CN110616393A - 一种阀门过流表面耐磨耐腐蚀性喷涂层及其制备方法 - Google Patents

一种阀门过流表面耐磨耐腐蚀性喷涂层及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种阀门过流表面耐磨耐腐蚀性喷涂层及其制备方法，该喷涂层包括以下组分：粉体、粘接剂和分散剂，粉体、粘接剂和分散剂的重量比为100:2～5:2～4；粉体包括以下重量百分比组分：镍粉10～30％、铬粉5～15％，余量为复合固溶体粉末。本发明还提供了喷涂层的制备方法。本发明工艺流程简单，在喷涂层材料中加入具有优异性能的材料或元素，改良其成分含量，使得喷涂层组织和粒度分布均匀，流动性更好，有效解决了喷涂材料脆性高、脱落倾向性大、耐磨耐腐蚀性不足和使用寿命较短的问题。

Description

一种阀门过流表面耐磨耐腐蚀性喷涂层及其制备方法
技术领域
本发明属于阀门喷涂技术领域，具体涉及一种阀门过流表面耐磨耐腐蚀性喷涂层及其制备方法。
背景技术
超音速火焰喷涂(High Velocity Oxy fuel，简称HVOF)是20世纪80年代初在普通火焰喷涂的基础上发展起来的一种新型热喷涂技术。它是利用氢、乙炔、丙烯、煤油等做燃料，用氧气作助燃剂，在燃烧室或特殊的喷嘴中燃烧，产生高达2000～3000℃、2100m/s以上速度的超音速燃焰，同时将粉末送进火焰中，产生熔化或半熔化的粒子，高速撞击在基体表面上沉积形成涂层，其涂层比普通火焰喷涂或等离子喷涂结合强度更高，更致密。由于具有很高的焰流速度和相对较低的焰流温度，由于粉粒与周围大气接触时间短，粉末粒子飞行的速度高，和周围大气接触时间短，很少与大气发生反应，喷涂材料中活泼元素烧损少，特别适宜于制备性能优异的碳化物金属陶瓷涂层，此外其结合强度高、孔隙率低、硬度高、耐磨耐蚀性能好。
阀门是介质流通或压力系统中的一种常用设施，用来控制流体介质的流通方向和流量、调节介质的压力。在某些特殊工况介质场合，如含有大量固体颗粒的介质、高腐蚀性介质条件下，阀门的球体、阀座等过流部件很容易遭到腐蚀、磨损破坏，而提高过流部件表面耐磨耐腐蚀性是该特种阀门的主要技术难点。作为过流部件的硬面材料则是阀门性能好坏的关键因素之一，决定着阀门的使用寿命，而硬面技术及硬面材料的发展也将进一步推动球阀应用领域的拓展。但目前的阀门过流表面涂层材料脆性高、脱落倾向性大、空隙率较高，耐磨耐腐蚀性不足，导致使用寿命较短。
发明内容
针对现有技术中存在的上述问题，本发明提供一种阀门过流表面耐磨耐腐蚀性喷涂层及其制备方法，工艺流程简单，在喷涂层材料中加入具有优异性能的材料或元素，改良其成分含量，使得喷涂层组织和粒度分布均匀，流动性更好，有效解决了喷涂材料脆性高、脱落倾向性大、耐磨耐腐蚀性不足和使用寿命较短的问题。
为实现上述目的，本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种阀门过流表面耐磨耐腐蚀性喷涂层，包括以下组分：粉体、粘接剂和分散剂，粉体、粘接剂和分散剂的重量比为100:2～5:2～4；
粉体包括以下重量百分比组分：镍粉10～30％、铬粉5～15％，余量为复合固溶体粉末。
进一步，复合固溶体粉末包括以下重量百分比组分：碳8～10％、氮7～10％、钨10～15％、钼5～15％、钒5～10％，余量为钛。
进一步，粉体为(Ti，W，Mo，V)(C，N)-NiCr基复合粉体。
进一步，镍粉、铬粉和复合固溶体粉末粒度均为1～2.5μm。
进一步，粘接剂为聚乙烯醇，分散剂为正庚烷。
上述的阀门过流表面耐磨耐腐蚀性喷涂层的制备方法，包括以下步骤：
(1)球磨：将复合固溶体粉末、镍粉、铬粉、粘接剂和分散剂球磨40～70h，球磨转速60～180r/min，得料浆；
(2)喷雾造粒：将步骤(1)所得料浆进行喷雾造粒，得半成品粉末；
(3)烧结：将步骤(2)所得半成品粉末在真空度为1～5Pa，1250～1450℃温度下保温40～90min，得喷涂粉末；
(4)预处理：清理待喷涂基材毛刺，除油，然后在0.5～0.8MPa压力下进行喷砂粗化，使待喷涂基材表面粗糙度为40～80μm；
(5)喷涂：将步骤(3)所得喷涂粉末通过超音速火焰喷涂系统进行喷涂，氧气压力0.6～0.8MPa，氧气流动速率850～950SL/min，喷涂距离为220～500mm；燃烧室燃烧压力为0.6～0.9MPa，得阀门过流表面耐磨耐腐蚀性喷涂层。
进一步，步骤(1)中进行球磨时，采用两个WC-6Co硬质合金球，直径分别为6mm和8mm，两磨球质量比为1:1，球料重量比为5～15:1；分散介质为无水乙醇，固液体积比为1:2～5。
进一步，在步骤(2)的喷雾干燥塔中，雾化盘转速为10000～15000r/min，进口温度为180～250℃，出口温度为80～130℃，干燥气氛为氮气，压力为0.7～2MPa。
进一步，步骤(4)中，采用丙酮进行除油，采用10#～16#棕刚玉进行喷砂粗化。
进一步，步骤(5)中喷涂时，送粉速度8～10kg/h；燃料为煤油，流动速率21～24L/h；冷却介质为压缩空气，流动速率3.5～4.5SL/min。
进一步，超音速火焰喷涂系统为JP5000型超音速火焰喷涂系统。
综上所述，本发明具备以下优点：
1、本发明工艺流程简单，在喷涂层材料中加入具有优异性能的材料或元素，改良其成分含量，使得喷涂层组织和粒度分布均匀，流动性更好，有效解决了喷涂材料脆性高、脱落倾向性大、耐磨耐腐蚀性不足和使用寿命较短的问题。
2、本发明在制备时，先通过球磨、喷雾造粒和烧结制得(Ti，W，Mo，V)(C，N)-NiCr基复合固溶体喷涂粉末，其具有成分均匀、球形好、粉末粒度分布均匀、粉末流动性好的特点，且制备工艺流程简单，成本低，粉末性能优异，再通过预处理和喷涂，将喷涂粉末喷涂在基体上。
3、(Ti，W，Mo，V)(C，N)-NiCr基复合固溶体喷涂层很好地改善碳化钛基涂层材料脆性较大、碳化钨基涂层耐磨性和耐腐蚀性不足的缺点，对于在高温、高压等极端工况下工作的阀门来讲，除涂层材料本身耐高温氧化、耐腐蚀、耐磨性之外，还应考虑涂层与基体的结合情况，本涂层材料配合超音速火焰喷涂技术的优点，涂层与基体结合良好，结合力高于50MPa，使涂层材料使用寿命延长，带来更好的经济效益。
4、本发明在涂层中一部分氮元素取代了碳元素，可以提高强韧性，降低晶粒尺寸；加入适量的钼可以改善涂层中塑性相与硬质相之间的润湿性，提高粘结相与硬质相之间的润湿性以及溶解于粘结相，强化粘结相，使得涂层组织结构更加致密，另外还可以阻碍涂层合成过程中晶粒的聚集长大，起到细化晶粒的作用，从而有利于提高涂层的耐冲蚀磨损性能；加入适量的钒可提高强度和韧性，并在高温高压下提高抗氢腐蚀的能力，也可提高金属陶瓷的抗剪强度和耐磨性，改善材料的机械性能；加入钨可以提高抗弯强度及改善材料的韧性。新的涂层材料既有原有碳化钛和碳化钨涂层的优良性能，还改善了碳化钛涂层脆性大、碳化钨涂层耐磨耐腐蚀性不足等缺点。
附图说明
图1为喷涂粉末的扫描电镜示意图；
图2为喷涂层的结构示意图；
图3为喷涂层的金相组织示意图。
具体实施方式
实施例1
一种阀门过流表面耐磨耐腐蚀性喷涂层及其制备方法及其制备方法，耐磨耐腐蚀性喷涂层包括以下组分：粉体、粘接剂和分散剂，粉体、粘接剂和分散剂的重量比为100:2:2；粉体包括以下重量百分比组分：镍粉10％、铬粉5％，余量为复合固溶体粉末；复合固溶体粉末包括以下重量百分比组分：碳8％、氮7％、钨10％、钼5％、钒5％，余量为钛。镍粉、铬粉和复合固溶体粉末粒度均为1～2.5μm；粘接剂为聚乙烯醇，分散剂为正庚烷。
上述的阀门过流表面耐磨耐腐蚀性喷涂层的制备方法，包括以下步骤：
(1)球磨：将复合固溶体粉末、镍粉、铬粉、粘接剂和分散剂球磨40h，球磨转速60r/min，采用两个WC-6Co硬质合金球，直径分别为6mm和8mm，两磨球质量比为1:1，球料重量比为5:1；分散介质为无水乙醇，固液体积比为1:2，得料浆；
(2)喷雾造粒：将步骤(1)所得料浆通入喷雾干燥塔进行喷雾造粒，雾化盘转速为10000r/min，进口温度为180℃，出口温度为80℃，干燥气氛为氮气，压力为0.7MPa，得半成品粉末；
(3)烧结：将步骤(2)所得半成品粉末在真空度为1Pa，1250℃温度下保温40min，得喷涂粉末；
(4)预处理：清理待喷涂基材毛刺，丙酮除油，然后在0.5MPa压力下采用10#～16#棕刚玉进行喷砂粗化，使待喷涂基材表面粗糙度为40μm；
(5)喷涂：将步骤(3)所得喷涂粉末通过JP5000超音速火焰喷涂系统进行喷涂，氧气压力0.6MPa，氧气流动速率850SL/min，喷涂距离为220mm；燃烧室燃烧压力为0.6MPa，送粉速度8kg/h；燃料为煤油，流动速率21L/h；冷却介质为压缩空气，流动速率3.5SL/min，得阀门过流表面耐磨耐腐蚀性喷涂层。
实施例2
一种阀门过流表面耐磨耐腐蚀性喷涂层及其制备方法及其制备方法，耐磨耐腐蚀性喷涂层包括以下组分：粉体、粘接剂和分散剂，粉体、粘接剂和分散剂的重量比为100:4:3；粉体包括以下重量百分比组分：镍粉20％、铬粉10％，余量为复合固溶体粉末；复合固溶体粉末包括以下重量百分比组分：碳9％、氮8％、钨13％、钼10％、钒8％，余量为钛。镍粉、铬粉和复合固溶体粉末粒度均为1～2.5μm；粘接剂为聚乙烯醇，分散剂为正庚烷。
上述的阀门过流表面耐磨耐腐蚀性喷涂层的制备方法，包括以下步骤：
(1)球磨：将复合固溶体粉末、镍粉、铬粉、粘接剂和分散剂球磨60h，球磨转速120r/min，采用两个WC-6Co硬质合金球，直径分别为6mm和8mm，两磨球质量比为1:1，球料重量比为10:1；分散介质为无水乙醇，固液体积比为1:3，得料浆；
(2)喷雾造粒：将步骤(1)所得料浆通入喷雾干燥塔进行喷雾造粒，雾化盘转速为13000r/min，进口温度为210℃，出口温度为100℃，干燥气氛为氮气，压力为1.3MPa，得半成品粉末；
(3)烧结：将步骤(2)所得半成品粉末在真空度为3Pa，1350℃温度下保温60min，得喷涂粉末；
(4)预处理：清理待喷涂基材毛刺，丙酮除油，然后在0.6MPa压力下采用10#～16#棕刚玉进行喷砂粗化，使待喷涂基材表面粗糙度为60μm；
(5)喷涂：将步骤(3)所得喷涂粉末通过JP5000超音速火焰喷涂系统进行喷涂，氧气压力0.7MPa，氧气流动速率900SL/min，喷涂距离为360mm；燃烧室燃烧压力为0.7MPa，送粉速度9kg/h；燃料为煤油，流动速率22L/h；冷却介质为压缩空气，流动速率4SL/min，得阀门过流表面耐磨耐腐蚀性喷涂层。
实施例3
一种阀门过流表面耐磨耐腐蚀性喷涂层及其制备方法及其制备方法，耐磨耐腐蚀性喷涂层包括以下组分：粉体、粘接剂和分散剂，粉体、粘接剂和分散剂的重量比为100:5:4；粉体包括以下重量百分比组分：镍粉30％、铬粉15％，余量为复合固溶体粉末；复合固溶体粉末包括以下重量百分比组分：碳10％、氮10％、钨15％、钼15％、钒10％，余量为钛。镍粉、铬粉和复合固溶体粉末粒度均为1～2.5μm；粘接剂为聚乙烯醇，分散剂为正庚烷。
上述的阀门过流表面耐磨耐腐蚀性喷涂层的制备方法，包括以下步骤：
(1)球磨：将复合固溶体粉末、镍粉、铬粉、粘接剂和分散剂球磨70h，球磨转速180r/min，采用两个WC-6Co硬质合金球，直径分别为6mm和8mm，两磨球质量比为1:1，球料重量比为15:1；分散介质为无水乙醇，固液体积比为1:5，得料浆；
(2)喷雾造粒：将步骤(1)所得料浆通入喷雾干燥塔进行喷雾造粒，雾化盘转速为15000r/min，进口温度为250℃，出口温度为130℃，干燥气氛为氮气，压力为2MPa，得半成品粉末；
(3)烧结：将步骤(2)所得半成品粉末在真空度为5Pa，1450℃温度下保温90min，得喷涂粉末；
(4)预处理：清理待喷涂基材毛刺，丙酮除油，然后在0.8MPa压力下采用10#～16#棕刚玉进行喷砂粗化，使待喷涂基材表面粗糙度为80μm；
(5)喷涂：将步骤(3)所得喷涂粉末通过JP5000超音速火焰喷涂系统进行喷涂，氧气压力0.8MPa，氧气流动速率950SL/min，喷涂距离为500mm；燃烧室燃烧压力为0.9MPa，送粉速度10kg/h；燃料为煤油，流动速率24L/h；冷却介质为压缩空气，流动速率4.5SL/min，得阀门过流表面耐磨耐腐蚀性喷涂层。
对实施例1～3所得喷涂粉末进行扫描电镜分析，其结果见图1；同时制得实施例1～3所得阀门过流表面耐磨耐腐蚀性喷涂层结构和金相组织图，其结果分别见图2～3。
由图1可知，本发明所得的喷涂粉末粒度为10～50μm，球化率良好。由图2可知，本发明所得阀门过流表面耐磨耐腐蚀性喷涂层厚度约0.3～0.5mm，涂层的孔隙率低于1.5％，涂层硬度HV 2700～3200，工件温差小于900℃，热应力小，无变形和裂纹。
虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了详细地描述，但不应理解为对本专利的保护范围的限定。在权利要求书所描述的范围内，本领域技术人员不经创造性劳动即可作出的各种修改和变形仍属本专利的保护范围。

Claims (9)

1.一种阀门过流表面耐磨耐腐蚀性喷涂层，其特征在于，包括以下组分：粉体、粘接剂和分散剂，所述粉体、所述粘接剂和所述分散剂的重量比为100:2～5:2～4；
所述粉体包括以下重量百分比组分：镍粉10～30％、铬粉5～15％，余量为复合固溶体粉末。
2.如权利要求1所述的阀门过流表面耐磨耐腐蚀性喷涂层，其特征在于，所述复合固溶体粉末包括以下重量百分比组分：碳8～10％、氮7～10％、钨10～15％、钼5～15％、钒5～10％，余量为钛。
3.如权利要求1所述的阀门过流表面耐磨耐腐蚀性喷涂层，其特征在于，所述镍粉、铬粉和所述复合固溶体粉末粒度均为1～2.5μm。
4.如权利要求1所述的阀门过流表面耐磨耐腐蚀性喷涂层，其特征在于，所述粘接剂为聚乙烯醇，所述分散剂为正庚烷。
5.权利要求1～4任一项所述的阀门过流表面耐磨耐腐蚀性喷涂层的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)球磨：将复合固溶体粉末、镍粉、铬粉、粘接剂和分散剂球磨40～70h，球磨转速60～180r/min，得料浆；
(2)喷雾造粒：将步骤(1)所得料浆进行喷雾造粒，得半成品粉末；
(3)烧结：将步骤(2)所得半成品粉末在真空度为1～5Pa，1250～1450℃温度下保温40～90min，得喷涂粉末；
(4)预处理：清理待喷涂基材毛刺，除油，然后在0.5～0.8MPa压力下进行喷砂粗化，使待喷涂基材表面粗糙度为40～80μm；
(5)喷涂：将步骤(3)所得喷涂粉末通过超音速火焰喷涂系统进行喷涂，氧气压力0.6～0.8MPa，氧气流动速率850～950SL/min，喷涂距离为220～500mm；燃烧室燃烧压力为0.6～0.9MPa，得阀门过流表面耐磨耐腐蚀性喷涂层。
6.如权利要求5所述的阀门过流表面耐磨耐腐蚀性喷涂层的制备方法，其特征在于，步骤(1)中进行球磨时，采用两个WC-6Co硬质合金球，直径分别为6mm和8mm，两磨球质量比为1:1，球料重量比为5～15:1；分散介质为无水乙醇，固液体积比为1:2～5。
7.如权利要求5所述的阀门过流表面耐磨耐腐蚀性喷涂层的制备方法，其特征在于，在步骤(2)的喷雾干燥塔中，雾化盘转速为10000～15000r/min，进口温度为180～250℃，出口温度为80～130℃，干燥气氛为氮气，压力为0.7～2MPa。
8.如权利要求5所述的阀门过流表面耐磨耐腐蚀性喷涂层的制备方法，其特征在于，步骤(4)中，采用丙酮进行除油，采用10#～16#棕刚玉进行喷砂粗化。
9.如权利要求5所述的阀门过流表面耐磨耐腐蚀性喷涂层的制备方法，其特征在于，步骤(5)中喷涂时，送粉速度8～10kg/h；燃料为煤油，流动速率21～24L/h；冷却介质为压缩空气，流动速率3.5～4.5SL/min。
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