CN106591765A - 一种耐冲蚀磨损铁基复合涂层的制备方法 - Google Patents

一种耐冲蚀磨损铁基复合涂层的制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种耐冲蚀磨损铁基复合涂层的制备方法，利用非熔化钨极氩弧焊设备和超音速电弧喷涂设备，经过基材表面处理→网格划分→制备网状熔覆层→基材表面二次处理→制备复合涂层等工艺步骤，在基材表面制得耐冲蚀磨损铁基复合涂层，该复合涂层与基材之间的结合力高、涂层致密性和抗氧化性能好，能承受较大的冲击载荷，对基材起到很好的防护作用，能在高温或热腐蚀等恶劣环境中使用，延长基材的使用寿命。

Description

一种耐冲蚀磨损铁基复合涂层的制备方法
技术领域
本发明属于材料表面涂层制备和防护领域，特别涉及一种耐冲蚀磨损铁基复合涂层的制备方法。
背景技术
电力工业锅炉管道的一个重大问题是高温腐蚀磨损，因为锅炉管道经常在高温高压腐蚀的环境下工作导致锅炉管道减薄，在很大程度上的威胁了电厂的安全与稳定性，同时还造成了很大的损失。在全部发电站引起的事故中，锅炉事故占全部发电事故的56%，锅炉的受热面管道包括过热器管道、水冷壁管道、省煤器管道、再热器管道等四管，它们所引起的由于管道厚度减薄发生爆破事故大约占了总共锅炉事件的64.2%。为了减小损失，国家以及电力工作者进行了越来越多的防腐防磨维修研究，锅炉表面的防护成为研究者的又一热点，研究锅炉管道高温磨损与腐蚀的机理，通过研究磨损腐蚀机理对症下药，减少电站锅炉的高温腐蚀，是目前电力研究人员以及相关的材料腐蚀研究人员面临的亟待解决的任务。
目前，热喷涂技术面临的主要问题是涂层与基材结合较差，基本上是机械嵌合，结合力较差，在较大冲击载荷长期作用下容易出现剥落，从而使涂层失效，暴露在恶劣工作环境中的基材更易失效。
发明内容
本发明的目的在于提供一种耐冲蚀磨损铁基复合涂层的制备方法，提高了涂层与基材的结合力，铁基复合涂层能起到对基材良好的防护效果，提高了基材的使用寿命。
本发明的技术方案为： 一种耐冲蚀磨损铁基复合涂层的制备方法，包括以下步骤：
（1）基材表面处理：选取钢板为基材，其尺寸规格为100mm×100mm×10mm；先后用200#，500#和800#的砂纸打磨掉基材表面的氧化层、锈渍，再用丙酮清洗表面除尘，并进行烘干；
（2）网格划分：在基材表面用切割机每隔20mm切出一道V形槽，把基材表面分割成25个20×20mm的小正方形，槽深0.5～1mm，槽口宽度0.5～0.8mm；
（3）制备网状熔覆层：采用非熔化钨极氩弧焊设备将焊丝熔覆在V形槽内，熔宽1～1.5mm，熔覆高度1～2mm，制得网状熔覆层；
（4）基材表面二次处理：将有网状熔覆层的基材放进喷砂机进行喷砂粗化处理，除去表面氧化皮、锈和污垢，使表面露出金属光泽；
（5）制备复合涂层：采用超音速电弧喷涂设备将铁基喷涂材料在二次处理后基材表面制备耐冲蚀磨损铁基复合涂层。
所述步骤（3）的焊接参数为：焊丝直径1～2mm，焊接电压20～25V，焊接电流200～220A，氩气流量7～10L/min。
所述步骤（4）粗化处理参数为：棕刚玉粒度45#，空气压力0.6～0.8Mpa。
所述步骤（5）喷涂工艺参数为：喷涂电压28～34V，喷涂电流260～300A，空气压力0.8～1.2Mpa，喷涂距离150～180mm。
所述铁基喷涂材料为铁基喷涂丝材，包括实心丝材和粉芯丝材。
所述耐冲蚀磨损铁基复合涂层的厚度为2～2.5mm。
本发明的实质性特点和显著进步是：
1. 一般的电弧喷涂是直接在基材表面上制备涂层，本发明的制备方法是先在网格状的V形槽上焊接熔覆层，然后再进行喷涂制备涂层；网状熔覆层形成的骨架增大了涂层的变形阻力，避免了涂层承受较大载荷而出现剥落的现象。
2.选用铁基喷涂丝材，实心丝材经济性能好、制备的涂层致密度高，与基材结合强度优良，粉芯丝材同时具备金属和陶瓷的特性，可以通过改变粉芯成分来改变涂层的性能。
3.本发明制备的铁基复合涂层，耐冲蚀磨损性能好，涂层与基材之间的结合力高、涂层致密性和抗氧化性能好，对基材起到很好的防护作用，能在高温或热腐蚀等恶劣环境中使用，延长基材的使用寿命。
附图说明
图1为本发明在基材表面制备耐冲蚀磨损铁基复合涂层的平面示意图。
图2为本发明在基材表面制备耐冲蚀磨损铁基复合涂层的截面示意图。
附图中的标志为：A、基材，B、V形槽，C、熔覆层，D耐冲蚀磨损铁基复合涂层。
具体实施方式
下面结合具体实施例及附图对本发明作进一步描述，但不限制本发明的保护范围和应用范围。
一、耐冲蚀磨损铁基复合涂层的制备方法
实施例一
一种耐冲蚀磨损铁基复合涂层的制备方法，包括以下步骤：
1.基材表面处理：选取20钢为基材，其尺寸规格为100mm×100mm×10mm；先后用200#，500#和800#的砂纸打磨掉基材表面的氧化层、锈渍，再用丙酮清洗表面除尘，并进行烘干；
2.网格划分：在基材表面用切割机每隔20mm切出一道V形槽，把基材表面分割成25个20×20mm的小正方形，槽深0.5～1mm，槽口宽度0.5～0.8mm；
3. 制备网状熔覆层：采用非熔化钨极氩弧焊设备将焊丝熔覆在V形槽内，熔宽1～1.5mm，熔覆高度1～2mm，制得网状熔覆层；焊接参数为：焊丝直径为2mm，焊接电压20～25V，焊接电流200～220A，氩气流量7～10L/min；
4.基材表面二次处理：将有网状熔覆层的基材放进喷砂机进行喷砂粗化处理，除去表面氧化皮、锈和污垢，使表面露出金属光泽；粗化处理参数为：棕刚玉粒度45#，空气压力0.6～0.8Mpa；
5.制备复合涂层：选取型号为M1的粉芯丝材，利用超音速电弧喷涂设备将M1在二次处理后基材表面制备耐冲蚀磨损铁基复合涂层 ，记为C1；喷涂工艺参数为：喷涂电压28～34V，喷涂电流260～300A，空气压力0.8～1.2Mpa，喷涂距离150～180mm。
实施例二
一种耐冲蚀磨损铁基复合涂层的制备方法，包括以下步骤：
1.基材表面处理：选取20钢为基材，其尺寸规格为100mm×100mm×10mm；先后用200#，500#和800#的砂纸打磨掉基材表面的氧化层、锈渍，再用丙酮清洗表面除尘，并进行烘干；
2.网格划分：在基材表面用切割机每隔20mm切出一道V形槽，把基材表面分割成25个20×20mm的小正方形，槽深0.5～1mm，槽口宽度0.5～0.8mm；
3. 制备网状熔覆层：采用非熔化钨极氩弧焊设备将焊丝熔覆在V形槽内，熔宽1～1.5mm，熔覆高度1～2mm，制得网状熔覆层；焊接参数为：焊丝直径为2mm，焊接电压20～25V，焊接电流200～220A，氩气流量7～10L/min；
4.基材表面二次处理：将有网状熔覆层的基材放进喷砂机进行喷砂粗化处理，除去表面氧化皮、锈和污垢，使表面露出金属光泽；粗化处理参数为：棕刚玉粒度45#，空气压力0.6～0.8Mpa；
5.制备复合涂层：选取型号为M2的实心丝材，利用超音速电弧喷涂设备将M1在二次处理后基材表面制备耐冲蚀磨损铁基复合涂层 ，记为C2；喷涂工艺参数为：喷涂电压28～34V，喷涂电流260～300A，空气压力0.8～1.2Mpa，喷涂距离150～180mm。
实施例三
一种耐冲蚀磨损铁基复合涂层的制备方法，包括以下步骤：
1.基材表面处理：选取20钢为基材，其尺寸规格为100mm×100mm×10mm；先后用200#，500#和800#的砂纸打磨掉基材表面的氧化层、锈渍，再用丙酮清洗表面除尘，并进行烘干；
2.网格划分：在基材表面用切割机每隔20mm切出一道V形槽，把基材表面分割成25个20×20mm的小正方形，槽深0.5～1mm，槽口宽度0.5～0.8mm；
3. 制备网状熔覆层：采用非熔化钨极氩弧焊设备将焊丝熔覆在V形槽内，熔宽1～1.5mm，熔覆高度1～2mm，制得网状熔覆层；焊接参数为：焊丝直径为2mm，焊接电压20～25V，焊接电流200～220A，氩气流量7～10L/min；
4.基材表面二次处理：将有网状熔覆层的基材放进喷砂机进行喷砂粗化处理，除去表面氧化皮、锈和污垢，使表面露出金属光泽；粗化处理参数为：棕刚玉粒度45#，空气压力0.6～0.8Mpa；
5.制备复合涂层：选取型号为M3的粉芯丝材，利用超音速电弧喷涂设备将M1在二次处理后基材表面制备耐冲蚀磨损铁基复合涂层 ，记为C3；喷涂工艺参数为：喷涂电压28～34V，喷涂电流260～300A，空气压力0.8～1.2Mpa，喷涂距离150～180mm。
实施例四
一种耐冲蚀磨损铁基复合涂层的制备方法，包括以下步骤：
1.基材表面处理：选取20钢为基材，其尺寸规格为100mm×100mm×10mm；先后用200#，500#和800#的砂纸打磨掉基材表面的氧化层、锈渍，再用丙酮清洗表面除尘，并进行烘干；
2.网格划分：在基材表面用切割机每隔20mm切出一道V形槽，把基材表面分割成25个20×20mm的小正方形，槽深0.5～1mm，槽口宽度0.5～0.8mm；
3. 制备网状熔覆层：采用非熔化钨极氩弧焊设备将焊丝熔覆在V形槽内，熔宽1～1.5mm，熔覆高度1～2mm，制得网状熔覆层；焊接参数为：焊丝直径为2mm，焊接电压20～25V，焊接电流200～220A，氩气流量7～10L/min；
4.基材表面二次处理：将有网状熔覆层的基材放进喷砂机进行喷砂粗化处理，除去表面氧化皮、锈和污垢，使表面露出金属光泽；粗化处理参数为：棕刚玉粒度45#，空气压力0.6～0.8Mpa；
5.制备复合涂层：选取型号为M1和M3的粉芯丝材，利用超音速电弧喷涂设备将M1在二次处理后基材表面制备耐冲蚀磨损铁基复合涂层，记为C4；喷涂工艺参数为：喷涂电压28～34V，喷涂电流260～300A，空气压力0.8～1.2Mpa，喷涂距离150～180mm。
实施例五
一种耐冲蚀磨损铁基复合涂层的制备方法，包括以下步骤：
1.基材表面处理：选取20钢为基材，其尺寸规格为100mm×100mm×10mm；先后用200#，500#和800#的砂纸打磨掉基材表面的氧化层、锈渍，再用丙酮清洗表面除尘，并进行烘干；
2.网格划分：在基材表面用切割机每隔20mm切出一道V形槽，把基材表面分割成25个20×20mm的小正方形，槽深0.5～1mm，槽口宽度0.5～0.8mm；
3. 制备网状熔覆层：采用非熔化钨极氩弧焊设备将焊丝熔覆在V形槽内，熔宽1～1.5mm，熔覆高度1～2mm，制得网状熔覆层；焊接参数为：焊丝直径为2mm，焊接电压20～25V，焊接电流200～220A，氩气流量7～10L/min；
4.基材表面二次处理：将有网状熔覆层的基材放进喷砂机进行喷砂粗化处理，除去表面氧化皮、锈和污垢，使表面露出金属光泽；粗化处理参数为：棕刚玉粒度45#，空气压力0.6～0.8Mpa；
5.制备复合涂层：选取型号为M2的实心丝材和M3的粉芯丝材，利用超音速电弧喷涂设备将M1在二次处理后基材表面制备耐冲蚀磨损铁基复合涂层，记为C5；喷涂工艺参数为：喷涂电压28～34V，喷涂电流260～300A，空气压力0.8～1.2Mpa，喷涂距离150～180mm。
实施例六
一种耐冲蚀磨损铁基复合涂层的制备方法，包括以下步骤：
1.基材表面处理：选取20钢为基材，其尺寸规格为100mm×100mm×10mm；先后用200#，500#和800#的砂纸打磨掉基材表面的氧化层、锈渍，再用丙酮清洗表面除尘，并进行烘干；
2.网格划分：在基材表面用切割机每隔20mm切出一道V形槽，把基材表面分割成25个20×20mm的小正方形，槽深0.5～1mm，槽口宽度0.5～0.8mm；
3. 制备网状熔覆层：采用非熔化钨极氩弧焊设备将焊丝熔覆在V形槽内，熔宽1～1.5mm，熔覆高度1～2mm，制得网状熔覆层；焊接参数为：焊丝直径为2mm，焊接电压20～25V，焊接电流200～220A，氩气流量7～10L/min；
4.基材表面二次处理：将有网状熔覆层的基材放进喷砂机进行喷砂粗化处理，除去表面氧化皮、锈和污垢，使表面露出金属光泽；粗化处理参数为：棕刚玉粒度45#，空气压力0.6～0.8Mpa；
5.制备复合涂层：选取型号为M1的粉芯丝材和M2的实心丝材，利用超音速电弧喷涂设备将M1在二次处理后基材表面制备耐冲蚀磨损铁基复合涂层，记为C6；喷涂工艺参数为：喷涂电压28～34V，喷涂电流260～300A，空气压力0.8～1.2Mpa，喷涂距离150～180mm。
其中，以上所述M1粉芯丝材主要元素成分为Fe、Cr、C、Cr2C3、V和Al；M2实心丝材主要元素成分为Fe、Cr和Al；M3粉芯丝材主要元素成分为Fe、、Cr、Ni、Ti、Nb和B。
实施例一～实施例六制备耐冲蚀磨损铁基复合涂层中的元素含量如表1所示。
表1 耐冲蚀磨损铁基复合涂层中的元素含量。
二、耐冲蚀磨损铁基复合涂层的结构表征
20钢和12CrMov钢都是常用于电厂锅炉壁管的材料，对实施例一～实施例六制备的6种耐冲蚀磨损铁基复合涂层、20钢基材和12CrMoV钢进行磨粒磨损实验，分两组实验进行，分别施加载荷为7N和10N，其磨损量见表2和表3。
表2 耐冲蚀磨损铁基复合涂层、20钢基材和12CrMoV钢在载荷为7N的磨损量。
表3耐冲蚀磨损铁基复合涂层、20钢基材和12CrMoV钢在载荷为10N的磨损量。
由磨粒磨损试验可知，6种耐冲蚀磨损铁基复合涂层的耐磨损性能都优于20钢基材和12CrMoV。其中耐冲蚀磨损铁基复合涂层C6具有最好的耐磨性能，C6是由粉芯丝材M1和实心丝材M2制备的复合涂层，M1粉芯丝材中有含量较高的Cr3C2粉末，弥散于涂层中增强了抗磨性，M2实心丝材的Cr和Al含量最高，提高了涂层的抗高温氧化性，通过粉芯丝材与实心丝材复合制备的耐冲蚀磨损铁基复合涂层C6兼具了实心丝材涂层组织致密和粉芯丝材涂层耐磨、抗氧化好的性能。

Claims (6)

1.一种耐冲蚀磨损铁基复合涂层的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）基材表面处理：选取钢板为基材，其尺寸规格为100mm×100mm×10mm；先后用200#，500#和800#的砂纸打磨掉基材表面的氧化层、锈渍，再用丙酮清洗表面除尘，并进行烘干；
（2）网格划分：在基材表面用切割机每隔20mm切出一道V形槽，把基材表面分割成25个20×20mm的小正方形，槽深0.5～1mm，槽口宽度0.5～0.8mm；
（3）制备网状熔覆层：采用非熔化钨极氩弧焊设备将焊丝熔覆在V形槽内，熔宽1～1.5mm，熔覆高度1～2mm，制得网状熔覆层；
（4）基材表面二次处理：将有网状熔覆层的基材放进喷砂机进行喷砂粗化处理，除去表面氧化皮、锈和污垢，使表面露出金属光泽；
（5）制备复合涂层：采用超音速电弧喷涂设备将铁基喷涂材料在二次处理后基材表面制备耐冲蚀磨损铁基复合涂层。
2.根据权利要求1所述的耐冲蚀磨损铁基复合涂层的制备方法，其特征在于：所述步骤（3）的焊接参数为：焊丝直径1～2mm，焊接电压20～25V，焊接电流200～220A，氩气流量7～10L/min。
3.根据权利要求1所述的耐冲蚀磨损铁基复合涂层的制备方法，其特征在于：所述步骤（4）粗化处理参数为：棕刚玉粒度45#，空气压力0.6～0.8Mpa。
4.根据权利要求1所述的耐冲蚀磨损铁基复合涂层的制备方法，其特征在于：所述步骤（5）喷涂工艺参数为：喷涂电压28～34V，喷涂电流260～300A，空气压力0.8～1.2Mpa，喷涂距离150～180mm。
5.根据权利要求1所述的耐冲蚀磨损铁基复合涂层的制备方法，其特征在于：所述铁基喷涂材料为铁基喷涂丝材，包括实心丝材和粉芯丝材。
6.根据权利要求1所述的耐冲蚀磨损铁基复合涂层的制备方法，其特征在于：所述耐冲蚀磨损铁基复合涂层的厚度为2～2.5mm。
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