喷射式冲蚀磨损实验系统及红外光学材料冲蚀行为研究

材料研究与应用 2024，18（1）：123‐132Materials Research and ApplicationEmail ：clyjyyy@http ：//mra.ijournals.cn 低压等离子喷涂NiCoCrAIYTa 涂层的抗燃气热冲击性能研究赵宇1,毛熙烨2,3*,吕伯文2*,邓朝阳2,董东东2,李创生2,毛杰2,邓春明2,邓畅光2,刘敏2（1.中国航发湖南动力机械研究所，湖南 株洲 412002； 2.广东省科学院新材料研究所/现代材料表面工程技术国家工程实验室/广东省现代表面工程技术重点实验室，广东 广州 510650； 3.景德镇陶瓷大学材料科学与工程学院，江西 景德镇333403）摘要： 为了保障涡轮叶片材料的抗高温氧化与耐热腐蚀性能，采用低压等离子喷涂技术在航空发动机涡轮叶片试验件上成功制备了NiCoCrAlYTa 涂层。

通过对不同粉末制备的NiCoCrAlYTa 涂层进行1 000 ℃/75 h 燃气热冲击试验，研究了带涂层叶片尺寸、涂层表面形貌、相组成和显微组织、涂层厚度和均匀性等性能参数的变化。

结果表明：热冲击试验后，不同涂层叶片的整体尺寸未发生显著变化，表明涂层在高温环境下具有稳定的尺寸；涂层表面形成了Al 2O 3膜和NiAl 2O 4尖晶石，保留了较好的结构完整度，这有助于提高涂层的耐腐蚀性能；涂层的物相组成主要包括γ-Ni 、γ'-Ni 3Al 和少量的β-NiAl ，形成了贫Al 区、互扩散区、二次反应区等典型微区结构，析出的TCP 相为R 相，表明在热冲击过程中涂层发生了相变；不同粉末制备的NiCo‐CrAlYTa 涂层均表现出了良好的抗热冲击性能，为航空发动机涡轮叶片的高温应用提供了可行的涂层方案。

关键词： 低压等离子喷涂；NiCoCrAlYTa 涂层；燃气热冲击；抗热冲击性能；；抗氧化性能;叶片尺寸;涂层厚度;互扩散中图分类号：TG174.442 文献标志码： A 文章编号：1673-9981（2024）01-0123-10引文格式：赵宇，毛熙烨，吕伯文，等.低压等离子喷涂NiCoCrAIYTa 涂层的抗燃气热冲击性能研究［J ］.材料研究与应用，2024，18（1）：123-132.MAO Xiye ，ZHAO Yu ，LV Bowen ，et parative Study of NiCoCrAlYTa Coatings After Burner -Rig Test ［J ］.Materials Research and Application ，2024，18（1）：123-132.0　引言随着航空发动机向高推重比发展，发动机的进口燃气温度不断提高，涡轮叶片长期经受高温燃气的冲击和腐蚀，对涡轮叶片材料的抗高温氧化和耐热腐蚀性能提出了严格的要求［1］。

材料表面工程在材料工程领域的应用与研究进展摘要材料表面工程技术是21世纪关键技术之一，从上世纪80年代以来一直保持较快的发展速度并在科研与工业生产中得到了广泛应用。

本文简要概述了近些年材料表面工程在材料领域的应用和最新研究进展，并对其前景做了展望。

关键词材料表面工程表面防护功能涂层堆焊技术纳米表面工程1引言表面工程的概念由英格兰伯明翰大学教授汤·贝尔于1983年首次提出，现已发展成为跨学科的边缘性、综合性、复合型学科[1]。

表面工程以最经济和最有效的方法改变材料表面及近表面区的形态、化学成分和组织结构，或赋予材料一种全新的表面。

一方面它可有效地改善和提高材料和产品的性能（耐蚀、耐磨、装饰性能），确保产品使用的可靠性和安全性，延长使用寿命，节约资源和能源，减少环境污染；另一方面还可赋予材料和器件特殊的物理和化学性能表面工程是表面经过预处理后，通过表面涂覆、表面改性或多种表面技术复合处理，改变固体金属表面或非金属表面的形态、化学成分、组织结构和应力状况，以获得表面所需性能的系统工程。

表面工程技术是表面工程的核心和实质。

表面工程技术可以分为：表面改性、表面处理、表面涂覆、复合表面工程、纳米表面工程技术[2]。

表面工程与人们的生产、生活息息相关。

2材料表面工程的应用2.1在表面防护方面的应用表面防护主要是指材料表面防止化学腐蚀和电化学腐蚀等的能力。

采用表面工程技术能显著提高结构件的防护能力[3]。

表面工程的最大优势是能够以多种方法制备出优于本体材料性能的表面功能薄层，如采用表面硬化处理、热喷涂、激光表面强化等修复和强化零件表面，赋与零件耐高温、防腐蚀、耐磨损、抗疲劳、防辐射等性能[4]。

这层表面材料与制作部件的整体材料相比。

厚度薄，面积小。

但却承担着工作部件的主要功能。

不同表面工程技术所获得的覆盖层厚度一般从几十微米到几毫米，仅占工件整体厚度的几百分之一到几十分之一，却使工件具有了比本体材料更高的耐磨性、抗腐蚀性和耐高温等能力。

河南科技Henan Science and Technology 工业技术总777期第七期2022年4月基于DPM模型的软化水冲蚀弯管流场分析陈延辉闫美芳徐孝轩赵宝琴（西安石油大学，陕西西安710000）摘要：为研究软化水对90°弯管的冲蚀情况，使用CFD-FLUENT数值仿真，选用RNGk-ε湍流模型，DPM离散相冲蚀模型对两相流颗粒流场分布、流体流速、流体黏度、颗粒质量流量、颗粒粒径研究分析。

结果表明：随流体流速增大，最大冲蚀速率呈增大趋势；随流体黏度增大，最大冲蚀速率先增加后趋于平稳；随着颗粒质量流率增大，最大冲蚀速率呈线性增长；随着颗粒直径增大，最大冲蚀速率呈下降趋势；冲蚀区域主要集中于弯管外侧壁面，随变量改变，冲蚀区转移到出口区域，并出现二次碰撞现象。

关键词：DPM模型；冲蚀；Fluent；软化水；流场分析中图分类号：TE973文献标志码：A文章编号：1003-5168（2022）7-0041-05 DOI:10.19968/ki.hnkj.1003-5168.2022.07.009Flow Field Analysis of Softened Water Erosion Elbow Based on DPMModelCHEN Yanhui YAN Meifang XU Xiaoxuan ZHAO Baoqin(Xi'an Shiyou University,Xi'an710000,China)Abstract:In order to study the erosion of90°elbow by softened water,CFD-FLUENT was used for nu⁃merical simulation.The RNGk-εturbulence model and DPM discrete phase erosion model are used to study and analyze the particle flow field distribution,fluid velocity,fluid viscosity,particle mass flow rate and particle size of two-phase flow.The results showed that:the maximum erosion rate increases with the increase of fluid velocity.With the increase of fluid viscosity,the maximum erosion rate increases atfirst, then it tends to be stable.The maximum erosion rate increases linearly with the increase of particle mass flow rate.And the maximum erosion rate decreases with the increase of particle diameter.The erosion area is mainly concentrated on the outer wall of the elbow.With the change of the variable,the erosion zone shifts to the outlet zone and secondary collision occurs.Keywords:DPM model;erosion;Fluent;demineralized water;flow field analysis0引言随着科技的革新，工业和农业等得以迅速发展，在这些产业发展中需要应用一种配件——弯管。

88士試2018年•第 4 期基于Fluent的割缝筛管冲蚀模拟分析◊长江大学机械工程学院邓自强割缝筛管是采油防砂的主要机械防砂工具之一，其中携砂液的冲蚀磨损是导致割 缝筛管防砂失效的原因之一。

本文运用Fluent软件，对割缝筛管单个割缝进行液固二相流的冲蚀磨损数值模拟，分析了割缝处最大冲蚀率与携砂液流速、砂粒粒度和含砂水平之间的关系，结果表明筛管割缝处的最大冲蚀率随携砂液流速、含砂水平的增加而增大，其中和含砂水平呈线性增加关系；同时割缝处最大冲蚀率随着砂粒粒度的增加而增大，当砂粒粒度达到割缝缝宽时，割缝处最大冲蚀率趋于平稳。

割缝筛管作为机械防砂财的核心識之一，对于針防砂作业有着举足鐽的影响w〇而割缝筛管贼油作业中的损坏失效的形就錄形式：4觀的冲聽损贼【21〇导致賭冲蚀磨损失效的主要因素有含砂原油的流速、原油的含砂浓度、砂粒的直径、冲蚀角。

二是原油中腐蚀性气体引发的损坏失效 等131。

三是由于生产过程中井贿力变化引起的防砂筛管挤压失 效^1。

在正常采油过程中，割缝筛管很多都是由于含砂原油的冲 蚀磨损和腐蚀相结合引起的防砂失效。

对于割缝筛管冲蚀磨损 导致防砂作业失效的研究是有必要的。

1冲蚀模型运用Fluent中内置的PDM模型ra，其颗粒对材料的冲蚀率定S O h^II.■式中：•气为穎粒质量，I丨.，_|丨颖粒形状函数，为冲蚀角函数，为速度函数丨为冲蚀计算面积。

2流域模型建立以外径尺寸为缝宽为0.2 mm的割缝筛管为尺寸基 础，取单个割缝单元士为研究对象，建立割缝的几何模型5并 导入ICEM中进行网格划分，图1左是割缝筛管实物图，右是单个割缝猶网格模型。

H 一图1割缝筛管实物图（左）、单个割缝流道网格模型（右）3边界条件取携砂液流速（3~15) m/s，砂粒粒度取（0.1-0.5) mm,含砂浓度购％~i〇%，携砂液动力粘度设为本文采取速度入口，自由出口，壁面采用无滑移壁面边界。

4结果分析4.1携砂液流速对割缝筛管冲蚀磨损影响取砂雛度为0.1mm，含雜度为2%,携砂液流速分别取 3m/S~15m/s，以此设置Fluent的边界条件，研究携砂液流速对 割缝筛管冲蚀磨损影响。