CN107989822A - 一种具有高性能抗冲刷耐化学腐蚀耐磨损纳米涂层的热轧水循环泵叶轮 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种具有高性能抗冲刷耐化学腐蚀耐磨损纳米涂层的热轧水循环泵叶轮，涉及一种钢厂热轧书循环泵叶轮，其包括叶轮本体，在平叶轮本体(100)的工作面(110)上设置有纳米结构保护层(200)。本发明的具有高性能抗冲刷耐化学腐蚀耐磨损纳米涂层的热轧水循环泵叶轮，使得平叶轮工作面的抗冲刷耐化学腐蚀耐磨损使用周期提高至原先的5倍以上，大大长于现有技术中热轧水循环泵叶轮的使用周期，使得叶轮可以长时间的持续工作，提高电流的稳定性，降低了生产成本，提高了工作效率。
Description
技术领域
本发明涉及一种钢厂能环部供水分厂的热轧水循环泵叶轮，尤其涉及一种具有高性能抗冲刷耐化学腐蚀耐磨损纳米涂层的热轧水循环泵叶轮。
背景技术
热轧厂循环泵组供水主要用于轧机轧辊冷却，其电动功率为1120KW。叶轮是循环泵的关键部件，它的实际寿命决定了泵的寿命。叶片基材为中碳钢，抗冲刷性和耐化学腐蚀性较差，使用中导致叶轮叶片减薄、气蚀、开裂、腐蚀严重和毁坏，平均3个月停机更换一次叶轮，严重影响工作效率及生产顺行。而叶轮气蚀后，水泵压力、出水量降低，由于水泵是并联运行，水泵输出压力降低后，水泵介质不能有效输出，产生逃泵现象，对整个机组造成影响。
发明内容
本发明所要解决的问题是针对上述现有技术中热轧水循环泵叶轮所存在的缺陷，提供一种具有高性能抗冲刷耐化学腐蚀耐磨损纳米涂层的热轧水循环泵叶轮。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
本发明的第一个方面是提供一种具有高性能抗冲刷耐化学腐蚀耐磨损纳米涂层的热轧水循环泵叶轮，在平叶轮本体100的工作面110上设置有纳米结构保护层200。
进一步地，在所述的具有高性能抗冲刷耐化学腐蚀耐磨损纳米涂层的热轧水循环泵叶轮上，所述纳米结构保护层200采用金属陶瓷复合粉末制备。
进一步优选地，在所述的具有高性能抗冲刷耐化学腐蚀耐磨损纳米涂层的热轧水循环泵叶轮上，所述金属陶瓷复合粉末是采用金属作为粘结相，并采用陶瓷颗粒作为强化硬质相，经过烧结、团聚、包覆等工艺处理而制成。
进一步较为优选地，在所述的具有高性能抗冲刷耐化学腐蚀耐磨损纳米涂层的热轧水循环泵叶轮上，所述金属陶瓷复合粉末采镍基氧化铝、镍基碳化钨或镍基铬。
更进一步优选地，在所述的具有高性能抗冲刷耐化学腐蚀耐磨损纳米涂层的热轧水循环泵叶轮上，所述纳米结构保护层200由所述金属陶瓷复合粉末采用等离子喷涂，喷涂的工艺条件包括氢气和氩气流量、喷涂距离、喷涂角度、供粉率及载气的流量、电弧的功率、电流电压的调节控制、等离子水的流量及基体温度的控制。
进一步地，在所述的具有高性能抗冲刷耐化学腐蚀耐磨损纳米涂层的热轧水循环泵叶轮上，所述纳米结构保护层200的厚度为200-350μm。
进一步地，在所述的具有高性能抗冲刷耐化学腐蚀耐磨损纳米涂层的热轧水循环泵叶轮上，所述平叶轮100为钢厂能环部热轧水循环泵的叶轮。
进一步地，在所述的具有高性能抗冲刷耐化学腐蚀耐磨损纳米涂层的热轧水循环泵叶轮上，所述纳米结构保护层200为掺杂了纳米氧化镧(La2O3)的复合涂层。
进一步优选地，所述平叶轮本体100的工作面110上的纳米保护层采用等离子喷涂掺杂2.1-3.5％纳米氧化镧颗粒的金属陶瓷复合材料。
本发明的第二个方面是提供一种包含所述纳米结构保护层200的热轧水循环泵叶轮。
本发明采用上述技术方案，与现有技术相比，具有如下技术效果：
本发明提供的具有高性能抗冲刷耐化学腐蚀耐磨损纳米涂层的热轧水循环泵叶轮，通过在热轧水循环泵叶轮的工作面设置由纳米材料构成的一层保护层，该涂层抗冲刷耐化学腐蚀耐磨损的使用周期提高至5倍以上，电流平稳，大大长于现有技术中热轧水循环泵叶轮的使用寿命，使得叶轮可以长时间的持续工作，提高电流的平稳度，降低了生产成本，提高了工作效率，改善了现有技术的缺陷。
附图说明
图1为实施例一种具有高性能抗冲刷耐化学腐蚀耐磨损纳米涂层的热轧水循环泵叶轮的结构示意图；
图2为优选实施例一种具有高性能抗冲刷耐化学腐蚀耐磨损纳米涂层的热轧水循环泵叶轮的结构示意图；
其中，各附图标记为：100-平叶轮，110-工作面，200-纳米结构保护层，300-中间过渡层，400-金属底层。
具体实施方式
下面通过具体实施例对本发明进行详细和具体的介绍，以使更好的理解本发明，但是下述实施例并不限制本发明范围。
如图1所示，本发明实施例提供了一种具有高性能抗冲刷耐化学腐蚀耐磨损纳米涂层的热轧水循环泵叶轮，在平叶轮本体100的工作面110上设置有纳米结构保护层200，平叶轮100为钢厂能环部热轧水循环泵的叶轮，该纳米结构保护层200具有抗冲刷、耐化学腐蚀、耐磨损的性能，在叶轮工作面110上施加纳米结构保护层200之后，该平叶轮工作面110的抗冲刷耐化学腐蚀耐磨损的使用周期提高至原先的5倍以上，大大长于现有技术中热轧水循环泵叶轮的使用周期，使得叶轮可以长时间的持续工作，电流的稳定性高，降低了生产成本，提高了工作效率。
作为本发明的一个优选实施例，该高纳米结构保护层200采用金属陶瓷复合粉末制备，金属陶瓷复合粉末是采用金属作为粘结相，并采用陶瓷颗粒作为强化硬质相，经过烧结、团聚、包覆等工艺处理而制成。由于金属组分的加入，涂层与基体间的结合强度增加，而陶瓷颗粒间的粘聚强度增大，可有效提高涂层致密性，减少降低涂层孔隙率，从而有效提高涂层的抗腐蚀性，充分满足备件的使用要求。
在金属陶瓷复合粉末材料的选择中，充分考虑到能环部水循环泵叶轮的失效因素，选用镍基材料镍具有良好的力学、物理和化学性。镍基氧化铝形成的涂层与基体间的结合强度高，致密度高，通常作为中间层，可有效抵抗备件在工作条件下的腐蚀。
作为本发明的另一个优选实施例，如图2所示，该具有高性能抗冲刷耐化学腐蚀耐磨损纳米涂层的热轧水循环泵叶轮还包括依次喷涂在叶轮工作面110的金属底层400、中间过渡层300，纳米保护层200涂覆在中间过渡层300的上表面，中间过渡层300涂覆在金属底层400上表面，金属底层400采用包括Ni、Cr、Al的Ni基材料，其厚度为80-100μm；中间过渡层300采用包括Ni、Cr、Al、W的的Ni基材料，其厚度为50-80μm。
作为本实施例的一个优选技术方案，金属陶瓷复合粉末采镍基氧化铝、镍基碳化钨或镍基铬。具体地，镍基氧化铝，α-Al2O3颗粒作为主材，Ni作为辅材，形成的涂层与基体金属的结合强度高，涂层致密，通常作为中间层，可有效抵抗工件在工作条件下的腐蚀；镍基碳化钨，是以硬质WC作为主材，用Ni作为辅材制成的复合粉末，为高硬度材料，选用Ni60WC粉末，该材料与基体结合强度高，WC颗粒可增强Ni60复合涂层，γ-Ni固熔体的固熔强化作用和大量细小碳化物硬质相的弥散强化作用可大大加强涂层基体的硬度，有效抵御工作条件下的磨损；镍基铬，Ni-Cr2C3中，NiCr含量一般在25％左右，熔点1400℃，在900℃以下，具有优越的耐冲蚀、耐腐蚀和耐磨损性能。其中，NiCr具有良好的耐热耐腐蚀性，而碳化铬在金属碳化物中的抗氧化能力最强，只有在1100～1400℃才开始氧化，在高温下也可保持相当高的硬度，同时还具有很强的耐蚀性及耐磨性。该材料所制备的涂层可充分叶轮的使用要求，可有效抵御工作条件下的磨损、腐蚀等失效因素。是最为理想的喷涂材料。
与上述技术方案的基础上，纳米结构保护层200由金属陶瓷复合粉末采用等离子喷涂，喷涂的工艺条件包括氢气和氩气流量、喷涂距离、喷涂角度、供粉率及载气的流量、电弧的功率、电流电压的调节控制、等离子水的流量及基体温度的控制。所喷涂的纳米结构保护层200的厚度为200-350μm；优选为220-320μm；较优选为240-300μm；更优选为250-280μm。
作为本发明的一个优选实施例，在该具有高性能抗冲刷耐化学腐蚀耐磨损纳米涂层的热轧水循环泵叶轮上，所述纳米结构保护层200为掺杂了纳米氧化镧(La2O3)的复合涂层。平叶轮本体100的工作面110上的纳米保护层采用等离子喷涂掺杂2.1-3.5％纳米氧化镧颗粒的金属陶瓷复合材料。采用X射线衍射表征了掺杂纳米氧化镧的复合涂层高温摩擦磨损前后的微结构，结合复合涂层的摩擦磨损机理，研究结果表明，采用等离子喷涂纳米氧化镧掺杂金属陶瓷复合材料的热轧水循环泵叶轮，其表面的复合涂层的硬度和耐磨损性能在纳米氧化镧含量为2.4％时较好，摩擦系数为0.10。本实施例通过引入纳米La2O3可有效地改善热轧水循环泵叶轮的摩擦学性能，其磨损机理主要为磨粒磨损、粘着磨损和氧化耐腐磨损的复合磨损。
本发明所提供的具有高性能抗冲刷耐化学腐蚀耐磨损纳米涂层的热轧水循环泵叶轮，采用的纳米复合材料及纳米热喷涂工艺技术，对平叶轮进行保护处理，完好的解决了平叶轮工作面抗高速颗粒磨蚀和降低化学腐蚀的问题，有效地提高了叶轮的耐磨性及抗腐性能；同时从增强叶轮叶片表面材质和特性的角度出发，采用镍纳米涂层加以表面改性和保护，实现了表面耐腐蚀、耐磨损功能，全面提高了叶轮的整体使用性能，并能有效避免叶轮停产停机的事故发生，从而达到节能、降耗的目的，实际使用寿命延长至原来的5倍，甚至更长。
以上对本发明的具体实施例进行了详细描述，但其只是作为范例，本发明并不限制于以上描述的具体实施例。对于本领域技术人员而言，任何对本发明进行的等同修改和替代也都在本发明的范畴之中。因此，在不脱离本发明的精神和范围下所作的均等变换和修改，都应涵盖在本发明的范围内。
Claims (8)
1.一种具有高性能抗冲刷耐化学腐蚀耐磨损纳米涂层的热轧水循环泵叶轮，其特征在于，在平叶轮本体(100)的工作面(110)上设置有纳米结构保护层(200)。
2.根据权利要求1所述的具有高性能抗冲刷耐化学腐蚀耐磨损纳米涂层的热轧水循环泵叶轮，其特征在于，所述纳米结构保护层(200)采用金属陶瓷复合粉末。
3.根据权利要求2所述的具有高性能抗冲刷耐化学腐蚀耐磨损纳米涂层的热轧水循环泵叶轮，其特征在于，所述金属陶瓷复合粉末是采用金属作为粘结相，并采用陶瓷颗粒作为强化硬质相，经过烧结、团聚、包覆等工艺处理而制成。
4.根据权利要求3所述的具有高性能抗冲刷耐化学腐蚀耐磨损纳米涂层的热轧水循环泵叶轮，其特征在于，所述金属陶瓷复合粉末采镍基氧化铝、镍基碳化钨或镍基铬。
5.根据权利要求4所述的具有高性能抗冲刷耐化学腐蚀耐磨损纳米涂层的热轧水循环泵叶轮，其特征在于，所述纳米结构保护层(200)由所述金属陶瓷复合粉末采用等离子喷涂。
6.根据权利要求1-5任一项所述的具有高性能抗冲刷耐化学腐蚀耐磨损纳米涂层的热轧水循环泵叶轮，其特征在于，所述纳米结构保护层(200)的厚度为200-350μm。
7.根据权利要求1所述的具有高性能抗冲刷耐化学腐蚀耐磨损纳米涂层的热轧水循环泵叶轮，其特征在于，所述平叶轮本体(100)为钢厂能环部热轧水循环泵的叶轮。
8.一种包含如权利要求1-7任一项所述纳米结构保护层(200)的热轧水循环泵叶轮。
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