工艺,并对其显微组织和力学性能进行了分析和测试。研究表明,喷射成形高温合金坯件整体致密度高,含氧量低,化学成分均匀,组织细小,并具有优异的综合力学性能。     

喷射成形高速钢沉积坯性能分析

研究了喷射成形高速钢T15沉积坯的部分力学性能及微观组织.结果表明,喷射成形制备的高速钢,晶粒细小,无宏观偏析,平均体密度为8.208g/cm3,三点抗弯强度达到1860 MPa.但通过SEM观察发现沉积坯内存在局部显微疏松,为了进一步提高材料性能,需要对高速钢沉积坯做热等静压等后续热加工.     

热处理制度对 K465 合金组织和性能的影响

研究了两种热处理工艺对K465铸造高温合金组织和力学性能的影响,并与原叶片合金进行了对比分析。采用普通工艺和热等静压工艺制造K465合金,利用光学显微镜和扫描电镜观察合金的显微组织形貌,测试了拉伸性能和持久性能。结果表明,与原叶片相比,K465铸造高温合金叶片的组织特点是,晶粒度较小、枝晶组织偏大、γ'相尺寸较大。热等静压工艺可消除K465合金中的铸造疏松,普通工艺叶片的疏松分布较密集。与普通工艺相比,热等静压工艺使合金中γ'相尺寸明显减小,枝晶组织致密化,拉伸性能和持久性能有所提高。K465合金中少量的疏松、致密的枝晶组织、规则的枝晶排列、较小的γ'相尺寸可能是决定叶片良好振动疲劳性能的关键因素。     

喷射成形GH742y合金晶粒长大规律的研究

研究了不同固溶温度热处理对氮气雾化喷射成形GH742y合金相组成和晶粒尺寸的影响,并重点分析了第二相对晶粒长大的抑制作用.结果表明:氮气雾化喷射成形GH742y合金具有良好的高温抗晶粒长大特性,极限晶粒尺寸约为40μm;γ′相固溶温度约为1127℃;高于γ′相固溶温度热处理时,弥散分布MC型碳氮化合物阻碍晶粒长大;Gladman方程可以估计氮气雾化沉积坯的极限晶粒尺寸.     

真空脱气预处理工艺与FGH95合金热诱导孔洞的改善和性能提高的研究

对比研究了高温合金粉末真空脱气预处理工艺对直接热等静压成型的FGH95粉末高温合金淬火变形量、致密度、显微组织结构和力学性能的影响.     

工艺参数对喷射共沉积2024／SiCp沉积坯形状及凝固组织的影响

通过实验阐述了喷射共沉积工艺参数（雾化压力,合金过热度,沉积距离,颗粒射入压力及射入距离,流化床压力）对２０２４／ＳｉＣｐ复合材料沉积坯形状及凝固组织的影响,并得到了形状较为满意的近圆柱状,含气量较低,颗粒分布均匀的沉积坯。     

热等静压及热挤压对喷射成形GH738合金显微组织的影响

采用喷射成形工艺制备大尺寸(?300mm)GH738合金锭坯,对锭坯进行热等静压,热等静压后进行不同温度的热挤压,利用XRD、SEM、TEM、EBSD和相分析方法,研究热等静压和热挤压对喷射成形 GH738合金锭坯显微缺陷、碳氮化物、γ/γ′相演变的影响。结果表明:热等静压对沉积坯中的显微疏松具有焊合作用;热挤压过程中GH738 合金再结晶组织主要受形变温度和应力-应变状态影响;热等静压态合金中碳氮化物主要沿晶界连续分布,热挤压后碳氮化物转变为沿挤压方向条带状分布;不同热工艺条件下合金γ′相的组成结构、质量分数及形貌尺寸分布主要受合金经历的温度场以及冷却条件影响。     

石墨表面CVD SiC涂层微观结构研究

研究CH3SiCl3-H2-Ar体系中在石墨表面化学气相沉积SiC涂层工艺,并对涂层形貌进行SEM分析。考察沉积温度、气体比例、气体流量以及稀释气体含量对化学气相沉积SiC涂层的显微结构的影响。结果表明,在温度1100℃,H2∶MTS=5∶3,气体流量8L/min,稀释气体1L/min时,制备的涂层致密光滑。其中涂层的形貌对温度最敏感,当沉积温度达到1100℃时,CVD SiC涂层表面致密且光滑。     

W-Re合金构件气氛保护等离子喷涂成形技术

采用包覆法制备W-5％(质量分数)Re复合粉末,采用气氛保护等离子喷涂成形技术制备某实验型固体火箭发动机喷管(Solid Rocket Motor,SRM),研究2300 ℃真空烧结时喷管致密度、组织结构及显微硬度、抗拉强度、压缩强度等性能随烧结时间的变化规律.研究表明:喷涂成形件为典型的柱状晶层片结构,粒子层片结合部位存在较多孔隙及微观缝隙,成形件致密度为87.5％,其显微硬度、抗拉强度、压缩强度分别为321.8 HV0.025,57.9 MPa及390.2MPa.随着真空烧结时间由2h延长至6h及8h,W-Re合金逐渐由定向凝固柱状晶层片结构转化为颗粒状结构,致密度及力学性能均随之提高.其中经8h烧结处理后,W-Re合金致密度、显微硬度、抗拉强度、压缩强度及屈服强度分别增加至98.6％,529.7 HV0.025,384.7 MPa,1466.5 MPa及879.6 MPa.由于Re元素可提高W-Re合金的再结晶温度,有效细化晶粒,显著提高合金的程度及塑性,等离子喷涂成形W-Re合金经真空烧结后可观察到明显的Re效应.     

C/C-Cu复合材料的烧蚀形貌和烧蚀机理

以PAN预氧化纤维整体毡为增强体,经碳化、等温CVI致密化后制备多孔的C/C复合材料预制体,利用气体压力浸渗法将Cu引入C/C预制体中制备C/C-Cu复合材料。采用氢氧(H2-O2)焰考核C/C-Cu复合材料的烧蚀性能,经扫描电镜和电子能谱对不同烧蚀区域的微观结构和成分进行分析,结果表明:预制体密度为0.96 g/cm3的C/C-Cu复合材料的线烧蚀率和质量烧蚀率分别为4.75μm/s、0.223 mg/s,烧蚀性能优良;其烧蚀表面具有不同的宏观形貌,在烧蚀中心区产生了明显的凹坑,主要烧蚀机制为C/C预制体的氧化和铜基体的机械冲刷;烧蚀过渡区聚集了大量的铜基体,其烧蚀机制为Cu的热氧化和机械冲刷;烧蚀边缘区材料表面变黑,主要因为C/C的氧化。为了提高C/C-Cu的烧蚀性能,需要发挥C/C预制体的"钉扎"作用,阻止Cu在高温下被气流冲刷而发生流动。     

加气喷嘴气体注入形式对雾化性能的影响

本文用马尔文粒度分析仪测量喷雾的平均液滴尺寸及液滴尺寸分布,研究了气体注入形式对喷雾特性的影响.喷嘴压降为34.5～690kPa,喷嘴气液比为0.002～0.023.试验中使用了两种气体注入形式:一种是直径6.3mm的单孔,另一种是20个直径0.5mm的小孔.它们与三种不同孔径的喷孔配合使用.其孔径分别为0.8,1.6和2.4mm.研究结果表明,雾化质量主要取决于喷嘴压降和气液比,而对气体注入形式和喷孔直径不敏感.测量液体流量看出,此类喷嘴的流量系数很小.雾化液体中含有固体颗粒或其它易堵塞小孔或喷嘴通道的有害物时,使用这种喷嘴将会显示出它的优点.     

气氮调温器Y型喷嘴实验及数值研究

基于FLUENT软件离散相模型及气体助力雾化模型,采用欧拉-拉格朗日方法研究通过Y型喷嘴雾化液氮的雾化特性.由于液氮液滴的蒸发相变,与水相比喷雾锥角更清晰且明显减小,约为10°,喷雾距离缩短.分析喷嘴气液工作压力对液氮雾化索太尔平均直径（SMD）、液滴体积分数和数量分数的影响.结果表明：SMD沿喷射方向变化幅度极小;SMD主要受气相速度及气液比影响,气压低时气相速度影响较大,气压高时气液比影响较大;由于相变作用,液氮雾化粒径分布更为集中.数值研究Y型喷嘴用于不同流量需求的气氮调温器的调温效果,出口温度低于98K,进出口温差达到12K,且整个出口温差在±1K以内,能够实现精确控温要求.     

喷射沉积过程中显微组织的形成机制

通过对沉积还纵剖面的组织分析，发现沉积坯在进缘、上下表面及中心部位的显微组织明显不同。边缘及上下表面区试样的退火试验研究表明，细小的枝晶碎块在高温退火过程中发生凝共和粗化，并导致近球状晶粒组织的形成。试验确定其生长服从：D2-D02=6.37×1020e(-70036.1/T)·τ，晶界迁移激活能Qg=582KJ／mol。并依赖于两种机制：（1）在喷射沉积过程中无强烈变形枝晶的均匀化；（2）变形及断裂枝晶的生长和粗化。     

液气式针栓喷注单元喷雾场结构试验研究

径向孔型针栓喷注器相对于径向缝型针栓喷注器具有更复杂的喷雾场。为了研究径向孔型针栓喷注器的喷雾场结构，将径向孔型针栓喷注器简化为单个气体射流与液膜碰撞的针栓喷注单元，采用了背景光成像系统结合激光相位多普勒技术（PDA），以水和空气为模拟介质，对液气式针栓喷注单元的喷雾场进行了试验研究。试验结果表明，液气式针栓喷注单元喷雾的三维结构呈现“喇叭”状。根据喷雾的形成过程及液滴的分布，液气式针栓喷注单元喷雾可以划分为4个区域：碰撞区、液滴区、液雾区及液丝区。液气式针栓喷注单元喷雾的分布范围可由内边界角、外边界角、中线角及散布角表示，均随局部动量比的增大而增大。液滴区的粒子主要由碰撞过程产生，SMD较大；液雾区的粒子经碰撞过程产生后，在气动力作用下进一步雾化，SMD小。由于液雾区的速度和粒径同时受到气动力作用的影响，粒径分布与速度分布在空间上呈现负相关趋势。     

铝合金搅拌摩擦焊表面冷喷涂层的结构与耐蚀性

采用冷喷涂技术在2219铝合金搅拌摩擦焊接头上制备Al涂层,以提高搅拌摩擦焊接头耐蚀性。通过数字显微镜、扫描电镜、电化学工作站对Al涂层的结构及耐蚀性进行表征。结果表明:冷喷Al涂层质量良好,孔隙率仅为0.77%,涂层内部存在等轴晶、细化晶粒以及拉长晶粒,涂层界面以机械咬合为主,涂层/接头区界面质量明显优于涂层/母材区界面;电化学数据显示,涂层腐蚀敏感性较低,自腐蚀电位和腐蚀电流密度均低于热影响区,冷喷涂层降低了搅拌摩擦焊接头的腐蚀敏感性;晶间腐蚀实验表明,腐蚀6 h后,涂层最大腐蚀深度仅为热影响区最大腐蚀深度的50%,证明冷喷涂技术显著改善了搅拌摩擦焊接头的耐腐蚀性。     

某重型燃气轮机燃料喷嘴工作特性试验研究

对某重型燃气轮机燃料喷嘴的工作特性进行了试验研究.主要测定了该燃机喷嘴组在1.0MPa压力下工作时每个喷嘴的流量特性,通过数码照相和计算机图像处理测定各喷嘴的喷雾锥角,利用相位多普勒粒子分析仪(PDPA)和激光多普勒测速仪(LDV)测量雾化粒度SMD.分析试验结果,得出了一些有重要价值的数据和结论,为燃机喷嘴的研制和改进提供了重要依据.     

三种热喷涂工艺制备NiCr/Cr_3C_2-BaF_2·CaF_2涂层的结构与性能

采用大气等离子喷涂、爆炸喷涂和超音速火焰喷涂三种热喷涂技术制备了NiCr／Cr3C2-BaF2·CaF2涂层,分析比较了涂层的显微组织、物相组成、孔隙率、硬度、结合强度及其摩擦学性能。结果表明,与大气等离子喷涂相比,超音速火焰喷涂和爆炸喷涂技术制备的涂层具有更高的致密度、硬度和结合强度。采用包覆法制备的粉末进行喷涂,碳化物失碳明显减少,涂层中氧化物含量低。三种NiCr／Cr3C2-BaF2·CaF2热喷涂涂层的摩擦系数都随着温度的升高而减小,爆炸喷涂和超音速火焰喷涂涂层的摩擦系数比等离子喷涂涂层的摩擦系数更低,耐磨性得到提高。高温下BaF2·CaF2润滑膜的形成均可有效降低三种涂层的摩擦系数,从而降低涂层和对磨球Si3N4的磨损率。