CN105177489A - 一种提高金属构件表面防腐耐磨的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了金属构件表面防腐耐磨技术领域，一种提高金属构件表面防腐耐磨的方法，通过在金属构件表面机加工-净化-粗化-热喷涂-磨削-抛光处理，采用非晶态结构的合金原料，通过电弧喷涂、超音速火焰喷涂等热喷涂表面处理工艺，制备出具有同样非晶态结构的保护层，以提高金属构件耐腐蚀、耐高温、抗磨减摩以及抗汽蚀等方面的性能。

Description

一种提高金属构件表面防腐耐磨的方法

技术领域

本发明涉及金属构件表面防腐耐磨技术领域，具体地说是一种提高金属构件表面防腐耐磨的方法。

背景技术

金属材料是现代工业应用最为广泛的结构材料。在使用过程中，金属结构件常常承受介质颗粒的冲蚀磨损和腐蚀作用，如在火力发电厂、矿山和石油化工企业的用于传输泥浆、粉尘物料、腐蚀性气体、液体的金属管道、阀门和泵体及泵中易损部件等。磨损和腐蚀是降低材料寿命、增加生产成本的两个重要原因。

现有技术针对金属构件防腐耐磨处理主要为(1)超音速火焰喷涂碳化钨陶瓷涂层：以煤油或丙烷作为燃料和氧气通过小孔进入燃烧室后混合燃烧，用超音速火焰使WC-Co-Cr合金粉末熔化加速，喷射至工件表面形成涂层的一种热喷涂方法；(2)氧乙炔喷焊：在工件表面喷涂NiCrBSi、FeCrBSi或CoCrBSi等自熔性合金粉末，再以氧气、乙炔为燃料对涂层加热重熔。超音速火焰喷涂碳化钨陶瓷涂层虽然硬度很高，且与基体具备一定的结合强度，可达到较佳的防磨效果，但其存在防腐性能差、脆性大等缺点。碳化钨陶瓷涂层一旦在腐蚀环境中使用，其原有的设计强度和硬度将大幅下降，相应的耐磨性和使用寿命也会随之减少，而且碳化钨陶瓷材料在540℃以上会出现脱碳现象，由于材料组织受到破坏，致使涂层的结合强度和致密度受到严重影响。因此超音速火焰喷涂碳化钨陶瓷涂层不具备在高温环境以及腐蚀环境中使用的性能条件。喷焊的温度较高，改变了基体的硬度，破坏了基体组织，一般焊前需要预热，焊后需做相应的热处理，生产效率低，不易批量生产。

发明内容

(一)解决的技术问题

针对现有技术的不足，本发明提供一种提高金属构件表面防腐耐磨的方法，结合非晶态合金的优点，如耐腐蚀、耐高温、高硬度、高强度、高弹性、高韧性、低摩擦系数等特性，加以热喷涂的处理工艺，在金属构件表面制备出防腐、耐磨、高结合强度、低能量损失的优质涂层，从而提高金属构件的使用性能和有效运行寿命。

(二)技术方案

本发明所要解决的技术问题可以通过以下技术方案来是实现：

一种提高金属构件表面防腐耐磨的方法，所述的该方法采用将铁基非晶态合金材料通过热喷涂，置于金属构件表面，并与金属构件牢固结合，作为金属构件的保护层。

第一步，按照图纸将金属构件加工至规定尺寸，然后在该部件工作中的腐蚀、磨损面加工出预留喷涂凹槽；

第二步，采用净化、粗化处理工艺对金属构件预留喷涂凹槽面喷涂位置进行预处理；

第三步，热喷涂处理将铁基非晶态合金材料加热到塑态或熔融态，再经受压缩空气的加速，使受约束的颗粒束流冲击到预留喷涂凹槽基体表面。

所述的第三步处理完，对金属构件需要按照图纸要求的尺寸、公差、光洁度，先后对喷涂后的金属构件进行粗磨、精磨以及抛光处理，使涂层满足设计要求。

所述的第三步热喷涂处理可采用超音速火焰喷涂、电弧喷涂以及等离子喷涂的方式，即由燃料气、电弧或等离子弧提供必需的热量。

所述的第二步净化处理可通过溶剂清洗法、超声波清洗法、蒸汽清洗法、碱洗法或加热脱脂法方式处理。

所述的第二步粗化处理的方法可喷砂、车螺纹或滚花机械加工法处理。

所述的第二步喷砂处理方法的喷砂介质可以为石英砂、棕刚玉、白刚玉，喷砂压力为0.5-0.7Mpa，喷砂的压缩空气一定要无水无油，以此实现粗化处理进而增加铁基非晶态合金涂层的质量。

所述的金属构件包括往复泵柱塞、均质机柱塞、离心泵叶轮、搅拌桨叶、球阀、蝶阀或闸阀。

(三)有益效果

本发明采用热喷涂铁基非晶态合金提高金属构件防腐耐磨性能，铁非晶态合金材料熔点为1080℃，软化点为760℃，高温红硬性为650℃，抗热冲击性能为650℃/100cycle，因此其具备可在高温环境下使用的优质特性；非晶态合金不同于传统金属有序排列的群体原子组织结构，其原子排列为杂乱无章的单一原子组织结构，即传统金属的晶体结构转变为近似于玻璃的非晶态结构，与此同时，晶界作为金属材料内部的缺陷被彻底消除了，因此非晶态合金不仅具有耐酸性介质(H+)、碱性介质(OH-)以及一切离子(S2-、Cl-等)腐蚀的独特性能，同时还具有75HRC的高硬度和2068MPa的超高强度；非晶态合金杂乱无章的单一原子组织结构可以使各个原子之间存在一定的收缩空间，因此其具有3倍于钛合金的韧性和弹性；0.09的摩擦系数可以大大减少材料表面由于摩擦而消耗的能量。

附图说明

图1为本发明制备试样的XRD图谱。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

一种提高金属构件表面防腐耐磨的方法，所述的该方法采用将铁基非晶态合金材料通过热喷涂，置于金属构件表面，并与金属构件牢固结合，作为金属构件的保护层。

第一步，按照图纸将金属构件加工至规定尺寸，然后在该部件工作中的腐蚀、磨损面加工出预留喷涂凹槽；

第二步，采用净化、粗化处理工艺对金属构件预留喷涂凹槽面喷涂位置进行预处理；所述的第二步净化处理可通过溶剂清洗法、超声波清洗法、蒸汽清洗法、碱洗法或加热脱脂法方式处理；为了使涂层与基体材料很好地结合，基体表面必须清洁及粗糙。净化和粗化表面的方法很多，具体方法的要根据涂层设计要求及基体的材质、形状、厚度、表面原始状况以及现场条件等因素而定。净化处理可以除去基体表面的所有污垢，如氧化皮、油渍及其它污物，关键是除去之前机加工或其他情况下渗入基体中的油脂。对基体进行热喷涂处理前一定要保证其表面的洁净，此时粘结效果比较好。可以通过溶剂清洗法、超声波清洗法、蒸汽清洗法、碱洗法、加热脱脂法等所有可以达到净化目的工艺方法净化基体，本发明对此不做进一步限定。

所述的第二步粗化处理的方法可喷砂、车螺纹或滚花等机械加工法处理，所述的第二步喷砂处理方法的喷砂介质可以为石英砂、棕刚玉、白刚玉，喷砂压力为0.5-0.7Mpa，喷砂的压缩空气一定要无水无油，以此实现粗化处理进而增加铁基非晶态合金涂层的质量，粗化处理可以增加涂层与基体间接触面的粗糙度，增大铁基非晶态合金层与基体的机械咬合力，使净化处理过的表面更加活化，以提高涂层与基体表面的结合强度。

第三步，热喷涂处理将铁基非晶态合金材料加热到塑态或熔融态，再经受压缩空气的加速，使受约束的颗粒束流冲击到预留喷涂凹槽基体表面，冲击到表面的颗粒，因受冲压而变形，形成叠层薄片，粘附在经过净化、粗化的基体表面，随之冷却并不断堆积，最终形成一种层状的涂层。在金属构件表面热喷涂铁基非晶态合金层就相当于喷涂了一层防护层和强化层，可以有效提高金属构件表面的硬度、强度、弹性以及耐腐蚀性能。所述的第三步热喷涂处理可采用超音速火焰喷涂、电弧喷涂以及等离子喷涂的方式，即由燃料气、电弧或等离子弧提供必需的热量。

第四步，对金属构件需要按照图纸要求的尺寸、公差、光洁度，先后对喷涂后的金属构件进行粗磨、精磨以及抛光处理，使涂层满足设计要求。

电弧喷涂铁基非晶态合金层结合强度可达45MPa，硬度≥65HRC，孔隙率≤3％。

超音速火焰喷涂铁基非晶态合金层结合强度可达70MPa，硬度≥70HRC，孔隙率≤0.2％。

加工完成后的涂层厚度根据实际使用工况要求可达0.2-0.8mm。

所述的金属构件包括但不限于往复泵柱塞、均质机柱塞、离心泵叶轮、搅拌桨叶、球阀、蝶阀、闸阀等易腐蚀、磨损的工业产品。

结合附图1，通过上述方法制备试样1、2分别为通过电弧喷涂和超音速火焰喷涂铁基非晶态合金试样的XRD图谱，证明喷涂后材料的非晶态结构没有发生变化。

需要说明的是，在本文中，诸如术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (8)

1.一种提高金属构件表面防腐耐磨的方法，其特征在于：所述的该方法采用将铁基非晶态合金材料通过热喷涂，置于金属构件表面，并与金属构件牢固结合，作为金属构件的保护层。

2.根据权利要求1所述的提高金属构件表面防腐耐磨的方法，其特征在于：第一步，按照图纸将金属构件加工至规定尺寸，然后在该部件工作中的腐蚀、磨损面加工出预留喷涂凹槽；

第二步，采用净化、粗化处理工艺对金属构件预留喷涂凹槽面喷涂位置进行预处理；

第三步，热喷涂处理将铁基非晶态合金材料加热到塑态或熔融态，再经受压缩空气的加速，使受约束的颗粒束流冲击到预留喷涂凹槽基体表面。

3.根据权利要求2所述的提高金属构件表面防腐耐磨的方法，其特征在于：所述的第三步处理完，对金属构件需要按照图纸要求的尺寸、公差、光洁度，先后对喷涂后的金属构件进行粗磨、精磨以及抛光处理，使涂层满足设计要求。

4.根据权利要求2所述的提高金属构件表面防腐耐磨的方法，其特征在于：所述的第三步热喷涂处理可采用超音速火焰喷涂、电弧喷涂以及等离子喷涂的方式。

5.根据权利要求2所述的提高金属构件表面防腐耐磨的方法，其特征在于：所述的第二步净化处理可通过溶剂清洗法、超声波清洗法、蒸汽清洗法、碱洗法或加热脱脂法方式处理。

6.根据权利要求2所述的提高金属构件表面防腐耐磨的方法，其特征在于：所述的第二步粗化处理的方法可喷砂、车螺纹或滚花机械加工法处理。

7.根据权利要求2所述的提高金属构件表面防腐耐磨的方法，其特征在于：所述的第二步喷砂处理方法的喷砂介质可以为石英砂、棕刚玉、白刚玉，喷砂压力为0.5-0.7Mpa。

8.根据权利要求1-7其中之一所述的提高金属构件表面防腐耐磨的方法，其特征在于：所述的金属构件包括往复泵柱塞、均质机柱塞、离心泵叶轮、搅拌桨叶、球阀、蝶阀或闸阀。