CN102925848A

CN102925848A - 一种水泵叶轮表面超音速火焰喷涂纳米超硬复合涂层的制备方法

Info

Publication number: CN102925848A
Application number: CN201210437619XA
Authority: CN
Inventors: 张瑞珠; 李静瑞; 肖明; 严大考; 罗斌; 郭鹏
Original assignee: North China University of Water Resources and Electric Power
Current assignee: North China University of Water Resources and Electric Power
Priority date: 2012-11-06
Filing date: 2012-11-06
Publication date: 2013-02-13

Abstract

本发明公开了一种水泵叶轮表面超音速火焰喷涂纳米超硬复合涂层的制备方法，采用如下步骤：第一步，表面处理：清洗机件需要喷涂表面的油脂污物；第二步，预热：对机件进行预热，且控制基材温度不超过100℃；第三步，表面磨光：在预热后，将机件的表面进行打磨处理，去除高温氧化层；第四步，喷涂：采用超音速火焰喷涂工艺在水泵叶轮表面基体上制备纳米结构WC-8Co超硬复合涂层；第五步，冷却处理：喷涂后的机件采用空冷自然冷却方式，避免涂层变形。本发明涂层的结合强度和显微硬度高，组织结构致密，具有优异的抗磨蚀性能，可有效增强水泵的抗磨损的能力，并显著提高水泵的使用寿命。

Description

一种水泵叶轮表面超音速火焰喷涂纳米超硬复合涂层的制备方法

技术领域

本发明属于金属表面喷涂技术领域，涉及水力机械抗磨蚀表面的强化处理，特别是一种水泵叶轮表面超音速火焰喷涂纳米超硬涂层的制备方法。

背景技术

我国已建成各类固定机电抽水泵站46.9万处，装机容量3784万千瓦。由于水流在高速旋转的泵内对泵的过流部件表面造成冲刷和磨蚀，尤其是含沙量比较大的黄河水对水泵过流部件的冲蚀更是严重。磨损破坏主要在水泵的叶轮、水泵内腔、导叶体等过流部件的表面，磨损破坏使泵的性能、功率下降，严重时甚至断流，影响了泵站的安全经济运行，造成巨大经济损失。水泵的气蚀、磨蚀及其联合作用的破坏一直是水泵运行、维护及管理工作中的一个重要问题，传统的表面保护技术已远远不能解决这个问题，寻求提高水泵的抗气蚀、磨蚀性能的重任已迫在眉睫。

发明内容

本发明的目的就在于提供一种水泵叶轮表面纳米超硬涂层的制备方法，使用超音速火焰喷涂技术对水泵叶轮表面进行热喷涂，从而提高水泵叶轮的表面硬度、耐磨性和耐蚀性，达到延长水泵叶轮的使用寿命的目的。

本发明采用以下技术方案：

一种水泵叶轮表面超音速火焰喷涂纳米超硬涂层的制备方法，采用如下步骤：

第一步，表面处理：清洗机件需要喷涂表面的油脂污物；用汽油、丙酮等清除需喷涂表面的油脂污物，在必要的情况下，应该进行喷砂处理，这样才能将新基材充分露出；

第二步，预热：对机件进行预热，且控制基材温度不超过100℃；最大限度减少因工件热膨胀造成的涂层应力，避免涂层裂开，以提高涂层与基体的结合强度；

第三步，表面磨光：在预热后，将机件的表面进行打磨处理，去除高温氧化层；确保喷层粉末和基体之间的结合强度较好，让两者互相融合，一定要在预热之后，将机件的表面展开打磨处理，去除高温氧化层；

第四步，喷涂：采用超音速火焰喷涂工艺在水泵叶轮表面制备纳米WC-8Co超硬复合涂层；

第五步，冷却处理：喷涂后的机件采用空冷自然冷却方式，避免涂层变形。

作为优选，所述第四步中，纳米WC-8Co粉末粒度为1~45μm ，超音速火焰喷涂设备燃料为煤油和氧气，煤油流量为15~40L/h，氧气流量为30~80m³/h，喷涂距离200~400mm，送粉速度为30~120g/min。涂层与基体的结合强度可达100MP，涂层表面光华，组织致密均匀，涂层厚度可达0.5-1mm, 涂层硬度可达HRC65。

作为优选，所述涂层厚度为0.5-1mm。

作为优选，所述第一步中，对工件需喷涂的表面进行喷砂处理。

作为优选，所述涂层的硬度为HRC60-65。

作为优选，所述第四步中，超音速火焰喷涂设备的煤油流量为 19L/h，氧气流量为41 m³/h，喷涂距离370mm，送粉速度80 g/min，涂层厚度为0.4mm。

作为优选，所述第四步中，超音速火焰喷涂设备的煤油流量为 20L/h，氧气流量为54m³/h，喷涂距离380mm，送粉速度100 g/min，涂层厚度为0.6mm。

本发明的有益效果为：

超音速火焰喷涂（HVOF）技术是以高速、高压将氧气与燃料喷入燃烧室，燃烧后产生高温高速膨胀气流，喷涂粉末送入气流中被加热、加速到超音速，喷射到基体上，得到高硬度、高致密度及高结合强度的涂层。本发明采用超音速火焰喷涂技术对水泵叶轮表面制备纳米超硬涂层，采用WC/Co系超硬复合涂层材料为喷粉，其适用于各种磨粒、冲蚀和滑动磨损的防护。

喷涂过程中喷涂距离和喷枪横向运动速度对涂层的力学性能的影响不容忽视，同时考虑涂层材料时，也应考虑涂层的厚度，涂层越厚，涂层内应力就越大，涂层产生开裂与脱落的倾向就越大。本发明与其他涂层制备技术相比，涂层厚度容易控制。

本发明的水泵叶轮表面的修复方法采用超音速火焰喷涂，工艺灵活，成本低，功效高。涂层与基体的结合强度可达100MP，同时超音速火焰喷涂因其较高的喷射速度及较低的火焰温度保证了粉末在喷涂中更少的氧化和失碳，从而使涂层有更高的硬度和更好的耐磨损性。

本发明涂层的结合强度和显微硬度高，组织结构致密，具有优异的抗磨蚀性能，可有效增强水泵的抗气蚀和抗泥沙磨损的能力，并显著提高水泵的使用寿命；工艺灵活，成本低，功效高，既可用于新产品预保护，也可用于失效工件的再生修复，经济效益好。本发明的超音速火焰喷涂涂层具有优异的抗磨蚀性。碳化钨合金粉末(WC-Co)系硬质合金热喷涂层，有优越的耐磨性，涂层表面光华，组织致密均匀，涂层厚度可达0.5-1mm, 涂层硬度可达HRC65，涂层与金属表面的结合强度可达100MPa，表面抗磨能力得到显著提高。

具体实施方式：

以下用实施例对本发明作进一步的详细说明：

水泵叶轮基体材料为不锈钢1Cr18Ni9Ti，选用WC-8Co为喷粉，利用超音速火焰喷涂技术在基体上喷涂纳米WC-8Co超硬复合涂层。

实施例1：

本发明的工艺步骤如下：

首先对水泵叶轮表面进行表面处理：用汽油、丙酮等清除需喷涂表面的油脂污物，在必要的情况下，应该进行喷砂处理，尽量将新基材充分露出。然后对工件进行预热，控制基材温度不超过100℃。预热之后，将机件的表面展开打磨处理，去除高温氧化层。采用超音速火焰喷涂（HVOF）工艺在水泵叶轮表面制备纳米WC-8Co超硬复合涂层，WC-8Co粉末粒度为10μm，超音速火焰喷涂设备燃料为煤油和氧气，煤油流量为 19L/h，氧气流量为41 m³/h，喷涂距离370mm，送粉率80 g/min，设计涂层厚度为0.5mm。最后采用空冷自然冷却方式，避免涂层变形。涂层抗空蚀能力与OCrl3Ni5Mo相当。

实施例2：

首先对水泵叶轮表面进行表面处理：用汽油、丙酮等清除需喷涂表面的油脂污物，在必要的情况下，应该进行喷砂处理，尽量将新基材充分露出。然后对机件进行预热，控制基材温度不超过100℃。预热之后，将机件的表面展开打磨处理，去除高温氧化层。采用超音速火焰喷涂（HVOF）工艺在水泵叶轮表面制备WC-8Co超硬复合涂层，WC-8Co粉末粒度为30μm。超音速火焰喷涂设备燃料为煤油和氧气，煤油流量为 20L/h，氧气流量为54 m³/h，喷涂距离380mm，送粉率100 g/min。最后采用空冷自然冷却方式，避免涂层变形。喷涂后涂层厚度为0.6mm，涂层力学性能优异，硬度可达HRC60。

实施例3：

首先对水泵叶轮表面进行表面处理：用汽油、丙酮等清除需喷涂表面的油脂污物，在必要的情况下，应该进行喷砂处理，尽量将新基材充分露出。然后对机件进行预热，控制基材温度不超过100℃。预热之后，将机件的表面展开打磨处理，去除高温氧化层。采用超音速火焰喷涂（HVOF）工艺在水泵叶轮表面制备WC-8Co超硬复合涂层，WC-8Co粉末粒度为40μm。超音速火焰喷涂设备燃料为煤油和氧气，煤油流量为 15L/h，氧气流量为30 m³/h，喷涂距离200mm，送粉率30 g/min。最后采用空冷自然冷却方式，避免涂层变形。喷涂后涂层厚度为8mm，涂层力学性能优异，硬度可达HRC63。

实施例4：

首先对水泵叶轮表面进行表面处理：用汽油、丙酮等清除需喷涂表面的油脂污物，在必要的情况下，应该进行喷砂处理，尽量将新基材充分露出。然后对机件进行预热，控制基材温度不超过100℃。预热之后，将机件的表面展开打磨处理，去除高温氧化层。采用超音速火焰喷涂（HVOF）工艺在水泵叶轮表面基体上制备WC-8Co超硬复合涂层，WC-8Co粉末粒度为2μm。超音速火焰喷涂设备燃料为煤油和氧气，煤油流量为 40L/h，氧气流量为80 m³/h，喷涂距离400mm，送粉率120 g/min。最后采用空冷自然冷却方式，避免涂层变形。喷涂后涂层厚度为0.9mm，涂层力学性能优异，硬度可达HRC64.5。

实施例5：

首先对水泵叶轮表面进行表面处理：用汽油、丙酮等清除需喷涂表面的油脂污物，在必要的情况下，应该进行喷砂处理，尽量将新基材充分露出。然后对机件进行预热，控制基材温度不超过100℃。预热之后，将机件的表面展开打磨处理，去除高温氧化层。采用超音速火焰喷涂（HVOF）工艺在水泵叶轮表面制备WC-8Co超硬复合涂层，WC-8Co粉末粒度为25μm。超音速火焰喷涂设备燃料为煤油和氧气，煤油流量为 30L/h，氧气流量为35 m³/h，喷涂距离230mm，送粉率100 g/min。最后采用空冷自然冷却方式，避免涂层变形。喷涂后涂层表面光华，组织致密均匀，涂层厚度为1mm，涂层力学性能优异，硬度可高达HRC65。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，本领域普通技术人员对本发明的技术方案所做的其他修改或者等同替换，只要不脱离本发明技术方案的精神和范围，均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims

1.一种水泵叶轮表面超音速火焰喷涂纳米超硬复合涂层的制备方法，其特征在于：采用如下步骤：

第一步，表面处理：清洗机件需要喷涂表面的油脂污物；

第二步，预热：对机件进行预热，且控制基材温度不超过100℃；

第三步，表面磨光：在预热后，将机件的表面进行打磨处理，去除高温氧化层；

第四步，喷涂：采用超音速火焰喷涂工艺在水泵叶轮表面制备纳米WC-8Co金属陶瓷涂层；

2.根据权利要求1所述的一种水泵叶轮表面超音速火焰喷涂纳米超硬复合涂层的制备方法，其特征在于：所述第四步中，纳米结构WC-8Co粉末粒度为1~45μm ，超音速火焰喷涂设备燃料为煤油和氧气，煤油流量为15~40L/h，氧气流量为30~80m³/h，喷涂距离200~400mm，送粉速度为30~120g/min。

3.根据权利要求1或2所述的一种水泵叶轮表面超音速火焰喷涂纳米超硬复合涂层的制备方法，其特征在于：所述涂层厚度为0.5-1mm。

4.根据权利要求3所述的一种水泵叶轮表面超音速火焰喷涂纳米超硬复合涂层的制备方法，其特征在于：所述第一步中，对工件需喷涂的表面进行喷砂处理。

5.根据权利要求4所述的一种水泵叶轮表面超音速火焰喷涂纳米超硬复合涂层的制备方法，其特征在于：所述涂层的硬度为HRC60-65。

6.根据权利要求5所述的一种水泵叶轮表面超音速火焰喷涂纳米超硬复合涂层的制备方法，其特征在于：所述第四步中，超音速火焰喷涂设备的煤油流量为 19L/h，氧气流量为41 m³/h，喷涂距离370mm，送粉速度80 g/min，涂层厚度为0.4mm。

7.根据权利要求5所述的一种水泵叶轮表面超音速火焰喷涂纳米超硬复合涂层的制备方法，其特征在于：所述第四步中，超音速火焰喷涂设备的煤油流量为 20L/h，氧气流量为54m³/h，喷涂距离380mm，送粉速度100 g/min，涂层厚度为0.6mm。