CN115976448A - 一种延长锅炉引风机叶片磨损周期的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种延长锅炉引风机叶片磨损周期的方法，包括：堆焊基材，得到堆焊层。超音速火焰喷涂堆焊层，得到第一耐磨层。获取混合材料，在第一耐磨层上制备封闭涂层。固化封闭涂层。在封闭涂层上制备第二耐磨层。通过将堆焊、超音速火焰喷涂以及涂层封闭这三种工艺方法相互结合，形成一种复合型的制备涂层的工艺，在叶片表面先后形成第一耐磨层和第二耐磨层，对叶片的表面耐磨强化处理，以使叶片能够克服燃煤含硫气氛在潮湿气氛下的电解腐蚀，防止腐蚀性蒸汽气氛对叶片表面甚至内部基体的侵蚀，确保延长叶片的使用寿命，最终延长锅炉引风机的使用周期。
Description
技术领域
本发明涉及锅炉引风机叶片的表面处理技术领域，尤其涉及一种延长锅炉引风机叶片磨损周期的方法。
背景技术
依据能源结构的特点和影响，在相当长一段时间内，火力发电在电力行业中占有相当大的比例，其中风机、叶轮、锅炉和汽轮发电机组等是火力发电中的重要设备，由于工作环境不同，且工况较恶劣，锅炉引风机寿命较短，严重地影响生产的安全性和经济效益，具体分析如下：
在电力行业，锅炉引风机的叶片受到高速煤粉的强烈磨损和冲刷，表现叶片厚度变薄，由于冲刷导致叶片表面出现腐蚀斑，损坏特别严重。目前叶片常用的强化措施有喷焊、堆焊、镶嵌陶瓷片等几种方法。喷焊和堆焊的优点是强化层与基体的结合力强，喷焊、堆焊因热输入量大，容易造成叶片变形，破坏叶轮原有的平衡状态，也易造成喷焊、堆焊层材料的相变、脱碳，甚至产生裂纹等失效。镶嵌陶瓷片是采用超音速火焰喷涂碳化物陶瓷涂层，涂层制备时工件温度低于200℃，热输入量小，工作不变形，涂层宏观硬度存65HRC以上，耐冲蚀性能大大提高，但是因粘合剂的结合力低和老化原因容易出现脱落，使叶片的使用效果受影响，导致使用寿命短。
所以，现有的补救措施会导致叶片变形失去平衡，叶片表面材料出现裂纹或者因为粘接不牢固造成老化甚至脱落，处理效果不明显，叶片使用时间还是很短。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种延长锅炉引风机叶片磨损周期的方法，通过将堆焊、超音速火焰喷涂以及涂层封闭复合在一起，延长叶片的使用周期。
为了达到上述目的，本发明是通过以下技术方案实现的：
一种延长锅炉引风机叶片磨损周期的方法，包括：
堆焊基材，得到堆焊层。
超音速火焰喷涂堆焊层，得到第一耐磨层。
获取混合材料，在第一耐磨层上制备封闭涂层。
固化封闭涂层。
在封闭涂层上制备第二耐磨层。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
通过将堆焊、超音速火焰喷涂以及涂层封闭这三种工艺方法相互结合，形成一种复合型的制备涂层的工艺，在叶片表面先后形成第一耐磨层和第二耐磨层，对叶片的表面耐磨强化处理，以使叶片能够克服燃煤含硫气氛在潮湿气氛下的电解腐蚀，防止腐蚀性蒸汽气氛对叶片表面甚至内部基体的侵蚀，确保延长叶片的使用寿命，最终延长锅炉引风机的使用周期。
进一步优选为，堆焊基材，得到堆焊层包括：
将自熔性粉末喷涂在基材上，以使自熔性粉末湿润基材表面，进而形成冶金结合体。
获取叶片的迎风受力面区域作为目标区域。
堆焊目标区域，得到堆焊层。
采用上述技术方案，以此在叶片的表面形成致密的保护层，防止腐蚀性蒸汽直接与基材发生酸性腐蚀。同时，通过自熔性粉末与基材的结合形成冶金结合体，提高基材的硬度和耐磨性，使其与基材结合强度高、涂层致密，焊接时确保零件型面热变形最小。
进一步优选为，超音速火焰喷涂堆焊层，得到第一耐磨层，包括：
在燃烧室内点燃丙烷碳氢系燃气与高压氧气，产生燃烧火焰流。
将喷涂粉末轴向送进燃烧火焰流，以加热喷涂粉末至熔化或半熔化状态。
加速燃烧火焰流的流速至预设速度范围。
熔融喷涂粉末与堆焊层，得到第一耐磨层。
采用上述技术方案，从而获得结合强度高、致密的高质量涂层。超音速火焰由于温度低，约3000℃，速度高，对于硬质合金，可以有效地抑制基材在喷涂过程中的分解，以使第一耐磨层不仅结合强度高，且致密，耐磨损性能优越。
进一步优选为，预设温度范围为300-500m/s。
采用上述技术方案，该范围内的燃烧火焰流中喷涂粉末的粒子速度为300-650m/s，喷涂粉末在燃烧火焰中能够受热均匀，喷涂粉末沿轴向或径向注入燃烧室，在火焰中停留时间相对较长，熔融充分，产生集中的喷射束流。喷涂粉末与周围大气接触时间短，粉末粒子飞行速度高，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。可避免分解和脱碳。
进一步优化为，燃烧火焰流的流速还可以为1800m/s。
采用上述技术方案，此时喷涂粉末的粒子速度为300-650m/s，熔融充分，形成涂层时变形充分，使得第一耐磨层表面的具有粗糙度小而且致密以及结合强度高的特点。
进一步优化为，获取混合材料，在第一耐磨层上制备封闭涂层，包括：
获取高分子材料、耐磨超微粉体以及无极聚合物分散液。
将高分子材料、耐磨超微粉体以及无极聚合物分散液按照预设质量比例混合，得到混合材料。
将混合材料喷涂在第一耐磨层上，以使混合材料完全包覆第一耐磨层，得到封闭涂层。
采用上述技术方案，当引风机在间歇停止期内部返潮时，通过封闭涂层阻止燃煤含硫气体在潮湿气氛下的电解腐蚀叶片，避免叶片被酸腐蚀而影响使用寿命。
进一步优化为，预设质量比例为4:4：2；其中，高分子材料为4份，耐磨超微粉体为4份，无极聚合物分散液为2份。
采用上述技术方案，该比例混合而成的混合材料具有耐温可以达到150℃，硬度高，致密防水，耐酸碱腐蚀，耐磨性能是16Mn钢的10倍、65Mn钢的9倍、耐火浇注料的50倍，随着使用温度的提高耐磨防水性能变化很小，能够很稳定的保护叶片。
进一步优化为，固化封闭涂层，包括：
获取固化材料。
将固化材料喷涂在封闭涂层上。
采用上述技术方案，固化材料的颗粒紧密堆积，以使封闭涂层性能稳定，不会和酸性或碱性介质发生反应，结构完整，不受环境因素的影响，因而可有效抵御环境介质作用。
进一步优化为，获取固化材料包括：
获取离子化合物。
人工合成共价化合物。
将离子化合物与共价化合物进行化学结合，得到固化材料。
采用上述技术方案，通过离子化合物的离子键和共价化合物的共价键的结合，而结合过程由于采用复合强化措施和特殊处理，形成化学结合，所以强度和刚度很大，可有效抵御的高速冲击力和剪切应力。
进一步优化为，在封闭涂层上制备第二耐磨层，包括：
获取耐磨防水材料。
将耐磨防水材料喷涂在封闭涂层上，得到第二耐磨层。
给第二耐磨层降温。
采用上述技术方案，以使叶片结构完整，不受环境因素的影响，可有效抵御环境酸性或碱性介质的腐蚀作用，可有保护止汽蚀摩擦、滑动摩擦、硬度摩擦和撞击摩擦等耐磨环境中的各类物体表面。
附图说明
图1为本实施例的方法流程框图。
图2为本实施例中堆焊基材得到堆焊层的方法流程框图。
图3为本实施例中超音速火焰喷涂堆焊层得到第一耐磨层的方法流程框图。
图4为本实施例中获取混合材料在第一耐磨层上制备封闭涂层的方法流程框图。
图5为本实施例中固化封闭涂层的方法流程框图。
图6为本实施例中获取固化材料的方法流程框图。
图7为本实施例中在封闭涂层上制备第二耐磨层的方法流程框图。
图8为本实施例中引风机的结构示意图。
图9为本实施例中叶片的表面涂层结构示意图。
附图标记：1-引风机；2-叶片；21-基材；3-堆焊层；4-第一耐磨层；5-封闭涂层；6-第二耐磨层。
具体实施方式
目前叶片常用的强化措施有喷焊、堆焊、镶嵌陶瓷片等几种方法。喷焊和堆焊的优点是强化层与基体的结合力强，喷焊、堆焊因热输入量大，容易造成叶片变形，破坏叶轮原有的平衡状态，也易造成喷焊、堆焊层材料的相变、脱碳，甚至产生裂纹等失效。镶嵌陶瓷片是采用HVO/AF超音速火焰喷涂碳化物陶瓷涂层，涂层制备时工件温度低于200℃，热输入量小，工作不变形，涂层宏观硬度存65HRC以上，耐冲蚀性能大大提高，但是因粘合剂的结合力低和老化原因容易出现脱落，使叶片的使用效果受影响，导致使用寿命短。。
所以，现有的补救措施会导致叶片变形失去平衡，叶片表面材料出现裂纹或者因为粘接不牢固造成老化甚至脱落，处理效果不明显，叶片使用时间还是很短。
针对上述技术问题，本发明进行了一下设计与构想：
想将研究出一种复合的处理工艺，该工艺能够兼具堆焊、超音速火焰喷涂的优点，还能在最后的处理过程中对基材进行最后的封闭处理。
基于上述及设计与构想，本发明结合图1-图9对本技术方案进行以下详细介绍，具体描述如下：
一种延长锅炉引风机叶片磨损周期的方法，如图1所示，包括：
S101堆焊基材21，得到堆焊层3。
S102超音速火焰喷涂堆焊层3，得到第一耐磨层4。
S103获取混合材料，在第一耐磨层4上制备封闭涂层5。
S104固化封闭涂层5。
S105在封闭涂层5上制备第二耐磨层6。
通过将堆焊、超音速火焰喷涂以及涂层封闭这三种工艺方法相互结合，形成一种复合型的制备涂层的工艺，在叶片2表面先后形成第一耐磨层4和第二耐磨层6，对叶片2的表面耐磨强化处理，以使叶片2能够克服燃煤含硫气氛在潮湿气氛下的电解腐蚀，防止腐蚀性蒸汽气氛对叶片2表面甚至内部基体的侵蚀，确保延长叶片2的使用寿命，最终延长锅炉引风机1的使用周期。
具体的，如图2和图9所示，本实施例中的堆焊基材21，得到堆焊层3包括：
S201将自熔性粉末喷涂在基材21上，以使自熔性粉末湿润基材21表面，进而形成冶金结合体。具体是将自熔性合金粉末先喷涂在基材21上，在基材21不熔化的情况下，使熔性合金粉末湿润基材21表面并熔化到基材21上而形成冶金结合，形成冶金结合是由于液态合金于固态基材21表面之间的相互熔结和扩散而形成了一层新的表面合金。
S202获取叶片2的迎风受力面区域作为目标区域。目标区域是经过实际的设计和计算后确定的目标进行计算，具体计算过程是根据叶片2受到高速煤粉冲刷的作用而进行受力分析后确定需要进行堆焊的区域，通过控制相邻界面的比表面积，提高涂层的附着强度，降低涂层分界面应力。例如，叶片2的表面经过高速煤粉冲刷后，需要将自熔性粉末喷涂在叶片2的基材21的表面上，就需要根据比表面积计算公式计算出单位质量的自熔性粉末所具有的表面积，以此控制自熔性粉末的比表面积，进而确定在叶片2受冲刷的表面的自熔性粉末的质量和厚度，以此提高叶片2受力面上涂层的附着强度，进而达到降低应力的目的。
S203堆焊目标区域，得到堆焊层3。
以此在叶片2的表面形成致密的保护层，防止腐蚀性蒸汽直接与基材21发生酸性腐蚀。同时，通过自熔性粉末与基材21的结合形成冶金结合体，提高基材21的硬度和耐磨性，使其与基材21结合强度高、涂层致密，焊接时确保零件型面热变形最小。
具体的，本实施例中的超音速火焰喷涂堆焊层3，得到第一耐磨层4，如图3和图9所示，包括：
S301在燃烧室内点燃丙烷碳氢系燃气与高压氧气，产生燃烧火焰流。具体是利用丙烷碳氢系燃气与高压氧气在燃烧室内，燃烧产生的高温高速燃烧焰流，燃烧焰流速度可达5马赫(1500m/s)以上。
S302将喷涂粉末轴向送进燃烧火焰流，以加热喷涂粉末至熔化或半熔化状态。
S303加速燃烧火焰流的流速至预设速度范围。
S304熔融喷涂粉末与堆焊层3，得到第一耐磨层4。
从而获得结合强度高、致密的高质量涂层。超音速火焰由于温度低，约3000℃，速度高，对于硬质合金，可以有效地抑制基材21在喷涂过程中的分解，以使第一耐磨层4不仅结合强度高，且致密，耐磨损性能优越。超音速火焰由于温度低，约3000℃，速度高，对于硬质合金，可以有效地抑制硬质合金在喷涂过程中的分解，涂层不仅结合强度高，且致密，耐磨损性能优越，其耐磨性能大幅度超过等离子喷涂层，也超过了电镀铬层、喷焊层，应用极其广泛。
具体的，本实施例中的预设温度范围为300-500m/s。该范围内的燃烧火焰流中喷涂粉末的粒子速度为300-650m/s，喷涂粉末在燃烧火焰中能够受热均匀，喷涂粉末沿轴向或径向注入燃烧室，在火焰中停留时间相对较长，熔融充分，产生集中的喷射束流。喷涂粉末与周围大气接触时间短，粉末粒子飞行速度高，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。可避免分解和脱碳。
具体的，本实施例中的燃烧火焰流的流速还可以为1800m/s。此时喷涂粉末的粒子速度为300-650m/s，熔融充分，形成涂层时变形充分，使得第一耐磨层4表面的具有粗糙度小而且致密以及结合强度高的特点。
所以，超高的焰流速度和相对较低的温度，使其涂层性能和喷涂工艺具有许多特点：火焰及喷涂粒子速度高。火焰速度达到1800m/s以上，粒子速度：300-650m/s；粉粒受热均匀。喷涂粉粒沿轴向或径向注入燃烧室，使粉末在火焰中停留时间相对较长，熔融充分，产生集中的喷射束流。；粉粒与周围大气接触时间短，粉末粒子飞行速度高，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。这对碳化物材料尤为有利，可避免分解和脱碳；喷涂粉末细微，涂层光滑，同时喷涂粒子速度高，熔融充分，形成涂层时变形充分，使得涂层表面粗糙度小；涂层致密，结合强度高一般高速火焰喷涂涂层的孔隙率低，结合强度高。
经过实验数据表明：16Mn钢的磨粒磨损质量损失是碳化钨涂层的266倍，这表明超音速火焰喷涂堆焊层3制备的碳化钨涂层具有优异的抗磨粒磨损性能，具有优异的结合性和耐磨性。
超音速喷涂属于高速喷涂，由于设备的开发旨在提高熔粒射流速度，可达2～3倍音速，因此称超音速喷涂。与一般火焰喷涂相比，设备工艺必须提供足够高的气体压力，以产生高达5倍音速的焰流(1830m/s)，气体的消耗量也很大，所以需要庞大的供气系统，就氧气而言，通常是一般火焰喷涂的10倍。超音速火焰喷涂设备产生的焰流速度高达2400m/s。该工艺由于具有较高的冲击能量，所以涂层气孔率低，涂层表面较光滑，粉末颗粒有高的喷涂速度。
由于考虑到引风机1有停机使用周期，无法避免设备间歇停止期，引风机1内部返潮的问题，为克服燃煤含硫气氛在潮湿气氛下的电解腐蚀现象，为防止叶片2表面有SO2腐蚀性蒸汽气氛对基体的侵蚀，涂层孔隙的存在会引入腐蚀介质及气氛，使涂层与基体发生化学或电化学侵蚀，导致涂层失效，在这种情况下，必须对涂层进行封孔。
具体的，如图4和图9所示，本实施例中的获取混合材料，在第一耐磨层4上制备封闭涂层5，包括：
S601获取高分子材料、耐磨超微粉体以及无极聚合物分散液。
S602将高分子材料、耐磨超微粉体以及无极聚合物分散液按照预设质量比例混合，得到混合材料。
S603将混合材料喷涂在第一耐磨层4上，以使混合材料完全包覆第一耐磨层4，得到封闭涂层5，其耐温可以达到150℃，硬度高，致密防水，耐酸碱腐蚀，耐磨性能是16Mn钢的10倍、65Mn钢的9倍、耐火浇注料的50倍，随着使用温度的提高耐磨防水涂料的耐磨性能变化很小。
当引风机1在间歇停止期内部返潮时，通过封闭涂层5阻止燃煤含硫气体在潮湿气氛下的电解腐蚀叶片2，避免叶片2被酸腐蚀而影响使用寿命。
具体的，本实施例中配制的预设质量比例为主剂：固化剂＝2：1，其中主剂为2份，固化剂为1份。
高分子材料、耐磨超微粉体以及无极聚合物分散液比例为4:4：2。其中，高分子材料为4份，耐磨超微粉体为4份，无极聚合物分散液为2份。
该比例混合而成的混合材料具有耐温可以达到150℃，硬度高，致密防水，耐酸碱腐蚀，耐磨性能是16Mn钢的10倍、65Mn钢的9倍、耐火浇注料的50倍，随着使用温度的提高耐磨防水性能变化很小，能够很稳定的保护叶片2。
具体的，本实施例中的，如图5和图9所示，固化封闭涂层5包括：
S801获取固化材料。
S802将固化材料喷涂在封闭涂层5上。
采用上述技术方案，固化材料的颗粒紧密堆积，没有较大的宏观缺陷，体积密度大，其常温下强度可达210Mpa以上，以使封闭涂层5性能稳定，不会和酸性或碱性介质发生反应，结构完整，不受环境因素的影响，因而可有效抵御环境介质作用。
具体的，如图6和图9所示，本实施例中的获取固化材料包括：
S901获取离子化合物。
S902人工合成共价化合物，具体是将离子化合物成份中无机物与有机有机物嫁接改性而成的树脂重新螯合作为成膜物质，然后加入刚玉、陶瓷微粉、钼粉等做为填料，以此形成共价化合物。
S903将离子化合物与共价化合物进行化学结合，得到固化材料。
通过离子化合物的离子键和共价化合物的共价键的结合，而结合过程由于采用复合强化措施和特殊处理，形成化学结合，所以强度和刚度很大，可有效抵御的高速冲击力和剪切应力。
具体的，本实施例中的在封闭涂层5上制备第二耐磨层6，如图7所示，包括：
S1001获取耐磨防水材料。
S1002将耐磨防水材料喷涂在封闭涂层5上，得到第二耐磨层6。
S1003给第二耐磨层6降温。
由于采用了耐磨防水材料，改材料具有耐酸和耐碱的性能，涂层性能稳定，不会和SO2等具有腐蚀性的介质发生反应，同时耐磨防水涂料的原料多为高温合成材料，晶体发育好，结构完整，不受环境因素的影响，因而可有效抵御环境介质作用。通过该方法可以使叶片2结构完整，不受环境因素的影响，可有效抵御环境酸性或碱性介质的腐蚀作用，可有保护止汽蚀摩擦、滑动摩擦、硬度摩擦和撞击摩擦等耐磨环境中的各类物体表面。
综上所述，通过将堆焊、超音速火焰喷涂以及涂层封闭这三种工艺方法相互结合，形成一种复合型的制备涂层的工艺，在叶片2表面先后形成第一耐磨层4和第二耐磨层6，对叶片2的表面耐磨强化处理，以使叶片2能够克服燃煤含硫气氛在潮湿气氛下的电解腐蚀，防止SO2腐蚀性蒸汽气氛对叶片2表面甚至内部基材21的侵蚀，直接避免叶片2变形失去平衡的问题，不在出现叶片2表面材料出现裂纹或者因为粘接不牢固造成老化甚至脱落，延长了叶片2的使用寿命，最终延长锅炉引风机1的使用周期。运用同样的上述方法，对引风机1的表面也可以进行涂层处理，以延长引风机1整体的使用寿命。
本具体实施例仅仅是对发明的解释，其并不是对本发明的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本发明的保护范围内都受到专利法的保护。
Claims (10)
1.一种延长锅炉引风机叶片磨损周期的方法，其特征在于，包括：
堆焊基材(21)，得到堆焊层(3)；
超音速火焰喷涂所述堆焊层(3)，得到第一耐磨层(4)；
获取混合材料，在所述第一耐磨层(4)上制备封闭涂层(5)；
固化所述封闭涂层(5)；
在所述封闭涂层(5)上制备第二耐磨层(6)。
2.根据权利要求1所述的延长锅炉引风机叶片磨损周期的方法，其特征在于，所述堆焊基材(21)，得到堆焊层(3)包括：
将自熔性粉末喷涂在所述基材(21)上，以使所述自熔性粉末湿润所述基材(21)表面，进而形成冶金结合体；
获取叶片(2)的迎风受力面区域作为目标区域；
堆焊所述目标区域，得到堆焊层(3)。
3.根据权利要求1所述的延长锅炉引风机叶片磨损周期的方法，其特征在于，所述超音速火焰喷涂所述堆焊层(3)，得到第一耐磨层(4)，包括：
在燃烧室内点燃丙烷碳氢系燃气与高压氧气，产生燃烧火焰流；
将喷涂粉末轴向送进所述燃烧火焰流，以加热所述喷涂粉末至熔化或半熔化状态；
加速所述燃烧火焰流的流速至预设速度范围；
熔融所述喷涂粉末与所述堆焊层(3)，得到第一耐磨层(4)。
4.根据权利要求3所述的延长锅炉引风机叶片磨损周期的方法，其特征在于，所述预设温度范围为300-500m/s。
5.根据权利要求3所述的延长锅炉引风机叶片磨损周期的方法，其特征在于，所述燃烧火焰流的流速还可以为1800m/s。
6.根据权利要求1所述的延长锅炉引风机叶片磨损周期的方法，其特征在于，所述获取混合材料，在所述第一耐磨层(4)上制备封闭涂层(5)，包括：
获取高分子材料、耐磨超微粉体以及无极聚合物分散液；
将所述高分子材料、所述耐磨超微粉体以及所述无极聚合物分散液按照预设质量比例混合，得到混合材料；
将所述混合材料喷涂在所述第一耐磨层(4)上，以使所述混合材料完全包覆所述第一耐磨层(4)，得到所述封闭涂层(5)。
7.根据权利要求6所述的延长锅炉引风机叶片磨损周期的方法，其特征在于，所述预设质量比例为4:4：2；其中，所述高分子材料为4份，所述耐磨超微粉体为4份，所述无极聚合物分散液为2份。
8.根据权利要求1所述的延长锅炉引风机叶片磨损周期的方法，其特征在于，所述固化所述封闭涂层(5)，包括：
获取固化材料；
将所述固化材料喷涂在所述封闭涂层(5)上。
9.根据权利要求1所述的延长锅炉引风机叶片磨损周期的方法，其特征在于，所述获取固化材料包括：
获取离子化合物；
人工合成共价化合物；
将所述离子化合物与所述共价化合物进行化学结合，得到固化材料。
10.根据权利要求1所述的延长锅炉引风机叶片磨损周期的方法，其特征在于，所述在所述封闭涂层(5)上制备第二耐磨层(6)，包括：
获取耐磨防水材料；
将所述耐磨防水材料喷涂在所述封闭涂层(5)上，得到所述第二耐磨层(6)；
给所述第二耐磨层(6)降温。
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