CN104593620A - 一种耐铝液腐蚀磨损的铝液除气用转子制备及其修复方法 - Google Patents
一种耐铝液腐蚀磨损的铝液除气用转子制备及其修复方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明涉及一种耐铝液腐蚀磨损的铝液除气用转子制备方法，包括以下步骤：热处理-机加工-除油处理-表面包覆处理-表面粗化处理-热喷涂粘结层-热喷涂陶瓷层，本发明还涉及一种耐铝液腐蚀磨损的铝液除气用转子修复方法，包括以下步骤：表面磨抛处理-除油处理-表面包覆处理-表面粗化处理-热喷涂粘结层-热喷涂陶瓷层；本发明中的转子基体可加工性好，制备的涂层与基体材料间结合强度高，孔隙率低，与铝液不润湿，具有优良的耐铝液腐蚀和耐磨损性能，因此本转子服役寿命长，并能对涂层失效转子进行再修复，重复使用，降低使用成本，可广泛用于铝熔炼过程的除气净化设备。
Description
技术领域
本发明涉及一种耐铝液腐蚀磨损的铝液除气用转子制备及其修复方法。
背景技术
铝液净化装置中，旋转喷头转子起着非常重要的作用。铝的精炼过程中，转子高速转动，氩气或氮气经由转子杆和喷头喷入铝液中，以此清除铝液中夹杂的氢气和氧化物，从而净化铝液。转子需与铝液不润湿、不污染铝液，并具有一定的强度和硬度、耐高温和抗热震性好，易于加工、联接、安装和密封。通常使用的材料有氮化物陶瓷、纯石墨等，氮化物陶瓷烧结后硬度高、脆性大，不容易加工；纯石墨虽然可加工性好，但石墨在超过600°C时发生氧化，而铝液精炼时，除气箱内铝液的温度可达900°C左右，此外转子一般以300转/分钟-700转/分钟的速度高速旋转，铝液对石墨转子产生强烈的冲刷和磨损，特别在铝液液面处逐渐变细而断裂报废，因此石墨转子的寿命短，使用成本高。虽然对石墨转子进行涂料保护或加装套管可以减缓铝液的磨损和腐蚀，但是涂料法工序复杂，且涂料层的力学性能差，套管法增加了工件的复杂性和成本。
发明内容
本发明针对上述现有技术存在的问题做出改进，即本发明所要解决的技术问题是提供一种成本低、流程短的耐铝液腐蚀磨损的铝液除气用转子制备及其修复方法。
为了解决上述技术问题，本发明的技术方案是：一种耐铝液腐蚀磨损的铝液除气用转子制备方法，包括以下步骤：
（1）热处理：采用高强度耐热合金钢为基体材料，对基体材料进行热处理；
（2）机加工：机加工热处理后的基体材料，得到喷头和转杆；
（3）除油处理：将喷头和转杆均放入NaOH溶液中浸泡以进行除油处理，干燥除油后的喷头和转杆；
（4）表面包覆处理：干燥后的转杆在不施喷部位进行表面包覆处理；
（5）表面粗化处理：对喷头、表面包覆处理后的转杆进行表面粗化处理；
（6）热喷涂粘结层：采用热喷涂技术在喷头和转杆上均喷涂至少一层粘结层作为过渡层；
（7）热喷涂陶瓷层：采用热喷涂技术在喷涂有粘结层的喷头和转杆上继续喷涂至少一层耐腐蚀耐磨损陶瓷层。
进一步的，在步骤（3）中，所述NaOH溶液浓度为50-70g/L，浸泡时间为0.5~1h。
进一步的，在步骤（6）中，所述粘结层采用NiAl、NiCrAl或NiCr。
进一步的，在步骤（7）中，所述耐腐蚀耐磨损陶瓷层材料采用Al2O3-TiO2系或Al2O3-ZrO2系。
进一步的，在步骤（6）或步骤（7）中，所述热喷涂技术采用等离子喷涂技术或超音速火焰喷涂技术。
一种耐铝液腐蚀磨损的铝液除气用转子修复方法，包括以下步骤：
（1）表面磨抛处理：对涂层失效的喷头和转杆进行表面磨抛处理；
（2）除油处理：将表面磨抛处理后的喷头和转杆均放入NaOH溶液中浸泡以进行除油处理，干燥除油后的喷头和转杆；
（3）表面包覆处理：干燥后的转杆在不施喷部位进行表面包覆处理；
（4）表面粗化处理：对喷头、表面包覆处理后的转杆进行表面粗化处理；
（5）热喷涂粘结层：采用热喷涂技术在喷头和转杆上均喷涂至少一层粘结层作为过渡层；
（6）热喷涂陶瓷层：采用热喷涂技术在喷涂有粘结层的喷头和转杆上继续喷涂至少一层耐腐蚀耐磨损陶瓷层。
进一步的，在步骤（2）中，所述NaOH溶液浓度为50-70g/L，浸泡时间为0.5~1h。
进一步的，在步骤（5）中，所述粘结层的材料采用NiAl、NiCrAl或NiCr。
进一步的，在步骤（6）中，所述耐腐蚀耐磨损陶瓷层的材料采用Al2O3-TiO2系或Al2O3-ZrO2系。
进一步的，在步骤（5）或步骤（6）中，所述热喷涂技术采用等离子喷涂技术或超音速火焰喷涂技术。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：本发明中的转子基体可加工性好，制备的涂层与基体材料间结合强度高，孔隙率低，与铝液不润湿，具有优良的耐铝液腐蚀和耐磨损性能，因此本转子服役寿命长，并能对涂层失效转子进行再修复，重复使用，降低使用成本，可广泛用于铝熔炼过程的除气净化设备。
下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步详细的说明。
附图说明
图1为本发明实施例的转子制备流程示意图。
图2为本发明实施例的转子修复流程示意图。
图3为本发明实施例的基体材料表面喷涂涂层构造示意图。
图4为本发明实施例的喷头构造示意图。
图5为本发明实施例的转杆构造示意图。
图6为本发明实施例的粘结层微观组织扫描电镜图。
图7为本发明实施例的陶瓷层微观组织扫描电镜图。
图中：1-基体材料，2-粘结层，3-陶瓷层。
具体实施方式
如图1~7所示，一种耐铝液腐蚀磨损的铝液除气用转子制备方法，包括以下步骤：
（1）热处理：采用高强度耐热合金钢为基体材料1，例如，310S不锈钢，314不锈钢，321不锈钢，1Cr17不锈钢等，并不局限于此，对基体材料1进行热处理；
（2）机加工：机加工热处理后的基体材料1，得到喷头和转杆，所述转杆头、尾两端具有螺纹，所述喷头与转杆相互螺接；
（3）除油处理：将喷头和转杆均放入NaOH溶液中浸泡以进行除油处理，将干燥除油后的喷头和转杆；
（4）表面包覆处理：干燥后的转杆在不施喷部位进行表面包覆处理，所述不施喷部位为转杆具有螺纹的部位，当对基体材料热喷涂粘结层2、陶瓷层3等步骤后，拆除不施喷部位的包覆材料，将喷头与转杆螺接在一起；
（5）表面粗化处理：对喷头、表面包覆处理后的转杆进行喷砂表面粗化处理，所述喷砂材料为24目棕刚玉砂，所述表面粗化处理采用喷砂、车螺纹或电拉毛，表面粗化处理的方式不局限于此，对喷头和转杆进行表面粗化处理是为了增加基体材料1与涂层的结合强度；
（6）热喷涂粘结层2：采用热喷涂技术在喷头和转杆上均喷涂至少一层粘结层2作为过渡层；
（7）热喷涂陶瓷层3：采用热喷涂技术在喷涂有粘结层2的喷头和转杆上继续喷涂至少一层耐腐蚀耐磨损陶瓷层3。
在本发明中，在步骤（1）中，所述热处理为调质处理。
在本发明中，在步骤（3）中，所述NaOH溶液浓度为50-70g/L，浸泡时间为0.5~1h，优选0.5h。
在本发明中，在步骤（6）或步骤（7）中，所述热喷涂技术采用等离子喷涂技术或超音速火焰喷涂技术。
在本发明中，在步骤（6）中，所述粘结层2材料采用NiAl、NiCrAl或NiCr。在采用等离子喷涂技术时，采用等离子喷涂技术在喷头和转杆基体材料1上喷涂一层NiCrAl粘结层2作为过渡层，所述粘结层2厚度为100μm-200μm；喷涂工艺参数为：电弧电压55-60V，喷涂电流500-550A，主气流量40-45 L/min，喷涂距离100mm，送粉量5.0-5.5kg/h。
在本发明中，在步骤（7）中，所述耐腐蚀耐磨损陶瓷层3材料采用Al2O3-TiO2系或Al2O3-ZrO2系。采用Al2O3-40wt%TiO2作为耐腐蚀耐磨损陶瓷层3材料，所述耐腐蚀耐磨损陶瓷层3厚度为200μm-300μm，喷涂工艺为：电弧电压60-70V；喷涂电流550-600A；主气流量40-45 L/min；喷涂距离80mm；送粉量2.0-3.0kg/h。
在本发明中，当根据以上步骤得到耐铝液腐蚀磨损的铝液除气用转子在使用一段时间后，其涂层失效时，采用以下步骤进行修复：
（1）表面磨抛处理：对涂层失效的喷头和转杆进行表面磨抛处理，将喷头和转杆表面残余的粘结层2、陶瓷层3磨抛，并使之完全去除；
（2）除油处理：将经过表面磨抛处理后的喷头和转杆均放入NaOH溶液中浸泡以进行除油处理，将干燥除油后的喷头和转杆；
（3）表面包覆处理：干燥后的转杆在不施喷部位进行表面包覆处理，所述不施喷部位为转杆具有螺纹的部位，当对基体材料热喷涂粘结层2、陶瓷层3等步骤后，拆除不施喷部位的包覆材料，将喷头与转杆螺接在一起；
（4）表面粗化处理：对喷头、表面包覆处理后的转杆进行喷砂表面粗化处理，所述喷砂材料为24目棕刚玉砂，所述表面粗化处理采用喷砂、车螺纹或电拉毛，表面粗化处理的方式不局限于此，对喷头和转杆进行表面粗化处理是为了增加基体材料1与涂层的结合强度；
（5）热喷涂粘结层2：采用热喷涂技术在喷头和转杆上均喷涂至少一层粘结层2作为过渡层；
（6）热喷涂陶瓷层3：采用热喷涂技术在喷涂有粘结层2的喷头和转杆上继续喷涂至少一层耐腐蚀耐磨损陶瓷层3。
在本发明中，在步骤（3）中，所述NaOH溶液浓度为50-70g/L，浸泡时间为0.5~1h，优选0.5h。
在本发明中，在步骤（5）或步骤（6）中，所述热喷涂技术采用等离子喷涂技术或超音速火焰喷涂技术。
在本发明中，在步骤（5）中，所述粘结层2采用NiAl、NiCrAl或NiCr。在采用等离子喷涂技术时，采用等离子喷涂技术在喷头与转杆基体材料1上喷涂一层NiCrAl粘结层2作为过渡层，所述粘结层2厚度为100μm-200μm；喷涂工艺参数为：电弧电压55-60V，喷涂电流500-550A，主气流量40-45 L/min，喷涂距离100mm，送粉量5.0-5.5kg/h。
在本发明中，在步骤（6）中，所述耐腐蚀耐磨损陶瓷层3材料采用Al2O3-TiO2系或Al2O3-ZrO2系。采用Al2O3-40wt%TiO2作为耐腐蚀耐磨损陶瓷层3，所述耐腐蚀耐磨损陶瓷层3厚度为200μm-300μm，喷涂工艺为：电弧电压60-70V；喷涂电流550-600A；主气流量40-45 L/min；喷涂距离80mm；送粉量2.0-3.0kg/h。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。
Claims (10)
1.一种耐铝液腐蚀磨损的铝液除气用转子制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）热处理：采用高强度耐热合金钢为基体材料，对基体材料进行热处理；
（2）机加工：机加工热处理后的基体材料，得到喷头和转杆；
（3）除油处理：将喷头和转杆均放入NaOH溶液中浸泡以进行除油处理，干燥除油后的喷头和转杆；
（4）表面包覆处理：干燥后的转杆在不施喷部位进行表面包覆处理；
（5）表面粗化处理：对喷头、表面包覆处理后的转杆进行表面粗化处理；
（6）热喷涂粘结层：采用热喷涂技术在喷头和转杆上均喷涂至少一层粘结层作为过渡层；
（7）热喷涂陶瓷层：采用热喷涂技术在喷涂有粘结层的喷头和转杆上继续喷涂至少一层耐腐蚀耐磨损陶瓷层。
2.根据权利要求1所述的一种耐铝液腐蚀磨损的铝液除气用转子制备方法，其特征在于：在步骤（3）中，所述NaOH溶液浓度为50-70g/L，浸泡时间为0.5~1h。
3.根据权利要求1所述的一种耐铝液腐蚀磨损的铝液除气用转子制备方法，其特征在于：在步骤（6）中，所述粘结层的材料采用NiAl、NiCrAl或NiCr。
4.根据权利要求1所述的一种耐铝液腐蚀磨损的铝液除气用转子制备方法，其特征在于：在步骤（7）中，所述耐腐蚀耐磨损陶瓷层的材料采用Al2O3-TiO2系或Al2O3-ZrO2系。
5.根据权利要求1所述的一种耐铝液腐蚀磨损的铝液除气用转子制备方法，其特征在于：在步骤（6）或步骤（7）中，所述热喷涂技术采用等离子喷涂技术或超音速火焰喷涂技术。
6.一种耐铝液腐蚀磨损的铝液除气用转子修复方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）表面磨抛处理：对涂层失效的喷头和转杆进行表面磨抛处理；
（2）除油处理：将表面磨抛处理后的喷头和转杆均放入NaOH溶液中浸泡以进行除油处理，干燥除油后的喷头和转杆；
（3）表面包覆处理：干燥后的转杆在不施喷部位进行表面包覆处理；
（4）表面粗化处理：对喷头、表面包覆处理后的转杆进行表面粗化处理；
（5）热喷涂粘结层：采用热喷涂技术在喷头和转杆上均喷涂至少一层粘结层作为过渡层；
（6）热喷涂陶瓷层：采用热喷涂技术在喷涂有粘结层的喷头和转杆上继续喷涂至少一层耐腐蚀耐磨损陶瓷层。
7.根据权利要求2所述的一种耐铝液腐蚀磨损的铝液除气用转子修复方法，其特征在于：在步骤（2）中，所述NaOH溶液浓度为50-70g/L，浸泡时间为0.5~1h。
8.根据权利要求2所述的一种耐铝液腐蚀磨损的铝液除气用转子修复方法，其特征在于：在步骤（5）中，所述粘结层的材料采用NiAl、NiCrAl或NiCr。
9.根据权利要求2所述的一种耐铝液腐蚀磨损的铝液除气用转子修复方法，其特征在于：在步骤（6）中，所述耐腐蚀耐磨损陶瓷层的材料采用Al2O3-TiO2系或Al2O3-ZrO2系。
10.根据权利要求2所述的一种耐铝液腐蚀磨损的铝液除气用转子修复方法，其特征在于：在步骤（5）或步骤（6）中，所述热喷涂技术采用等离子喷涂技术或超音速火焰喷涂技术。
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