CN102732877B - 一种小口径管道和弯头内壁耐磨涂层的制备方法 - Google Patents
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Abstract
一种小口径管道和弯头内壁耐磨涂层的制备方法，将耐磨合金粉末与膏剂混合制成耐磨合金膏；然后将耐磨合金膏涂覆于工件内壁表面，将涂覆有耐磨合金的管道置于高温炉中进行热处理，最终形成具有耐磨功能的涂层。本发明利用低熔点膏剂将具有耐磨功能的粉末状材料制成膏状，涂覆于管道和弯头内壁，并经高温热处理，最终形成具有耐磨功能的涂层。其特点是适合小口径管道内壁耐磨涂层的制备，涂层致密、结合强度高、制备过程简单，操作灵活，工艺稳定，可重复性好。
Description
技术领域
本发明涉及水力水电、火力发电、工程机械等介质输送管道的材料加工、表面工程技术领域，具体涉及一种能显著提高小口径直管、弯头使用寿命的内壁耐磨涂层的制备方法。
背景技术
水电站顶盖排水管道、工业烟气介质输送管道、工程机械泥浆输送管道等由于长期处于流体中高硬度颗粒的冲刷、磨损状态，管道及其弯头将发生磨蚀损伤或腐蚀损伤。尤其是输送含固相物料流体时，管道弯头受固体颗粒的高速冲刷，磨损更严重，引起系统安全故障，增加检修和维护成本。
对于大口径管道（﹥100mm）和弯头，有大量的抗磨、耐蚀技术可用于管道内壁。抗磨技术如热喷涂技术、管道内壁安装耐磨里衬，堆焊耐磨层或抗磨板等；
1）热喷涂内壁耐磨涂层技术，采用如等离子喷涂、超音速火焰喷涂、电弧喷涂等技术将具有耐磨蚀功能的金属、陶瓷、金属陶瓷等材料喷涂于管道内壁而形成耐磨涂层。该技术主要适用于大管径的管道，对管道内径有要求，如采用先进等离子喷涂设备的内孔喷枪在管道内壁喷涂耐磨涂层，该技术适合长度﹤600mm、内径大于160mm的管道。同时，由于等离子喷涂涂层结合强度较低，不适合短管道组焊成长管道的情况，在焊接时，由于局部高温涂层容易脱落。超音速火焰喷涂和电弧喷涂都只能适用于更大口径的管道。
2）中国专利CN1415888A公开的一种耐磨里衬管道弯头及里衬方法，是通过在弯头内部设置衬里芯模，然后通过将熔融耐磨聚氨酯浇注到由弯头与芯模构成的空间中，形成里衬。该方法尽管适合于小口径管道和弯头耐磨涂层的制备，但对于不同管径大小的弯头需要定制专用的芯模和夹持装置。通用性较差，工艺复杂。
3）堆焊耐磨层，该方法主要适合于大口径管道和弯头，管道内部需较大的空间便于进行堆焊或安放抗磨板。同时不适合小管径管道内部耐磨涂层的制备。
因此，对于工程中的小口径长管道，需要一种合适的耐磨涂层制备工艺。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点和不足，提供一种结合强度高、工艺简单，且能够提高管道寿命的小口径管道和弯头内壁耐磨涂层的制备方法。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：
1）将耐磨合金粉末与膏剂按重量比为10～50:1的比例混合制成以耐磨合金粉末为主的耐磨合金膏；
2）将耐磨合金膏涂覆于工件内壁表面：
对于弯头，内壁均匀涂覆厚度为0.3～1.5mm的耐磨合金膏；
对于直管，内壁耐磨涂层分两次进行制备，每次将耐磨合金膏涂覆于直管内壁的半圈，涂覆厚度为0.3～1.5mm形成瓦状涂覆层，两边涂覆层厚度应为弧顶涂覆层厚度的1.5～2倍；
3）将涂覆有耐磨合金的管道置于高温炉中进行热处理：
对于弯头外弧面向下放置在850℃以上的高温炉中保温2～120分钟后随炉冷却；
对于直管涂覆层的弧顶向下放置在850℃以上的高温炉中保温2～120分钟后随炉冷却后将直管取出，再将耐磨合金膏涂覆于直管内壁的另一半圈，涂覆厚度为0.3～1.5mm，两边涂覆层厚度为弧顶涂覆层厚度的1.5～2倍，再将直管涂覆层的弧顶向下放置在850℃以上的高温炉中保温2～120分钟后随炉冷却。
所述的涂层制备前，将管道内部进行清理，去除油污、粉尘，并进行干燥。
所述的耐磨合金粉末采用Cr3C2-NiCr金属陶瓷材料、WC金属陶瓷材料WC-Co、WC-Ni、WC-NiCr、WC-Cr3C2-Ni、自熔合金NiCrBSi、FeCrBSi或CoCrBSi。
所述的膏剂采用松香、环氧AB粘接剂、银基钎料、锡基钎料、铅基钎料、镉基钎料或锌基钎料。
本发明利用低熔点膏剂将具有耐磨功能的粉末状材料制成膏状，涂覆于管道和弯头内壁，并经高温热处理，最终形成具有耐磨功能的涂层。其特点是适合小口径管道内壁耐磨涂层的制备，涂层致密、结合强度高、制备过程简单，操作灵活，工艺稳定，可重复性好。
具体实施方式
实施例1：需制备抗磨涂层的直管为304不锈钢，管段长度为330mm，外径为60mm，内径为48mm。该管段用作水轮机顶盖排水管。将该管段内部及外部用丙酮清洗，去除油污，粉尘，并烘干。选择NiCrBSi系列Ni60自熔合金粉末作为耐磨涂层材料。按涂层粉末与松香重量比为20：1的比例制成膏状，然后涂覆于管道内壁，涂覆时只涂覆半圆柱面，形成瓦状涂覆层，在半圆弧的两端涂覆层厚度约为1.2mm，弧顶处涂覆层厚度约为0.6mm，中间均匀过渡。将涂覆后的钢管水平置于氩气气氛保护的管式炉中，并将瓦状涂覆层的弧顶置于底部，将气氛保护炉进气端封好。采用99.999%的高纯氩气作为保护气体。热处理温度为950°C。保温10分钟。并随炉冷却，此时，由于高温下的物质流动，最后形成了弧顶处的厚度增加，而两端的厚度减薄。冷却后，对未涂覆的部分按照相同的工艺进行涂覆，并以同样的条件进行高温热处理。从而获得内壁具有耐磨功能涂层的管道。涂层抗拉强度大于76.4MPa，维氏硬度为715.3±7.7HV0.3，其磨损失重仅为不锈钢管道基体的1/5；冲蚀失重仅为不锈钢基体的1/8。
实施例2：需制备抗磨涂层的弯头为90°不锈钢弯头，材质为304不锈钢。外径为60mm，内径为48mm。该管段用作水轮机顶盖排水管弯头。将该管段内部及外部用丙酮清洗，去除油污，粉尘，并烘干。选择NiCrBSi系列Ni60自熔合金粉末作为耐磨涂层材料。按涂层粉末与松香重量比为20：1的比例制成膏状，然后均匀涂覆于弯头内壁涂覆层厚度约为0.8mm。将涂覆后的弯头外弧面置于底部放置于氩气气氛保护的管式炉中，并将瓦状涂覆层的弧顶置于底部，将气氛保护炉进气端封好。采用99.999%的高纯氩气作为保护气体。热处理温度为950°C。保温10分钟。并随炉冷却。由于热处理过程中物质流动，从而形成弯头两个出入口处涂层较薄，厚度约为0.5mm，而冲刷严重的弯头弧顶处涂层较厚，约为1mm的耐磨涂层。
实施例3：
1）将耐磨合金粉末Cr3C2-NiCr金属陶瓷材料与膏剂环氧AB粘接剂按重量比为10:1的比例混合制成以耐磨合金粉末为主的耐磨合金膏；
然后将弯头内部进行清理，去除油污、粉尘，并进行干燥；
2）将耐磨合金膏涂覆于工件内壁表面：
对于弯头，内壁均匀涂覆厚度为0.3mm的耐磨合金膏；
3）将涂覆有耐磨合金的弯头置于高温炉中进行热处理：
对于弯头外弧面向下放置在850℃以上的高温炉中保温2～120分钟后随炉冷却。
实施例4：
1）将耐磨合金粉末WC金属陶瓷材料WC-Co与膏剂银基钎料按重量比为30:1的比例混合制成以耐磨合金粉末为主的耐磨合金膏；
然后将弯头内部进行清理，去除油污、粉尘，并进行干燥；
2）将耐磨合金膏涂覆于工件内壁表面：
对于弯头，内壁均匀涂覆厚度为1.5mm的耐磨合金膏；
3）将涂覆有耐磨合金的弯头置于高温炉中进行热处理：
对于弯头外弧面向下放置在850℃以上的高温炉中保温2～120分钟后随炉冷却。
实施例5：
1）将耐磨合金粉末WC金属陶瓷材料WC-Ni与膏剂银基钎料按重量比为40:1的比例混合制成以耐磨合金粉末为主的耐磨合金膏；
然后将弯头内部进行清理，去除油污、粉尘，并进行干燥；
2）将耐磨合金膏涂覆于工件内壁表面：
对于弯头，内壁均匀涂覆厚度为1.0mm的耐磨合金膏；
3）将涂覆有耐磨合金的管道置于高温炉中进行热处理：
对于弯头外弧面向下放置在850℃以上的高温炉中保温2～120分钟后随炉冷却。
实施例6：
1）将耐磨合金粉末WC金属陶瓷材料WC-NiCr与膏剂锡基钎料按重量比为50:1的比例混合制成以耐磨合金粉末为主的耐磨合金膏；
然后将弯头内部进行清理，去除油污、粉尘，并进行干燥；
2）将耐磨合金膏涂覆于工件内壁表面：
对于弯头，内壁均匀涂覆厚度为1.2mm的耐磨合金膏；
3）将涂覆有耐磨合金的弯头置于高温炉中进行热处理：
对于弯头外弧面向下放置在850℃以上的高温炉中保温2～120分钟后随炉冷却。
实施例7：
1）将耐磨合金粉末WC金属陶瓷材料WC-Cr3C2-Ni与膏剂铅基钎料按重量比为15:1的比例混合制成以耐磨合金粉末为主的耐磨合金膏；
然后将管道内部进行清理，去除油污、粉尘，并进行干燥；
2）将耐磨合金膏涂覆于工件内壁表面：
对于直管，内壁耐磨涂层分两次进行制备，每次将耐磨合金膏涂覆于直管内壁的半圈，涂覆厚度为0.3mm形成瓦状涂覆层，两边涂覆层厚度应为弧顶涂覆层厚度的0.45mm；
3）将涂覆有耐磨合金的管道置于高温炉中进行热处理：
对于直管涂覆层的弧顶向下放置在850℃以上的高温炉中保温2～120分钟后随炉冷却后将直管取出，再将耐磨合金膏涂覆于直管内壁的另一半圈，涂覆厚度为0.3mm，两边涂覆层厚度为弧顶涂覆层厚度的0.45mm，再将直管涂覆层的弧顶向下放置在850℃以上的高温炉中保温2～120分钟后随炉冷却。
实施例8：
1）将耐磨合金粉末自熔合金NiCrBSi与膏剂镉基钎料按重量比为35:1的比例混合制成以耐磨合金粉末为主的耐磨合金膏；
然后将管道内部进行清理，去除油污、粉尘，并进行干燥；
2）将耐磨合金膏涂覆于工件内壁表面：
对于直管，内壁耐磨涂层分两次进行制备，每次将耐磨合金膏涂覆于直管内壁的半圈，涂覆厚度为1.0mm形成瓦状涂覆层，两边涂覆层厚度应为弧顶涂覆层厚度的1.8mm；
3）将涂覆有耐磨合金的管道置于高温炉中进行热处理：
对于直管涂覆层的弧顶向下放置在850℃以上的高温炉中保温2～120分钟后随炉冷却后将直管取出，再将耐磨合金膏涂覆于直管内壁的另一半圈，涂覆厚度为1.0mm，两边涂覆层厚度为弧顶涂覆层厚度的1.8mm，再将直管涂覆层的弧顶向下放置在850℃以上的高温炉中保温2～120分钟后随炉冷却。
实施例9：
1）将耐磨合金粉末自熔合金FeCrBSi与膏剂锌基钎料按重量比为25:1的比例混合制成以耐磨合金粉末为主的耐磨合金膏；
然后将管道内部进行清理，去除油污、粉尘，并进行干燥；
2）将耐磨合金膏涂覆于工件内壁表面：
对于直管，内壁耐磨涂层分两次进行制备，每次将耐磨合金膏涂覆于直管内壁的半圈，涂覆厚度为1.2mm形成瓦状涂覆层，两边涂覆层厚度应为弧顶涂覆层厚度的2.4mm；
3）将涂覆有耐磨合金的管道置于高温炉中进行热处理：
对于直管涂覆层的弧顶向下放置在850℃以上的高温炉中保温2～120分钟后随炉冷却后将直管取出，再将耐磨合金膏涂覆于直管内壁的另一半圈，涂覆厚度为1.2mm，两边涂覆层厚度为弧顶涂覆层厚度的2.4mm，再将直管涂覆层的弧顶向下放置在850℃以上的高温炉中保温2～120分钟后随炉冷却。
实施例10：
1）将耐磨合金粉末自熔合金CoCrBSi与膏剂松香按重量比为45:1的比例混合制成以耐磨合金粉末为主的耐磨合金膏；
然后将管道内部进行清理，去除油污、粉尘，并进行干燥；
2）将耐磨合金膏涂覆于工件内壁表面：
对于直管，内壁耐磨涂层分两次进行制备，每次将耐磨合金膏涂覆于直管内壁的半圈，涂覆厚度为1.5mm形成瓦状涂覆层，两边涂覆层厚度应为弧顶涂覆层厚度的2.6mm；
3）将涂覆有耐磨合金的管道置于高温炉中进行热处理：
对于直管涂覆层的弧顶向下放置在850℃以上的高温炉中保温2～120分钟后随炉冷却后将直管取出，再将耐磨合金膏涂覆于直管内壁的另一半圈，涂覆厚度为1.5mm，两边涂覆层厚度为弧顶涂覆层厚度的2.6mm，再将直管涂覆层的弧顶向下放置在850℃以上的高温炉中保温2～120分钟后随炉冷却。
Claims (4)
1.一种小口径直管道内壁耐磨涂层的制备方法，其特征在于：
1）将耐磨合金粉末与膏剂按重量比为10～50:1的比例混合制成以耐磨合金粉末为主的耐磨合金膏；
所述的耐磨合金粉末采用Cr3C2-NiCr金属陶瓷材料、WC金属陶瓷材料WC-Co、WC-Ni、WC-NiCr、WC-Cr3C2-Ni、自熔合金NiCrBSi、FeCrBSi或CoCrBSi；
所述的膏剂采用松香、环氧AB粘接剂、银基钎料、锡基钎料、铅基钎料、镉基钎料或锌基钎料；
2）将耐磨合金膏涂覆于直管内壁表面：
内壁耐磨涂层分两次进行制备，每次将耐磨合金膏涂覆于直管内壁的半圈，涂覆厚度为0.3～1.5mm形成瓦状涂覆层，两边涂覆层厚度应为弧顶涂覆层厚度的1.5～2倍；
3）将涂覆有耐磨合金的管道置于高温炉中进行热处理：
将涂覆层的弧顶向下放置在850℃以上的高温炉中保温2～120分钟后随炉冷却后将直管取出，再将耐磨合金膏涂覆于直管内壁的另一半圈，涂覆厚度为0.3～1.5mm，两边涂覆层厚度为弧顶涂覆层厚度的1.5～2倍，再将直管涂覆层的弧顶向下放置在850℃以上的高温炉中保温2～120分钟后随炉冷却。
2.根据权利要求1所述的小口径直管道内壁耐磨涂层的制备方法，其特征在于：所述的涂层制备前，将直管管道内部进行清理，去除油污、粉尘，并进行干燥。
3.一种小口径弯头内壁耐磨涂层的制备方法，其特征在于：
1）将耐磨合金粉末与膏剂按重量比为10～50:1的比例混合制成以耐磨合金粉末为主的耐磨合金膏；
所述的耐磨合金粉末采用Cr3C2-NiCr金属陶瓷材料、WC金属陶瓷材料WC-Co、WC-Ni、WC-NiCr、WC-Cr3C2-Ni、自熔合金NiCrBSi、FeCrBSi或CoCrBSi；
所述的膏剂采用松香、环氧AB粘接剂、银基钎料、锡基钎料、铅基钎料、镉基钎料或锌基钎料；
2）将耐磨合金膏均匀涂覆于弯头内壁表面：涂覆厚度为0.3～1.5mm；
3）将涂覆有耐磨合金的弯头置于高温炉中进行热处理：
将外弧面向下放置在850℃以上的高温炉中保温2～120分钟后随炉冷却。
4.根据权利要求3所述的小口径弯头内壁耐磨涂层的制备方法，其特征在于：所述的涂层制备前，将弯头内部进行清理，去除油污、粉尘，并进行干燥。
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