航空发动机涡轮叶片榫槽部位在高温、高应力和振动环境下工作,面临着严重的微动磨损和微动疲劳问题。钴基司太立合金(Stellite)凭借其独特的高温硬度、耐磨性和抗微动疲劳性能,成为榫槽耐磨涂层的理想选择。

我们采用的司太立合金采用真空熔模精密铸造工艺:在1480-1520℃下进行熔炼,通过控制冷却速率使材料获得理想的碳化物分布。铸态组织由钴基固溶体、M₇C₃型碳化物和少量M₂₃C₆碳化物组成,碳化物体积分数控制在25-30%,尺寸分布在5-15μm范围。经过1150℃/4小时固溶处理和800℃/16小时时效处理后,材料在800℃的高温硬度仍保持在HRC 45以上。

在模拟榫槽工作条件的微动磨损试验中(温度800℃,频率100Hz,位移幅值50μm),司太立合金涂层的磨损率仅为2.1×10⁻⁶ mm³/N·m,摩擦系数稳定在0.35-0.45。经过10⁷次微动循环后,涂层表面仅出现轻微磨损,未观察到剥落现象。通过扫描电镜分析发现,磨损机制以氧化磨损为主,表面形成的Cr₂O₃保护膜有效降低了摩擦系数。
我们采用显微硬度梯度测试评估涂层的力学性能分布,确保界面结合强度超过250MPa。通过热震试验验证涂层的抗热疲劳性能,在200-900℃温度循环1000次后,涂层无剥落、无裂纹。每批涂层材料都进行金相检查和成分分析,确保满足航空发动机热端部件的严苛要求。
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