CN106119764A - 一种水雾冷却电弧喷涂涂层的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种水雾冷却电弧喷涂涂层的制备方法，包括管状粉芯丝材的制备和水雾冷却高速电弧喷涂超硬涂层的制备两个步骤，首先将硼铁、镍铬铝粉、碳化硼、铌铁、钒铁、石墨、稀土和稳弧剂等混合均匀，然后将混合剂用钢带进行包覆，然后将包覆有混合剂的钢带进行闭合，最后将闭合后的钢带进行拔丝模减径、清洗、退火处理，得到管状粉芯丝材；将管状粉芯丝材分别穿过超音速电弧喷涂机的两个导电嘴中，接通电源，即可根据需要对目标物品进行表面喷涂；在喷涂过程中对目标物品进行水雾冷却，从而制得超硬涂层。本发明相比现有技术具有丝材质量稳定、可靠、喷涂效率高、无需打底层可直接喷涂、涂层硬度高、和电弧稳定性好等特点。

Description

一种水雾冷却电弧喷涂涂层的制备方法

技术领域

本发明涉及的是一种喷涂方法，尤其涉及的是一种用于燃煤锅炉吹灰器附近管道的耐高温超硬涂层的制作方法。

背景技术

高速电弧喷涂技术是依据气体动力学原理，以传统电弧喷涂技术为基础，利用新型拉伐尔喷管设计并改进喷枪，喷涂材料熔滴在采用高压气流或燃料燃烧所产生的高速射流作用下雾化，改善了电弧稳定性，提高了喷涂粒子速度，减少了雾化粒子在空气中的飞行时间，降低涂层的氧化程度，进而提高涂层质量。与传统电弧喷涂技术相比，高速电弧喷涂主要在于提高了雾化气体的压力和流速。而目前喷涂工艺的提高主要依赖于喷涂材料的优化，尽管电弧喷涂技术始于20世纪20年代，但是如今作为电弧喷涂不可或缺的管状粉芯丝材的应用起步却略显滞后，最初管状粉芯丝材刚度较差、送丝较为困难，直到上世纪80年代，德国的H.Dreniek成功的利用金属粉芯丝材制备了实心材料难以获得的特殊性能合金涂层，粉芯丝材才在电弧喷涂领域取得了较大的进步，并开始迅速发展。迄今为止，电弧喷涂材料已基本完成由实芯材料向粉芯丝材的转变。燃煤锅炉管道的工作环境苛刻，工作环境温度较高，管壁结焦时可达750℃，且在煤粉燃烧形成的高温烟气中含有大量的高熔点高硬质颗粒和腐蚀性气体等，这些物质会以一定的速度冲击管道表面，这会对管道表面造成严重的高温磨损、腐蚀和氧化。尤其是锅炉吹灰器附近管排，由于煤灰颗粒在水蒸汽吹灰过程中，高速撞击管道，会对管壁造成严重的高温磨损。因此，对燃煤锅炉管道吹灰器附近管排表面的防护层就要满足以下性能要求：优良的抗高温冲蚀性能；优良的抗热震性能；致密的组织和较低的孔隙率；以及成本低廉的涂层材料。现有技术中的用于燃煤锅炉管道的多种管状粉芯丝材，通常具有成本较高、涂层孔隙率高、硬度低、性能不稳定等缺陷，本发明公开的一种水雾冷却电弧喷涂涂层的制备方法，在喷涂过程中，一方面利用镍铬铝粉自粘型抗高温氧化复合粉末来提高涂层的结合强度，另一方面利用高速水雾喷头对喷涂层进行水雾冷却，使用极少的水资源来提高涂层的冷却速度，以提高涂层非晶纳米态的形成几率，经水雾冷却后的涂层硬度可达1300HV0.1左右，极大的提高了涂层的耐磨性。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供了一种水雾冷却电弧喷涂涂层的制备方法，以解决现有技术中成本较高、涂层孔隙率高、硬度低、性能不稳定等缺陷。

本发明是通过以下技术方案实现的：本发明公开了一种水雾冷却电弧喷涂涂层的制备方法，包括以下制备步骤：

1)管状粉芯丝材的制备：将硼铁、镍铬铝粉、碳化硼、铌铁、钒铁、石墨和稳弧剂混合均匀，然后将混合剂用钢带进行包覆，然后将包覆有混合剂的钢带进行闭合，最后将闭合后的钢带进行拔丝模减径、清洗、退火处理，管状粉芯丝材的直径为2mm,填充率为28-40％。拉拔后的粉芯丝材采用在超声清洗设备中添加酒精清洗丝材表面的润滑剂，然后通过高温氮气气氛下的连续拉拔退火，去除丝材的应力，最后进行真空包装。

2)高速电弧喷涂涂层的制备：将步骤1)中得到的管状粉芯丝材分别穿过高速电弧喷涂机的两个导电嘴中，接通电源，即可根据需要对目标物品进行表面喷涂；混合剂中的组份含量为：硼铁40～60份，镍铬铝粉5～10份，碳化硼20～40份，铌铁2～5份，钒铁3～8份，石墨2～5份以及稳弧剂1～3份。

进一步的，为了更好的实现喷涂涂层的稳定性及耐热性，混合剂中的组份含量优选为：硼铁54.5份，镍铬铝粉5份，碳化硼26份，铌铁4.5份，钒铁5份，石墨3份以及稳弧剂2份，为了增加粉芯丝材的硬度及耐腐性，钢带选用1Cr17铁素体不锈钢，其中加入镍铬铝粉可进一步提高涂层与基体的自粘结强度。

进一步的，为了能够将包覆好的粉芯丝材拉伸均匀，混合剂与钢带是通过包丝机进行包覆的，拔丝、模减径处理是通过拉丝机进行减径处理的。清洗处理是将拉拔后的粉芯丝材放置在超声清洗设备中，采用酒精溶液对粉芯丝材的表面进行超声清洗，退火处理是将清洗后的粉芯丝材放置在高温氮气气氛中并连续拉拔退火来去除粉芯丝材的应力，最后进行真空包装。

本发明还提供一种上述水雾冷却高速电弧喷涂超硬涂层的喷涂方法，利用高速水雾喷头对喷涂层进行水雾冷却，来提高涂层的冷却速度，以提高涂层非晶纳米态的形成几率，经水雾冷却后的涂层硬度可达HV0.11300左右，极大的提高了涂层的耐磨性。

进一步的，为了能够将管状粉芯丝材快速熔融，能够均匀的进行喷涂，管状粉芯丝材的直径为1～4mm。

进一步的，为了保证喷涂的稳定性及安全性，高速电弧喷涂机工作时的电弧喷涂电压为38伏特，工作电流为180安培，压缩空气压力为0.5～0.8兆帕，喷涂距离为170～190毫米。

本发明针对现有技术中管状粉芯丝材成本较高、涂层孔隙率高、硬度低、性能不稳定等缺陷。经过长期的试验，采用本发明中的粉芯混料配比及喷涂工艺，相比现有技术具有成本低廉、喷涂效率高、孔隙率低、硬度高、耐腐蚀性能好和电弧稳定性好等特点。

具体实施方式

下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

实施例1

本实施例公开了一种高速电弧喷涂涂层的制备方法，包括以下制备步骤：

1)管状粉芯丝材的制备：将硼铁、镍铬铝粉、碳化硼、铌铁、钒铁、石墨和稳弧剂混合均匀，然后将混合剂用1Cr17铁素体不锈钢钢带进行包覆，然后将包覆有混合剂的钢带用包丝机进行闭合，最后将闭合后的钢带用拉丝机进行拔丝模减径处理，最后得到管径为1.6mm的管状粉芯丝材；拉拔后的粉芯丝材采用在超声清洗设备中添加酒精清洗丝材表面进行超声清洗，然后通过高温氮气气氛下的连续拉拔退火来去除丝材的应力，最后进行真空包装。

2)高速电弧喷涂涂层的制备：将步骤1)中得到的管状粉芯丝材分别穿过高速电弧喷涂机的两个导电嘴中，两个导电嘴分别与高速电弧喷涂机的正极和负极相连，然后接通电源，即可根据需要对目标物品进行表面喷涂，在喷涂过程中对目标物品背面进行水雾冷却。

其中混合剂中的组份含量为：硼铁56份，镍铬铝粉6.5份，碳化硼27.5份，铌铁2.5份，钒铁3.5,石墨2.5份和稳弧剂1.5份，在工作时高速电弧喷涂机工作时的电弧喷涂电压为38伏特，工作电流为180安培，压缩空气压力为0.5兆帕，喷涂距离为170毫米。

本实施例中使用的镍铬铝粉的牌号是LF212，其化学成分是(Ni20Cr)6Al。

实施例2

实施例2公开了一种高速电弧喷涂涂层的制备方法，包括以下制备步骤：

1)管状粉芯丝材的制备：将硼铁、镍铬铝粉、碳化硼、铌铁、钒铁、石墨和稳弧剂混合均匀，然后将混合剂用1Cr17铁素体不锈钢钢带进行包覆，然后将包覆有混合剂的钢带用包丝机进行闭合，最后将闭合后的钢带用拉丝机进行拔丝模减径处理，最后得到管径为2mm的管状粉芯丝材；拉拔后的粉芯丝材采用在超声清洗设备中添加酒精清洗丝材表面进行超声清洗，然后通过高温氮气气氛下的连续拉拔退火来去除丝材的应力，最后进行真空包装。

2)高速电弧喷涂涂层的制备：将步骤1)中得到的管状粉芯丝材分别穿过高速电弧喷涂机的两个导电嘴中，两个导电嘴分别与高速电弧喷涂机的正极和负极相连，然后接通电源，即可根据需要对目标物品进行表面喷涂，在喷涂过程中对目标物品背面进行水雾冷却。

其中混合剂中的组份含量为：硼铁58份，镍铬铝粉6.5份，碳化硼22.5份，铌铁3份，钒铁5份，石墨3份和稳弧剂2份，在工作时高速电弧喷涂机工作时的电弧喷涂电压为38伏特，工作电流为180安培，压缩空气压力为0.8兆帕，喷涂距离为190毫米。

本实施例中使用的镍铬铝粉的牌号是LF212，其化学成分是(Ni20Cr)6Al。

Claims (7)

1.一种水雾冷却电弧喷涂涂层的制备方法，其特征在于，包括以下制备步骤：

1)管状粉芯丝材的制备：将硼铁、镍铬铝粉、碳化硼、铌铁、钒铁、石墨、稀土和稳弧剂混合均匀，然后将混合剂用钢带进行包覆，然后将包覆有混合剂的钢带进行闭合，最后将闭合后的钢带依次进行拔丝模减径、清洗和退火处理，即得到管状粉芯丝材；

2)高速电弧喷涂涂层的制备：将步骤1)中得到的管状粉芯丝材分别穿过高速电弧喷涂机的两个导电嘴中，接通电源，即可根据需要对目标物品进行表面喷涂，同时在目标物品的背面用高速水雾进行冷却；

所述混合剂中的组份含量为：

2.如权利要求1所述的一种水雾冷却电弧喷涂涂层的制备方法，其特征在于，所述混合剂中的组份含量为：

3.如权利要求1所述的一种水雾冷却电弧喷涂涂层的制备方法，其特征在于，所述钢带的型号为1Cr17铁素体不锈钢。

4.如权利要求1所述的一种水雾冷却电弧喷涂涂层的制备方法，其特征在于，所述混合剂与所述钢带是通过包丝机进行包覆的，所述拔丝模减径处理是通过拉丝机进行减径处理的，管状粉芯丝材的直径为1-4mm,填充率为28-40％。

5.如权利要求1所述的一种水雾冷却电弧喷涂涂层的制备方法，其特征在于，所述清洗处理是将拉拔后的粉芯丝材放置在超声清洗设备中，采用酒精溶液对所述粉芯丝材的表面进行超声清洗，所述退火处理是将清洗后的粉芯丝材放置在高温氮气气氛中并连续拉拔退火来去除粉芯丝材的应力，最后进行真空包装。

6.如权利要求1所述的一种水雾冷却电弧喷涂涂层的制备方法，其特征在于，在喷涂过程中对目标物品的背面用高速水雾进行冷却，所述水雾冷却高速电弧喷涂超硬涂层是使用权利要求1至5中任一方法制备获得的。

7.如权利要求1所述的一种水雾冷却电弧喷涂涂层的制备方法，，其特征在于，所述高速电弧喷涂机工作时的喷涂电压为38伏特，工作电流为180安培，压缩空气压力为0.5～0.8兆帕，喷涂距离为170～190毫米。