CN102115884A - 一种耐磨耐蚀复合涂层的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种耐磨耐蚀复合涂层的制备方法。该方法制备的涂层由四个功能涂层复合而成：从基体依次为采用堆焊工艺制备的含WC在25～40％的NiCrBSi底层，采用电刷镀制备Ni(或Au)中间层，采用超音速喷涂工艺制备Cr3C2-25NiCr表层涂层，以及采用含铝或硅或铝硅的醇酸树脂制备的表面封孔层。采用该方法所制备的复合涂层致密、硬度均匀，各涂层之间结合强度高，在实际恶劣工况下，复合涂层可充分发挥其表面耐冲蚀性、耐热腐蚀性。经测试，涂层的结合强度≥70MPa，涂层硬度HRB≥62，涂层抗冲蚀和腐蚀能力比原基体提高五倍以上。
Description
技术领域
本发明涉及一种复合涂层的制备方法，属于耐磨涂层制备技术领域。
背景技术
在工业生产中，许多设备的运行环境十分恶劣，如发电厂、矿井、冶金等行业中的风机，由于工作中担任着输送气固两相混合流的任务，其主要部件风机叶轮除受到磨粒的冲蚀磨损外，还会受到烟气的热腐蚀，因此磨损十分严重。近年来，随着表面工程技术的迅速发展，国内外普遍采用通过对工件进行表面耐磨处理来延长风机的使用寿命，归纳起来主要有以下几种：表面堆焊、热喷涂(焊)、表面化学热处理、表面粘贴陶瓷等工艺。这些表面处理工艺各有优点，但往往只能提供单一和有限的保护，很难解决磨粒冲蚀和燃气热腐蚀等多种工况并存而带来的磨损问题。
发明内容
本发明为解决现有表面处理技术往往只能提供单一和有限的保护，很难解决磨粒冲蚀和燃气热腐蚀等多种工况并存而带来的磨损问题，提供一种耐磨耐蚀复合涂层的制备方法。
本发明的方法如下：
通过堆焊在基材的表面制备底层涂层，并对所述底层涂层进行打磨及粗化；
对所述底层涂层通过电刷镀制备中间层涂层，并对所述中间层涂层进行冲洗、烘干及预热；
对所属中间层涂层通过超音速喷涂制备表层涂层，并对所述表层涂层进行封孔处理。
本发明通过表面处理工艺复合技术有效地将各种涂层的优点结合起来，所制备的复合涂层致密、硬度均匀、各涂层之间结合强度高，在实际恶劣工况下，复合涂层如同层层屏障，可充分发挥其表面耐冲蚀性、耐热腐蚀性。经测试，涂层的结合强度≥70MPa，涂层硬度HRB≥62，涂层抗冲蚀和腐蚀能力比原基体提高五倍以上。
具体实施方式
本发明的具体实施方式提供了一种耐磨耐蚀复合涂层的制备方法，选择一台型号为Y5-51-15D锅炉引风机，其叶片材质为16Mn钢。由于工况恶劣，风机运行30天左右就出现叶片断裂等现象。采用本实施例提供的复合涂层的制备方法，首先对叶片基材表面进行打磨却除毛刺、清洗、除锈；再采用PTA堆焊工艺，在工件表面堆焊层厚为1～3mm的耐磨层作为中间层涂层，其中堆焊过程中喷涂的粉末为添加了25～40％的WC的NiCrBSi，优选为35％；对中间层涂层进行打磨修平，选用吹砂粒径为60～80目的氧化铝砂进行表面粗化，粗化程度为粗糙度≥4，优选为42；采用电刷镀机在堆焊层表面电刷镀Au，刷镀层厚度为0.05～0.15mm；对电刷镀层进行清水冲洗并烘干，喷涂前预热温度为150～200℃；进行超音速喷涂，喷涂粉末为75％Cr3C2和25％NiCr，混合后粉末的粒度为35±10μm，喷涂涂层厚度为0.5～1.0mm。喷涂工艺参数为氧气流量180～210L/min，丙烷流量55～62L/min，喷涂距离190～210mm，空气压力0.3～0.4MPa，送粉量50～80g/min；最后采用含铝或硅的醇酸树脂进行封孔处理，封孔后送入热处理炉中进行保温，温度为300～400℃，保温时间为2～5小时。实验结果：带有复合涂层的叶片装机运行后，耐冲蚀磨损能力大大提高，实际运行时间达165天，比原风机叶片提高了五倍以上。
本发明在研究分析了气固两相流中风机叶轮的磨损特性后，设计了三层涂层体系，底层涂层采用堆焊工艺制备了含有硬质相WC的镍基合金涂层，由于堆焊层可与基体形成很好的冶金结合，且涂层具有较高的硬度，可增强基材表面的耐磨性；为降低镍基合金堆焊层表面硬度，提高底层涂层与超音速火焰喷涂(HVOF)制备涂层的结合强度，在底层涂层表面电镀一层金属Au或Ni作为中间层，该涂层的引入，不仅解决了硬度高的两种材料的难以复合的问题，而且电刷镀的Au或Ni涂层具有致密、防腐的特性，还可以防止工况环境中热腐蚀烟气通过超音速涂层中的贯穿孔及堆焊层可能存在的微裂纹侵蚀基体；最外表层涂层采用超音速火焰喷涂的方法制备Cr3C2-25NiCr涂层，该涂层硬度高、耐高温性好，可提高工件的耐磨、耐热腐蚀性。
本发明的创新点在于采用电刷镀层作为中间层，将两种高硬度涂层有效地复合，不仅改善了热喷涂涂层难以制备厚涂层、涂层存在孔隙抗腐蚀性能差、结合强度不高的缺点，也改善了单一堆焊层涂层材料受限、硬度不高、抗热腐蚀性能差的缺点。可用于电站、矿山、冶金、水泥、化工等行业恶劣工矿环境下使用的风机、烟道、换热器等关键零部件的表面防护。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。
Claims (8)
1.一种耐磨耐蚀复合涂层的制备方法，其特征在于：
通过堆焊在基材的表面制备底层涂层，并对所述底层涂层进行打磨及粗化；
对所述底层涂层通过电刷镀制备中间层涂层，并对所述中间层涂层进行冲洗、烘干及预热；
对所属中间层涂层通过超音速喷涂制备表层涂层，并对所述表层涂层进行封孔处理。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在制备底层涂层之前还包括对所述基材的表面进行预处理，所述预处理包括打磨、清洗及除锈。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述制备底层涂层的制备包括通过PTA堆焊工艺，在基材表面堆焊厚度为1～3mm的耐磨层，其中所述堆焊过程中喷涂的粉末为添加了25～40％的WC的NiCrBSi。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述打磨及粗化包括选用吹砂粒径为60～80目的氧化铝砂，对所述底层涂层的表面进行粗化，其中粗化程度为：粗糙度≥4。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述通过电刷镀制备中间层涂层包括采用电刷镀机在堆焊层表面电刷镀Au，刷镀层厚度为0.05～0.15mm。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述预热的温度为150～200℃。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述通过超音速喷涂制备表层涂层包括采用超音速喷涂工艺制备Cr3C2-25NiCr涂层，其中所述喷涂的粉末为75％Cr3C2和25％NiCr的混合物并且混合后粉末的粒度为10～45μm，喷涂涂层厚度为0.5～1.0mm；喷涂工艺参数为：氧气流量为180～210L/min，丙烷流量为55～62L/min，喷涂距离为190～210mm，空气压力为0.3～0.4MPa，送粉量为50-80g/min。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述封孔处理包括采用含铝、硅或铝硅的醇酸树脂进行封孔，封孔后送入热处理炉中进行保温，其中保温温度为300～400℃，保温时间为2～5小时。
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