CN101705842A - 一种燃气轮机旁通可变机构内侧环、外侧环表面耐磨层及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种燃气轮机旁通可变机构内侧环、外侧环表面耐磨层及其制备方法，该耐磨层位于外侧环的内底面和内侧环的外顶面和侧面，所述耐磨层是钼涂层，采用大气等离子喷涂方法制得。该钼涂层硬度高，摩擦系数低，并且有均匀分布的孔隙，可起到储油作用，提高旁通机构内侧、外侧环的防腐、耐磨性能，延长了该工件的使用寿命，降低成本。本发明的制备方法采用大气等离子喷涂工艺，克服了钼难熔、涂层易氧化、喷涂效率低等困难，将铝致密涂层成功应用到燃机旁通机构上。同时这种喷涂方法，喷涂过程中工件温度低于150摄氏度，喷涂后无需后续热处理，工件不变形。
Description
技术领域
本发明涉及燃机的加工领域，具体涉及一种燃气轮机旁通可变机构内侧环、外侧环表面耐磨层及其制备方法。
背景技术
燃气轮机旁通机构内侧、外侧环配合面，见图1、图2，在长期使用过程中腐蚀、磨损非常严重，需要经常更换和修理，使得生产线暂停、延误工期。为提高燃气轮机旁通机构内侧、外侧环配合面的耐磨性能，可以采用在其工件表面喷焊一层耐磨材料的方法。但是，在旁通机构的表面喷焊一层耐磨材料，容易导致工件变形，顾此失彼，造成不必要的损失；而且，喷焊后需要对工件进行回火处理，使得工艺复杂，增加操作难度，增加成本，延长加工时间，生产效率降低。或者采用将整个旁通机构都更换成耐腐蚀，耐磨材料，这无疑将致使成本急剧增加；而且，将耐腐蚀、耐磨材料加工为旁通机构，还得制定一套特殊的技术方案和工艺流程，增加操作难度，增加成本，延长加工时间，生产效率降低。
发明内容
本发明的目的在于提供一种燃气轮机旁通可变机构内侧环、外侧环表面耐磨层及其制备方法。
本发明采取的技术方案是：
一种燃气轮机旁通可变机构内侧环、外侧环表面耐磨层，该耐磨层位于外侧环的内底面和内侧环的外顶面和两个侧面，所述耐磨层是钼涂层，采用大气等离子喷涂方法制得。
这种燃气轮机旁通可变机构的内侧、外侧环表面耐磨层的制备方法，包括以下步骤：
(1)加工旁通可变机构时，将内侧、外侧环表面上不需喷涂的区域预留0.10～0.20mm的加工余量；
(2)使用清洗液清洁需喷涂的表面，并晾干；
(3)对需喷涂表面做喷砂预处理，去除表面钝化层；
(4)在大气环境下，使用送粉器送钼粉，使用喷枪给需喷涂表面做等离子喷涂；
(5)将预留的加工余量加工到要求尺寸。
所述步骤(4)中，送粉气流量为2.5～3.5L/min，喷涂表面线速度为200～400mm/s，喷枪移动速度为0.1～0.2mm/s，喷射距离为100～150mm，搭接距离为2～5mm，冷却风压力3.0bar。
所述步骤(4)中，喷枪的喷嘴内径为2～8mm。
所述步骤(2)中的清洗液采用丙酮。
所述步骤(3)中的喷砂采用24#白刚玉。
本发明产生的有益效果是：
本发明在燃气轮机旁通可变机构上最易腐蚀和磨损的部件——内侧、外侧环的表面喷涂有一层耐腐蚀、耐磨损的钼致密涂层，该涂层硬度高，摩擦系数低，并且有均匀分布的孔隙，可起到储油作用，提高旁通机构内侧、外侧环的防腐、耐磨性能，延长了该工件的使用寿命，降低成本。
因为，本发明采用大气等离子喷涂工艺，与喷焊工艺相比，克服了工艺复杂，操作难度大，成本高，加工时间长，生产效率低等问题，将钼涂层成功应用到燃机旁通机构上。同时这种喷涂方法在喷涂过程中工件温度低于150摄氏度，喷涂后无需后续热处理，工件不变形。
本发明所制得的燃气轮机旁通可变机构内侧环、外侧环表面耐磨层的性能优越，见下表2：
表2.大气等离子喷钼涂层性能表
| 项目 | 实验条件 | 实验结果 | |
| 1 | 金相组织 | 100×，500× | 涂层均匀致密，孔隙率＜3％，100倍视场无可以辨认的裂纹，无熔化的电极和其他杂质，涂层与基体结合良好，界面氧化物、残留硬渣污染率为20％。 |
| 2 | 硬度 | HVS-1000型显微硬度计，载荷500g，保持10s。 | 350～420 |
| 3 | 耐磨性能 | ACT-JP(Arata Coating Tester/With JetParticles)试验法：室温，60#棕刚玉磨料，f5.2喷嘴，气压0.5MPa，喷射角度30°，距离100mm。 | 磨损量：0.1000～0.1050g/30cm2/10sec |
| 4 | 落锤冲击 | XJL-300C管材落锤冲击试验机，锤重2kg，锤头顶部20mmR，高度2m，自由下落。 | 涂层无裂纹、剥落现象 |
| 5 | 杯突性能 | 试样规格50mm×60mm×1.2mm的试样，在万能实验机上采用Φ22.2mm钢球以10mm/min匀速压入7.6mm。 | 涂层均无裂纹、无剥落 |
附图说明
图1为本发明旁通外侧环喷涂区域示意图；
图2为本发明旁通内侧环喷涂区域示意图；
图3为本发明涂层制备方法的步骤示意图。
图1、图2中代号表示：1-涂层；2-外侧环；3-内侧环。
具体实施方式
本发明采用等离子喷涂的方式，在燃气轮机旁通机构内侧环3、旁通外侧环2配合面处制备一层高温耐磨涂层1。因近年来随着热喷涂技术的发展，涂层1与基材间的结合强度已大大提高，完全能够满足工件实际运行工况。加之热喷涂涂层热应力小，无需回火处理特有优势。因此，选用了钼作为喷涂材料，因钼在340℃以内具良好的润滑特性和优良的抗磨损性能，也恰好满足燃气轮机旁通环的使用工况。
本发明首先对与旁通环相同材质的试样进行喷涂，及涂层组织与性能分析等方面进行了大量的试验与研究，再对燃机旁通机构内侧环3、外侧环2进行喷涂，分析，最终获得燃机旁通环大气等离子喷钼涂层的具体实施方式。
如图1、图2所示：本发明采用在燃气轮机旁通可变机构的内侧环3、外侧环2的表面上喷涂耐磨涂层1的方法，使得该旁通机构的内侧环3、外侧环2抗高温、耐磨损性能符合要求，延长该部件的寿命。该耐磨涂层1位于外侧环的内底面和内侧环的外顶面和侧面上，这两处部位是燃机工作时最易磨损的部位；该耐磨涂层1是纯钼涂层，采用大气等离子喷涂的方法喷涂而成。
这种燃气轮机旁通可变机构的内侧环3、外侧环2表面涂层1的加工方法，参见图3，包括以下步骤：
1、在加工旁通可变机构时，将内侧环3、外侧环2表面上不需喷涂的区域预留0.10～0.20mm的加工余量。这是因为旁通环喷涂区域结构复杂，考虑到喷涂后涂层1需要加工，我们在喷涂需要保护的区域预留加工余量，待喷涂完成后，加工涂层1时再将工件加工到要求尺寸。
2、对需喷涂来料检查，检查合格再进入下道工序。
3、使用清洗液，如丙酮，清洁需喷涂的旁通可变机构的内侧环3、外侧环2表面，去除需喷涂表面的油污及异物，并晾干。
4、对需喷涂表面做预处理，使用喷砂枪对工件喷涂白刚玉粉末。此步骤是对需喷涂表面进行喷砂活化处理，去除表面钝化层。本实施例中，喷砂采用24#白刚玉。喷枪的喷嘴内径为6mm，喷射的气体压力为0.5MPa，喷嘴到工件的距离为120mm，喷射时与工件表面的角度约为75度。
5、在大气环境下，使用送粉器送纯钼粉，使用喷枪给需喷涂表面做等离子喷涂。喷涂条件为：送粉器送出的粉气流量为2.5L/min。喷射焰流与工件表面的夹角为90度，喷嘴到工件喷涂表面的距离为120mm，喷嘴内径6mm，送粉器喷射器直径1.8mm，喷涂过程中工件始终做匀速圆周运动，保持工件喷涂表面线速度为400mm/s，喷枪沿工件轴向匀速移动，速度为0.1mm/s左右，在工件表面形成螺旋型的喷涂带，螺旋带搭接距离约4mm，冷却风压力3.0～4.0bar。
本次大气等离子喷钼选取的最佳工艺参数范围见下表1：
表1.大气等离子喷涂钼参数表
当使用该超音速火焰喷涂方法加工其他尺寸的工件时，只需对上述工艺参数进行适当调整。
6、喷涂完成后，将旁通可变机构的内侧环3、外侧环2表面上预留的加工余量加工到要求尺寸。
7、清理涂层1。
8、检查涂层1，若涂层1合格则喷涂完成；若涂层1不合格，返回步骤4，使用喷砂的方法，将涂层1去除，重新加工。
Claims (6)
1.一种燃气轮机旁通可变机构内侧环、外侧环表面耐磨层，该耐磨层位于外侧环的内底面和内侧环的外顶面和两个侧面，其特征在于：所述耐磨层是钼涂层，采用大气等离子喷涂方法制得。
2.一种燃气轮机旁通可变机构的内侧、外侧环表面耐磨层的制备方法，包括以下步骤：
(1)加工旁通可变机构时，将内侧、外侧环表面上不需喷涂的区域预留0.10～0.20mm的加工余量；
(2)使用清洗液清洁需喷涂的表面，并晾干；
(3)对需喷涂表面做喷砂预处理，去除表面钝化层；
(4)在大气环境下，使用送粉器送纯铝粉，使用喷枪给需喷涂表面做等离子喷涂；
(5)将预留的加工余量加工到要求尺寸。
3.根据权利要求2所述的燃气轮机旁通可变机构的内侧、外侧环表面耐磨层的制备方法，其特征在于：所述步骤(4)中，送粉气流量为2.5～3.5L/min，喷涂表面线速度为200～400mm/s，喷枪移动速度为0.1～0.2mm/s，喷射距离为100～150mm，搭接距离为2～5mm，冷却风压力3.0bar。
4.根据权利要求2所述的燃气轮机旁通可变机构的内侧、外侧环表面耐磨层的制备方法，其特征在于：所述步骤(4)中，喷枪的喷嘴内径为2～8mm。
5.根据权利要求2所述的燃气轮机旁通可变机构的内侧、外侧环表面耐磨层的制备方法，其特征在于：所述步骤(2)中的清洗液采用丙酮。
6.根据权利要求2所述的燃气轮机旁通可变机构的内侧、外侧环表面耐磨层的制备方法，其特征在于：所述步骤(3)中的喷砂采用24#白刚玉。
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