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Inconel690合金HVOF喷涂WC-10Co-4Cr涂层高温微动磨损特性研究

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摘要

第1章 绪论

1.1 微动摩擦学概述

1.1.1 微动定义及分类

1.1.2 影响微动的主要因素

1.2 微动磨损理论

1.2.1 早期理论

1.2.2 微动的三体理论

1.2.3 微动图理论

1.3 蒸汽发生器传热管概述及微动磨损研究进展

1.4 表面工程技术在抗微动损伤方面的研究现状

1.4.1 表面工程技术概述

1.4.2 超音速火焰喷涂技术概述

1.5 本文选题的意义和研究内容

1.5.1 选题的意义

1.5.2 研究内容

第2章 试验材料和方法

2.1 试验材料的选择和制备

2.1.1 管试样材料

2.1.2 对磨副试样材料的选择

2.1.3 涂层的制备

2.1.4 涂层和Inconel690基材的显微硬度

2.1.5 WC-10Co4Cr喷涂粉末分析

2.2 微动磨损试验

2.2.1 试验装置

2.2.2 微动磨损试验步骤与参数

2.3 分析方法

2.3.1 磨痕形貌分析

2.3.2 磨损量测定

2.3.3 磨痕轮廓分析

2.3.4 磨痕表面分析

2.3.5 磨痕断面分析

第3章 室温下WC-10Co-4Cr涂层的微动磨损特性

3.1 涂层的微动三维特性图

3.2 影响涂层摩擦系数的主要因素

3.2.1 位移幅值对摩擦系数的影响

3.2.2 法向载荷对摩擦系数的影响

3.2.3 循环次数对摩擦系数的影响

3.3 涂层的磨损量

3.3.1 磨痕截面的二维轮廓

3.3.2 磨损体积

3.4 涂层的磨痕分析

3.4.1 磨痕形貌分析

3.4.2 磨损机理分析

3.5 本章小结

第4章 高温下WC-10Co-4Cr涂层的微动磨损特性

4.1 涂层的高温微动摩擦特性曲线

4.2 影响涂层摩擦系数的主要因素

4.2.1 位移幅值对摩擦系数的影响

4.2.2 法向载荷对摩擦系数的影响

4.3 涂层的磨损量

4.3.1 磨痕截面的二维轮廓

4.3.2 磨损体积

4.4 涂层的磨痕分析

4.4.1 磨痕形貌分析

4.4.2 磨痕剖面分析

4.4.3 磨损机理分析

4.5 本章小结

第5章 温度对WC-10Co-4Cr涂层微动磨损影响的比较研究

5.1 摩擦系数

5.2 磨痕截面的二维轮廓

5.3 磨损体积

5.4 损伤分析

5.5 本章小结

结论

致谢

参考文献

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摘要

蒸汽发生器传热管是核电系统的关键部件之一,由于传热管与支撑部件之间的小幅振动引起微动磨损,导致传热管局部损伤。持续的微动会进一步导致传热管表层裂纹的萌生与扩展,产生安全隐患,危及核电系统安全。因此,防止蒸汽发生器传热管微动损伤导致的管裂事故,是核电系统安全的重大课题。虽然研究人员做了长期大量的有关研究工作,但目前尚无一套系统的方法来有效解决蒸汽发生器传热管微动损伤可能产生的安全风险问题。
  本文在PLINT电液伺服高温微动试验机上,以“十”字交叉接触方式进行Inconel690合金管及其超音速火焰喷涂WC-10Co-4Cr涂层的高温微动磨损试验。试验条件为:法向载荷Fn为100~200 N,位移幅值D为100~200μm,频率f为2 Hz,循环次数为30000次,温度为室温25℃至300℃。利用光学显微镜(OM)、X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、电子能谱仪(EDX)、NanoMap500DLS双模式轮廓仪和三维共聚焦显微镜(OLYMPUS-OLS4100)等设备对磨痕进行测试分析,研究了Inconel690合金管和WC-10Co-4Cr涂层的微动磨损特性和磨损机理。结果表明:⑴在室温下位移幅值对WC-10Co-4Cr涂层的摩擦系数影响较小;在位移幅值一定时,法向载荷增加,WC-10Co-4Cr涂层的摩擦系数增加,室温下WC-10Co-4Cr涂层的微动磨损机制以磨粒磨损与剥层为主要特征,并伴有轻微摩擦氧化。⑵高温200℃和300℃下WC-10Co-4Cr涂层的磨损体积随着位移幅值和法向载荷的增大而增大;高温200℃下微动磨损机制仍以磨粒磨损和剥层为主要特征,伴有氧化磨损。高温300℃下微动磨损机制以氧化磨损为主要特征,并伴有剥层特征。⑶在室温至高温200℃条件下,WC-10Co-4Cr涂层的磨损体积和截面二维轮廓面积较小,表明超音速火焰喷涂WC-10Co-4Cr涂层能有效提高Inconel690合金的耐磨性和抗微动磨损性,而在高温300℃下,WC-10Co-4Cr涂层发生严重磨损。

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