CN112974186B - 一种水利机械软硬涂层稳定搭接工艺方法 - Google Patents

一种水利机械软硬涂层稳定搭接工艺方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种水利机械软硬涂层稳定搭接工艺方法，包括：确定需要制备软涂层和硬涂层的区域，及软涂层厚度和硬涂层厚度，确保软涂层厚度大于硬涂层厚度；在软涂层与硬涂层的交界处，使欲制备软涂层区域的零件表面下凹一定深度，且下凹处的侧面需向硬涂层方向下偏，使得下凹处侧面与下凹处表面、及零件表面均呈锐角，并对下凹处侧面与零件表面所呈锐角处进行倒角处理后，进行涂层制备：首先进行喷砂工艺，再制备硬涂层，最后制备软涂层。本发明工艺获得的软硬涂层搭接处的结构能极大程度提高软涂层与基体的结合力，并防止软硬涂层的分离，同时也能很好的受到硬涂层和软涂层的防护。

Description

一种水利机械软硬涂层稳定搭接工艺方法
技术领域
本发明涉及表面处理和再制造领域，尤其涉及一种水利机械软硬涂层稳定搭接工艺方法。
背景技术
在水力机械表面处理实际工程应用中，一个零件的不同部位受到的破坏类型和程度是有区别的。目前在水力机械零件表面制备涂层是抵抗零件破坏的常用方式，但是如果对零件整体制备一种涂层，要么效果不好，要么成本较高，所以需要根据零件破坏的实际情况，具体问题具体分析采用哪种涂层材料和制备方式。因为不同的涂层材料和制备方式都有各自的优缺点，尤其对于软涂层和硬涂层(通常软涂层指聚氨酯，环氧树脂，硅胶等高分子化合物，具有很强的塑性和韧性，较高的抗腐蚀和抗气蚀性能特点的涂层，硬涂层通常指陶瓷涂层，金属陶瓷复合涂层，高硬度合金涂层等具有高硬度，高脆性，低塑性，高耐磨损和耐磨蚀性能特点的涂层)这两种涂层而言。举例说明，聚氨酯这种软涂层具有很强的经济适用性，在较低的成本下，聚氨酯涂层具有较强的抗气蚀和腐蚀的能力，但是因为其涂刷和气喷涂制备方式的特点，涂层与基体结合强度不够，容易脱落，特别是在一些过流部件上面，更容易脱落。并且因为软涂层硬度不够和结合强度不够，耐磨损性能较差，据调查在服役高泥沙水电站，如小浪底水电站，软涂层在2000h服役后出现小的破坏和脱落，8000h服役后，出现大面积破坏和脱落。WC金属陶瓷硬涂层超音速热喷涂制备成本较高，但是涂层结合强度高，一般在70MPa以上，涂层的孔隙率可达到1％以下，显微硬度可达到1200HV0.2以上，涂层的抗磨蚀性能非常好，但是其抗气蚀性能还有所欠缺，据调查WC金属陶瓷硬涂层服役年限目前一般在2到4年。因此，针对不同区域保护侧重点不同，采用软硬涂层相结合的涂层防护方案是兼顾经济性和防护效果的一种方案。但是软硬涂层简单的搭接位置是薄弱处，容易出现软涂层翘边、与硬涂层分离，甚至剥落的问题，目前还没有好的方法解决。
发明内容
本发明的目的为了解决水利机械上软硬涂层搭接处，软涂层容易翘边，分离甚至剥落的问题，提供一种水利机械软硬涂层稳定搭接的工艺方法，实现过流零件上分区域软硬涂层相结合的稳定，经济的防护涂层方案。
本发明采用以下技术方案实现：
一种水利机械软硬涂层稳定搭接工艺方法，包括如下：
确定在水利机械零件需要制备软涂层和硬涂层的区域，及软涂层厚度和硬涂层厚度，确保软涂层厚度大于硬涂层厚度；在软涂层与硬涂层的交界处，通过机械加工方法使欲制备软涂层区域的零件表面下凹一定深度，下凹深度等于软涂层厚度和硬涂层厚度之差，保证最终软涂层表面与硬涂层表面在同一水平面上，消除台阶，减轻水流对软涂层侧面的冲击力，且下凹处的侧面需向硬涂层方向下偏，使得下凹处侧面与下凹处表面、及零件表面均呈锐角，并对下凹处侧面与零件表面所呈锐角处进行倒角处理后，进行涂层制备：首先进行喷砂工艺，再制备硬涂层，最后制备软涂层。通过控制下凹侧面向硬涂层方向下偏使侧面与工件表面呈一定锐角，并对所述锐角进行倒角处理，这样可增大软涂层的底基，使得软涂层上层具有更高的稳定性。
进一步地，软涂层的厚度一般需大于2mm，防护效果会较好，不易剥落，传统的软涂层容易翘边很重要的原因之一是边缘涂层往往过薄。
进一步地，在下凹处侧面需开辟紧固槽，紧固槽可以进一步加强软涂层在水平方向的对下凹侧面的结合效果，更有利于防止软涂层与硬涂层的分离和剥落，使得软硬涂层搭接更为稳定。
进一步的，所述的涂层制备，具体包括如下：
1.喷砂工艺过程包括：
1.1用无水乙醇将零件表面灰尘和油脂去除干净；
1.2对无需喷砂区域，喷砂过程中要对非喷涂面进行防护，可采用加厚布基胶带或胶皮，避免破坏加工面的光滑度；
1.3喷砂压缩空气要求：清洁干燥空气压强在0.4MPa-0.6MPa之间，流量大于1m3/min；
1.4硬涂层喷砂：采用20～30目白刚玉对需制备硬涂层的区域喷砂处理，粗糙度达到Ra 7-18μm；
1.5软涂层喷砂：采用7～10目金刚砂或棱角铁砂对需制备软涂层区域进行喷砂，使喷砂后工件表面清洁度达到Sa2.5级，粗糙度Ra在60～80μm；
1.6用清洁干燥的压缩空气对喷砂表面再一次清洁；
1.7喷砂后，对工件表面显现出来的孔洞和裂纹进行补焊，补焊完成后，进行仔细打磨，要求焊点区域表面与周围融为一体；
1.8重复步骤1.4、1.5和1.6，直至工件表面无孔洞和裂纹。
2.喷涂硬涂层工艺过程包括：
2.1用喷枪火焰对施工工件表面进行烘烤，清除工件内部的水分和油脂，烘烤时要整体加热，保证工件受热均匀，不能长时间烘烤局部，造成局部过热。烘烤时工件整体温度在70℃～120℃，具体温度根据基材的物理化学性质来确定。
2.2清除工件内部油脂：在火焰烘烤下，有些零件内部油脂会通过非常细微的孔洞和裂纹，上浮到工件表面，再次用无水乙醇清除表面油污。
2.3重复步骤2.1和2.2，直至工件内部没有油脂逸出表面；
2.4对需制备硬涂层区域进行涂层喷涂，软硬涂层搭接台阶侧面(即所述的倒角处)同样需喷涂硬涂层，且此处硬涂层厚度应控制在0.2～0.5mm，硬涂层与软涂层交界处，可采用使焰流中心往硬涂层方向回撤的方式控制硬涂层厚度，防止硬涂层堆积过厚的问题，做到硬涂层到基体的自然过渡。
2.5喷涂过程中根据基体和硬涂层材料的性质，需严格控制零件的温度，硬涂层喷涂完成后，对硬涂层区域进行封孔处理，软硬涂层搭接处不做封孔处理。
3.喷涂软涂层工艺过程包括：
3.1用布基胶带或薄膜保护好非搭接处硬涂层以及基体非喷涂区域，对搭接区域硬涂层表面进行补砂，对喷涂软涂层区域再次进行喷砂，去除表面新生成的氧化物，并且用压缩空气清洁喷涂区域，保证制备软涂层基体表面清洁度达到Sa2.5级。
3.2采用毛刷和清洗剂进行清洗，去除工件表面的油脂和灰尘，清洗过程中要注意通风，并严禁烟火。所述的清洗剂为乙酸乙酯或类似化学产品；
3.3用喷枪火焰对工件表面进行烘烤，烘烤时要整体加热，保证工件受热均匀，不能长时间烘烤局部，造成局部过热。烘烤时工件整体温度维持在70℃～120℃。在火焰烘烤下，有些零件内部油脂可能会通过非常细微的孔洞和裂纹，上浮到工件表面，再次用毛刷和清洗剂进行清洗，去除工件表面的油脂和灰尘；
3.4重复步骤3.3，直至工件内部没有油脂逸出表面；
3.5待表面清洗剂干燥之后，刷涂基层高黏结底漆，使用前要搅拌均匀，可以静止5分钟之后用毛刷或滚刷均匀涂刷到基体表面，厚度需控制在0.1～0.3mm之间；所述下凹处侧面也要涂覆；
3.6等待6小时至不超过10天内，喷涂过渡层底漆，使用前要搅拌均匀，可以静止5分钟后用毛刷或滚刷均匀涂刷到喷涂表面，所述下凹处侧面也要涂覆；
3.7等待15分钟至1小时内，涂刷第二遍过渡层底漆，过渡层底漆总厚度控制在0.1～0.5mm之间。
3.8等待15分钟至1小时内，喷涂软涂层，在硬涂层与软涂层交界处，需控制软涂层厚度，防止边角处涂层堆积过厚的问题，做到软涂层到硬涂层的自然过渡。
3.9喷涂完之后检查表面是否有缺陷，如有滴挂现象，用壁纸刀小心修理，并常温时固化。
上述工艺过程中，步骤2.4所述的硬涂层通常为陶瓷涂层，金属陶瓷复合涂层，高硬度合金涂层；步骤3.8所述的软涂层通常为改性复合聚氨酯，其中可添加有提高其硬度、刚性和强度的材料，使其能具备一定的耐磨损和耐冲击形变的功能，方案中所述的基层高黏结底漆可以为改性聚氨酯，其中添加对金属可提高黏结效果的材料，所述的过渡层底漆可以为改性聚氨酯，使其对基层高黏结底漆和上层的软涂层都有不错的相溶性，将两者紧密粘结在一起，这三层材料的具体类别可以根据实际情况进行自行选择实现，在本发明中不做具体限定。
本发明的有益效果在于：
通过本发明的工艺结构和工艺过程，在降低工件涂层防护成本前提下，提供一种稳定的软硬涂层相搭接的涂层防护解决方案。在实际水利机械工程应用中，本发明能实现零件的精准、分区、稳定的涂层防护，制得的涂层能充分结合软涂层和硬涂层的特点，软硬涂层搭接处的结构能极大程度提高软涂层与基体的结合力，并防止软硬涂层的分离，并且软硬涂层搭接界面也能很好的受到硬涂层和软涂层的防护。
附图说明
图1一种水利机械软硬涂层稳定搭接方法示意图；
图2软硬涂层搭接处细节放大示意图；
图中：1-改性复合聚氨酯，2-过渡层底漆，3-基层高黏结底漆，4-倒角，5-WC金属陶瓷涂层，6-紧固槽，7-基体。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明的具体实施案例作进一步地阐述
参照图1和图2展示了一种水利机械软硬涂层稳定搭接方法示意图。在软涂层与硬涂层的交界处，通过机械加工方法使欲制备软涂层区域的零件表面下凹一定深度，下凹深度2.2mm，等于软涂层厚度和硬涂层厚度之差，保证最终软涂层表面与硬涂层表面在同一水平面上，消除台阶，大幅减轻水流对搭接处软涂层侧面的冲击力。其中软涂层分为三层，分别是改性复合聚氨酯1，厚度为2.2mm；过渡层底漆2，厚度为0.2mm；基层高黏结底漆3，厚度为0.1mm。基层高黏结底漆3一面与基体7表面相黏结，一面与过渡层底漆2相黏结，作用是使过渡层底漆2能与基体紧密连接。过渡层底漆2与改性复合聚氨酯1相黏结，作用是使改性复合聚氨酯1与基层高黏结底漆3紧密相连接。
基体7采用水利机械常用的不锈钢00Cr13Ni5Mo。
硬涂层采用WC金属陶瓷涂层5，厚度为0.3mm，采用超音速火焰喷涂工艺制备。
软硬涂层搭接处基体的机械加工产生的锐角需要进行倒角4，确保WC金属陶瓷涂层5制备区域的基体边角都≥90度。软硬涂层搭接界面往硬涂层方向下斜，并且开有紧固槽6，作用是增加软涂层受到水流水平方向的冲击力时与硬涂层水平方向的结合力，以及软涂层具有更大底基，软涂层上层具有更高的稳定性。
本发明一种水利机械软硬涂层稳定搭接喷涂的工艺过程具体实施案例如下：
1.喷砂工艺过程
1.1用无水乙醇将基体7表面灰尘和油脂去除干净；
1.2对无需喷砂区域，喷砂过程中要对非喷涂面进行防护，可采用加厚布基胶带或胶皮，避免破坏加工面的光滑度；
1.3喷砂压缩空气要求：清洁干燥空气压强在0.4MPa-0.6MPa之间，流量大于1m3/min；
1.4硬涂层喷砂：采用24目白刚玉对需喷涂硬涂层的区域喷砂处理，粗糙度大于Ra8μm；
1.5软涂层喷砂：采用8目金刚砂或棱角铁砂对软涂层部位进行喷砂，喷砂后，工件表面清洁度达到Sa2.5级，粗糙度Ra在70μm；
1.6用清洁干燥的压缩空气对喷砂后基体7表面再一次清洁；
1.7喷砂后，对工件表面显现出来的孔洞和裂纹进行补焊，补焊完成后，进行仔细打磨，要求焊点区域表面与周围融为一体；
1.8重复步骤1.4、1.5和1.6，进行工件喷砂和清洁，以此类推，直至工件表面无孔洞和裂纹。
2.喷涂WC金属陶瓷涂层5工艺过程：
2.1用喷枪火焰对基体7表面进行烘烤，清除基体7内部的水分和油脂，烘烤时要整体加热，保证基体7受热均匀，不能长时间烘烤局部，造成局部过热。烘烤时工件整体温度在80℃左右。
2.2清除基体7内部油脂：在火焰烘烤下，有时基体7内部油脂可能会通过非常细微的孔洞和裂纹，上浮到基体7表面，再次用无水乙醇清除表面油污。
2.3重复步骤2.1和2.2，直至基体7内部没有油脂逸出表面。
2.4对硬涂层区域进行涂层喷涂，软硬涂层搭接侧面同样需喷涂硬涂层，硬涂层厚度控制在0.3mm。
2.5喷涂过程中根据基体7和WC金属陶瓷涂层5材料的性质，严格控制零件的温度在80℃～120℃，直至硬涂层喷涂完成。
2.6对WC金属陶瓷涂层5区域进行封孔处理，软硬涂层搭接处不做封孔处理。
3.喷涂改性复合聚氨酯1涂层工艺过程
3.1用布基胶带或薄膜保护好非搭接处WC金属陶瓷涂层5以及基体7非喷涂区域，对搭接区域WC金属陶瓷涂层5表面进行补砂，对改性复合聚氨酯1涂层区域再次进行喷砂，去除表面新生成的氧化物，并且用压缩空气清洁喷涂区域，保证基体7表面清洁度达到Sa2.5级。
3.2采用乙酸乙酯或类似化学产品用毛刷进行清洗，去除基体7表面的油脂和灰尘，清洗过程中要注意通风，并严禁烟火。
3.3用喷枪火焰对基体7表面进行烘烤，烘烤时要整体加热，保证工件受热均匀，不能长时间烘烤局部，造成局部过热。烘烤时工件整体温度维持在80℃。在火焰烘烤下，有时基体7内部油脂可能会通过非常细微的孔洞和裂纹，上浮到基体7表面，再次用采用乙酸乙酯或类似化学产品用毛刷进行清洗，去除基体7表面的油脂。
3.4重复步骤3.3，直至基体7内部没有油脂逸出表面。
3.5待表面清洗剂干燥之后，刷涂基层高黏结底漆3，使用前要搅拌均匀，静止5分钟之后用毛刷或滚刷均匀涂刷到基体7表面，厚度控制在0.1mm。
3.6等待6小时不超过10天内，喷涂过渡层底漆2，使用前要搅拌均匀，静止5分钟后用毛刷或滚刷均匀涂刷到喷涂表面。
3.7等待15分钟后1小时内涂刷第二遍过渡层底漆2，过渡层底漆2厚度控制在0.2mm。
3.8等待15分钟后1小时内喷涂高性能耐磨改性复合聚氨酯1，厚度控制在2.2mm。
3.9喷涂完之后检查表面是否有缺陷，如有滴挂现象，用壁纸刀小心修理，并常温时固化24小时。
采用本发明工艺获得的涂层相对于现有软硬涂层搭接方法获得的涂层，水利机械服役年限大幅延长，特别是高泥沙过流部件，服役年限达到3年以上，已达到零件全部采用WC金属硬涂层方案的水平，比现有软硬涂层搭接方法获得的涂层2000h～8000h服役时长提升明显。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，在不脱离本发明技术实质的前提下，做出若干改变应视为本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种水利机械软硬涂层稳定搭接工艺方法，其特征在于，包括如下：
确定在水利机械零件需要制备软涂层和硬涂层的区域，及软涂层厚度和硬涂层厚度，确保软涂层厚度大于硬涂层厚度；在软涂层与硬涂层的交界处，通过机械加工方法使欲制备软涂层区域的零件表面下凹一定深度，下凹深度等于软涂层厚度和硬涂层厚度之差，且下凹处的侧面需向硬涂层方向下偏，使得下凹处侧面与下凹处表面、及零件表面均呈锐角，并对下凹处侧面与零件表面所呈锐角处进行倒角处理后，进行涂层制备：首先进行喷砂工艺，再制备硬涂层，最后制备软涂层。
2.根据权利要求1所述的水利机械软硬涂层稳定搭接工艺方法，其特征在于，所述的软涂层厚度需大于2mm。
3.根据权利要求1所述的水利机械软硬涂层稳定搭接工艺方法，其特征在于，在下凹处侧面需开辟紧固槽。
4.根据权利要求1所述的水利机械软硬涂层稳定搭接工艺方法，其特征在于，所述的喷砂工艺的过程包括如下：
1.1对于需制备涂层区域用无水乙醇将零件表面灰尘和油脂去除干净以便后续喷砂；对无需喷砂区域，进行防护；
1.2喷砂压缩空气要求：清洁干燥空气压强在0.4MPa-0.6MPa之间，流量大于1m3/min；
1.3对需制备硬涂层的区域进行喷砂：采用20～30目白刚玉进行喷砂处理，粗糙度达到Ra 7-18μm；
对需制备软涂层的区域进行喷砂：采用7～10目金刚砂或棱角铁砂进行喷砂处理，使喷砂后工件表面清洁度达到Sa2.5级，粗糙度Ra在60～80μm；
1.4用清洁干燥的压缩空气对喷砂表面再一次清洁；
1.5喷砂后，对工件表面显现出来的孔洞和裂纹进行补焊，补焊完成后，进行打磨，使焊点区域表面与周围融为一体；重复步骤1.3、1.4，直至工件表面无孔洞和裂纹。
5.根据权利要求1所述的水利机械软硬涂层稳定搭接工艺方法，其特征在于，制备硬涂层时，工艺过程包括：
2.1用喷枪火焰对工件表面进行烘烤，烘烤时要整体加热，保证工件受热均匀，控制温度在70℃～120℃；
2.2清除工件内部油脂：在火焰烘烤下，有些零件内部油脂会上浮到工件表面，再次用无水乙醇清除表面油污；
2.3重复步骤2.1和2.2，直至工件内部没有油脂逸出至表面；
2.4进行涂层喷涂，所述的倒角的表面同样需喷涂硬涂层，且硬涂层厚度控制在0.2～0.5mm，硬涂层与软涂层交界处，需控制硬涂层厚度，做到硬涂层到基体的自然过渡；
2.5对软硬涂层搭接处不做封孔处理，其余硬涂层区域进行封孔处理。
6.根据权利要求5所述的水利机械软硬涂层稳定搭接工艺方法，其特征在于，所述的步骤2.4中，在硬涂层与软涂层交界处，采用将焰流中心往硬涂层方向回撤的方式控制硬涂层厚度，防止硬涂层堆积过厚。
7.根据权利要求5所述的水利机械软硬涂层稳定搭接工艺方法，其特征在于，所述的制备软涂层时，工艺过程包括：
3.1用布基胶带或薄膜保护好非搭接处硬涂层以及基体非喷涂区域，对搭接区域硬涂层表面进行补砂，对待制备软涂层区域再次进行喷砂，去除表面新生成的氧化物，并且用压缩空气清洁待喷涂区域，保证制备软涂层基体表面清洁度达到Sa2.5级；用毛刷及清洗剂清洗去除工件表面的油脂和灰尘；
3.2用喷枪火焰对工件表面进行烘烤，烘烤时要整体加热，保证工件受热均匀，控制温度在70℃～120℃；在火焰烘烤下，有些零件内部油脂会上浮到工件表面，再次用毛刷及清洗剂清除表面油污；
3.3重复步骤3.2，直至工件内部没有油脂逸出至表面；
3.4待表面清洗剂干燥之后，刷涂基层高黏结底漆，厚度控制在0.1～0.3mm之间；所述下凹处侧面也要涂覆；
3.5等待6小时至不超过10天内，在基层高黏结底漆表面涂刷过渡层底漆；所述下凹处侧面同样也要涂覆；
3.6等待15分钟至1小时内，涂刷第二遍过渡层底漆，使得过渡层底漆总厚度控制在0.1～0.5mm之间；
3.7等待15分钟至1小时内，喷涂软涂层，在硬涂层与软涂层交界处，需控制软涂层厚度，做到软涂层到硬涂层的自然过渡；
3.8喷涂完之后检查表面是否有缺陷，如有滴挂现象，用壁纸刀修理，并常温时固化。
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