CN1814852A - 一种耐冲蚀磨损复合涂层的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于材料加工工程中的表面工程领域，主要应用于电站锅炉管道的防护。常用的电弧喷涂耐磨涂层由于涂层与基体之间的结合方式为机械结合，在大的冲击载荷下易开裂剥落，且涂层厚度限制在1mm之内。本发明的方法：用自保护金属芯点堆焊焊丝在清洗除污后的金属基体上点堆焊一层硬质合金点阵；焊接电流180～220A，焊接电压18～22V，焊点间距为2～5mm，焊点直径为4～5mm，焊点高度为2～3mm；将点堆焊后金属基体喷砂粗化，完全除去氧化皮、锈、污垢和旧涂层等覆着物，露出金属光泽；在喷砂粗化后的金属基体上用电弧喷涂方法喷涂一层耐冲蚀磨损涂层。本发明的复合涂层具有良好的耐冲蚀磨损性能，在循环流化床锅炉管道冲蚀磨损最严重区域进行防护取得了良好的效果。
Description
技术领域：
属于材料加工工程中的涂层制备领域，该发明主要应用于电站锅炉管道的防护。
发明背景：
随着我国经济的高速增长，电力需求越来越大。在电源结构中，我国火力设备占总装机容量的3/4以上，火力比重过大的状况将持续一个相当长的时期。因此，加快发展高效率、低污染型火电机组，加快发展清洁煤燃烧技术，是我国火电技术的发展方向。循环流化床(CFB)锅炉既解决了能源的高效、合理利用，又大大减少了污染物的排放。作为环保型锅炉，可燃用烟煤、贫煤、褐煤、无烟煤、煤矸石等各种燃料，燃料适应性好，其烟气中污染物的排放达到了欧洲国家的标准。
在循环流化床锅炉中，锅炉管道处于高温、硫化、飞灰、熔渣等恶劣环境中，所产生的烟气中含有大量的硬质飞灰颗粒，当这些灰粒子随着烟气一道冲刷对流受热面管束时，使管壁表面受到严重磨损，导致局部受热面发生严重破坏，甚至引起爆管泄漏，造成停炉事故，给国民经济造成极大的直接和间接损失。循环流化床锅炉管道磨损最严重的区域处在卫燃带与水冷壁交界处，一般的耐磨涂层并不能保证锅炉在一个大修期内的安全运行，因此研制一种耐冲蚀磨损的涂层具有十分重要的意义。
常用的电弧喷涂耐冲蚀磨损防护涂层由于涂层与基体之间的结合方式为机械结合和极少的冶金结合，所以在承受大得冲击载荷下很容易开裂剥落，而且涂层厚度也限制在1mm之内，太厚则很容易因涂层内残余应力的积聚而发生剥落现象，而低的结合强度和薄的涂层又不足以对处于高冲蚀环境中的电站锅炉管道进行有效持久的保护。在基体上堆焊硬质合金虽然具有良好的耐磨性，但是由于电厂锅炉管道不允许在其成型后对其局部进行加热，所以堆焊工艺并不适于电厂锅炉管道的防护，而用自保护金属芯点堆焊焊丝在电厂锅炉管道上进行点堆焊，由于其热输入量小，堆焊后产生的应力小，对基体的组织无影响，因而可以配合电弧喷涂方法制备出结合强度高而又耐磨性好的涂层。
发明内容：
本发明的目的在于提供一种耐冲蚀磨损复合涂层的制备方法，在制备涂层的基体上首先用自保护金属芯点堆焊焊丝(申请号：200610057993.1，申请日：2006年3月3日，申请人：北京工业大学，发明名称：自保护金属芯点堆焊焊丝)点堆焊一层硬质合金点阵，点堆焊过程中热输入量小，对锅炉管道原始组织产生应力小，不影响基体的原始组织，点堆焊后的焊点硬度高(平均HRC51)、耐磨性好(采用湿式橡胶轮磨粒磨损机在同等条件下其耐磨性是Q235钢的15倍以上)。然后在此焊点点阵上用电弧喷涂的方法喷涂一层耐冲蚀磨损涂层。使用本发明在冲蚀磨损的环境中服役的工件、部件、器件、原材料上制备一层耐冲蚀磨损的复合涂层，使其具有良好的耐冲蚀磨损性能，大大提高它们的使用寿命。
本发明提供了一种耐冲蚀磨损复合涂层的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)用自保护金属芯点堆焊焊丝在清洗除污后的金属基体上点堆焊一层硬质合金点阵；焊接电流180～220A，焊接电压18～22V，焊点间距为2～5mm，焊点直径为4～5mm，焊点高度为2～3mm；
2)将点堆焊后金属基体喷砂粗化，完全除去氧化皮、锈、污垢、和旧涂层等覆着物，露出金属光泽；
3)在喷砂粗化后的金属基体上用电弧喷涂方法喷涂一层耐冲蚀磨损涂层，喷涂电流150～180A、喷涂电压30～32V、喷涂气压0.55MP、喷涂距离150mm，涂层厚度5～10mm。
本发明所研制的耐冲蚀磨损复合涂层采用点堆焊和电弧喷涂两种工艺，涂层中直径约5mm的堆焊点将涂层分割成许多小块，这样就避免了涂层在受到大得冲击载荷时发生整体剥落得现象，而且突起的堆焊点还起到了一个耐冲蚀磨损骨架的作用，当固体粒子冲蚀涂层时突起的堆焊点阻挡了大部分的固体粒子，这样就保护了堆焊点下面的涂层，延长了涂层的使用寿命，同时也为锅炉管道的安全运行提供了保障。
按上述方法制备的耐冲蚀磨损复合涂层具有良好的耐冲蚀磨损性能，在循环流化床锅炉管道冲蚀磨损最严重区域采用本发明制备的涂层进行防护取得了良好的效果。
附图说明
图1：复合涂层截面图。图中1为电弧喷涂涂层，2为点堆焊焊点，3为基体。
图2：复合涂层俯视图。
具体实施方式：
所有实施例焊丝都是由昆明重机厂制造的“FCWM50被动拉拔式药芯焊丝机”制出：
实施例一：
首先将金属基体清洗，除去表面的铁锈，污垢等物，然后用自行研制的自保护金属芯点堆焊焊丝在清洗除污后的金属基体上采用现有技术点堆焊一层硬质合金点阵。焊接电流180～220A，焊接电压18～22V，焊点间距为2mm，焊点直径为4mm，焊点高度为2mm。焊点的洛氏硬度为HRC51。将点堆焊后金属基体喷砂粗化，在喷砂粗化后的金属基体上采用现有技术电弧喷涂一层耐冲蚀磨损涂层，喷涂电流150～180A、喷涂电压30～32V、喷涂气压0.55MP、喷涂距离150mm。喷涂层厚度为5mm，喷涂层表面洛氏硬度约60(HR45N)。复合涂层中点堆焊焊点和喷涂涂层的硬度、复合涂层在不同冲蚀角度下的相对耐冲蚀磨损性见表1。
实施例二：
首先将金属基体清洗，除去表面的铁锈，污垢等物，然后用自行研制的自保护金属芯点堆焊焊丝在清洗除污后的金属基体上采用现有技术点堆焊一层硬质合金点阵。焊接电流180～220A，焊接电压18～22V，焊点间距为3mm，焊点直径为4mm，焊点高度为3mm。焊点的洛氏硬度为HRC50。将点堆焊后金属基体喷砂粗化，在喷砂粗化后的金属基体上采用现有技术电弧喷涂一层耐冲蚀磨损涂层，喷涂电流150～180A、喷涂电压30～32V、喷涂气压0.55MP、喷涂距离150mm。喷涂层厚度为8mm，喷涂层表面洛氏硬度约62(HR45N)。复合涂层中点堆焊焊点和喷涂涂层的硬度、复合涂层在不同冲蚀角度下的相对耐冲蚀磨损性见表1。
实施例三：
首先将金属基体清洗，除去表面的铁锈，污垢等物，然后用自行研制的自保护金属芯点堆焊焊丝在清洗除污后的金属基体上采用现有技术点堆焊一层硬质合金点阵。焊接电流180～220A，焊接电压18～22V，焊点间距为4mm，焊点直径为5mm，焊点高度为2mm。焊点的洛氏硬度为HRC52。将点堆焊后金属基体喷砂粗化，在喷砂粗化后的金属基体上采用现有技术电弧喷涂一层耐冲蚀磨损涂层，喷涂电流150～180A、喷涂电压30～32V、喷涂气压0.55MP、喷涂距离150mm。喷涂层厚度为10mm，喷涂层表面洛氏硬度约61(HR45N)。复合涂层中点堆焊焊点和喷涂涂层的硬度、复合涂层在不同冲蚀角度下的相对耐冲蚀磨损性见表1。
实施例四：
首先将金属基体清洗，除去表面的铁锈，污垢等物，然后用自行研制的自保护金属芯点堆焊焊丝在清洗除污后的金属基体上采用现有技术点堆焊一层硬质合金点阵。焊接电流180～220A，焊接电压18～22V，焊点间距为5mm，焊点直径为5mm，焊点高度为3mm。焊点的洛氏硬度为HRC51。将点堆焊后金属基体喷砂粗化，在喷砂粗化后的金属基体上采用现有技术电弧喷涂一层耐冲蚀磨损涂层，喷涂电流150～180A、喷涂电压30～32V、喷涂气压0.55MP、喷涂距离150mm。喷涂层厚度为10mm，喷涂层表面洛氏硬度约61(HR45N)。复合涂层中点堆焊焊点和喷涂涂层的硬度、复合涂层在不同冲蚀角度下的相对耐冲蚀磨损性见表1。
所有实施例中所打硬度均采用TH320全洛氏硬度计，金刚石压头，表面洛氏硬度载荷为HR45N，保荷时间5s，恢复时间为3s。对喷涂层取十点打硬度，最后得到该涂层的平均显微硬度值。洛氏硬度载荷为150kg，保荷时间5s，恢复时间为3s。对堆焊层取十点打硬度，最后得到该堆焊层的平均洛氏硬度值。
冲蚀实验采用试制的常温冲蚀实验机进行，每个实施例的试样尺寸为57×57×6mm，实验采用压缩空气作加速气体。喷嘴直径为10mm，喷嘴口到试样表面中心的距离为100mm。压缩空气压力为0.6MP，流量为800～850g/min，冲蚀时间为6min。16目的棕刚玉砂为冲蚀磨料，冲蚀角度可在30°到90°间变化，涂层的冲蚀磨损性能用冲蚀率来表示。冲蚀率是指经单位磨料冲蚀后试样所损失的质量，实验时用Q235钢作为对比，对比件失重量与测量件失重量之比作为该复合涂层的相对耐磨性。相对耐冲蚀磨损性
由表1可以看出本发明的复合涂层具有良好的耐冲蚀磨损性能，在30°攻角时耐冲蚀性能最好，90°时耐冲蚀性能最差，即使在90°时其耐冲蚀磨损性也是Q235钢的6倍以上，因此可以达到电厂锅炉管道防护的要求，同时可以发现实施例4的相对耐冲蚀性最高，由此可知堆焊点的焊点间距为5mm时涂层的耐冲蚀性能最好。
表1各实施例堆焊点和喷涂层的硬度与相对耐冲蚀磨损性
| 实施例 | 堆焊点硬度(HRC) | 喷涂层硬度(HR45N) | 30°时相对耐冲蚀磨损性(ε) | 60°时相对耐冲蚀磨损性(ε) | 90°时相对耐冲蚀磨损性(ε) |
| 1 | 51 | 60 | 10.3 | 9.6 | 6.3 |
| 2 | 50 | 62 | 11.2 | 10.1 | 7.5 |
| 3 | 52 | 61 | 11.5 | 9.8 | 7.3 |
| 4 | 51 | 61 | 12.0 | 10.2 | 8.5 |
Claims (1)
1、一种耐冲蚀磨损复合涂层的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)用自保护金属芯点堆焊焊丝在清洗除污后的金属基体上点堆焊一层硬质合金点阵；焊接电流180～220A，焊接电压18～22V，焊点间距为2～5mm，焊点直径为4～5mm，焊点高度为2～3mm；
2)将点堆焊后金属基体喷砂粗化，完全除去氧化皮、锈、污垢、和旧涂层等覆着物，露出金属光泽；
3)在喷砂粗化后的金属基体上用电弧喷涂方法喷涂一层耐冲蚀磨损涂层，喷涂电流150～180A、喷涂电压30～32V、喷涂气压0.55MP、喷涂距离150mm，涂层厚度5～10mm。
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