電磁場調控下等離子束原位合成定向排列M7C3塗層研究

《電磁場調控下等離子束原位合成定向排列M7C3塗層研究》是依託河海大學，由程江波擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：電磁場調控下等離子束原位合成定向排列M7C3塗層研究
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：程江波
• 依託單位：河海大學

項目摘要

針對水輪機關鍵過流易損部件再製造技術難題，以提高其使用壽命和可靠性為目標，基於材料製備與成形一體化思路，將電磁場和定向凝固技術植入等離子束表面冶金系統中，原位生成定向排列的M7C3碳化物塗層。系統研究電磁場與等離子束互動作用機理，揭示多場耦合下熔池金屬的流動行為對塗層凝固前沿界面的作用機制；闡明M7C3定向排列和結構細化的科學機理和效應，建立M7C3原位形核、長大模型。揭示M7C3硬質相/基體在多相流空蝕磨損條件下的構效演變機理和複合強韌化機制以及結構參量與塗層壽命之間的非線性關聯，澄清材料設計-工藝控制-組織結構-性能質量之間的映射關係，建立塗層多尺度裂紋擴展及全壽命預測模型。本項目研究內容體現材料學、磁流體力學、摩擦學等多學科領域的交叉，為水輪機關鍵易損部件的高效、節能、綠色新型再製造工藝提供理論基礎和技術支持。

結題摘要

本項目針對水力機械易損部件在多相流磨損環境下的再製造技術難題，基於“余氏”固體與分子經驗電子理論，最佳化設計了含殘餘奧氏體和M7C3增強相的複合塗層結構的鐵基合金。構建了外加磁場和水冷基底作用下的等離子束裝置系統，研究了線圈結構和磁場強度對外加磁場的分布特性，外加磁場對改善熔池流體流動行為的作用機理；通過最佳化電磁參數，製備出了定向排列的M7C3的複合塗層。研究發現：當線圈安裝在等離子束槍體上時，熔覆區域呈現縱向的磁場分布；隨著磁場的施加，熔池流體產生了循環運動和渦旋運動；隨著磁場參數的增強，塗層中M7C3的數目隨之增加，且均勻分布於堆焊層的表面；當磁場電流為3A，頻率為10Hz時，塗層中M7C3獲得最佳的細化效果；而且電磁攪拌改善了塗層中M7C3的分布形態，使其由長條狀和六方塊狀的混合形態逐漸轉變為較規則、均勻的六方塊狀，從而進一步提高塗層在含砂、水多相流磨損和清水空蝕環境下力學性能。本項目的研究成果進一步豐富了再製造理論，為水力機械關鍵易損部件的低碳再製造提供理論基礎和技術支持。