專利名稱：一種水泵葉輪表面超音速火焰噴涂納米超硬復合涂層的制備方法
一種水泵葉輪表面超音速火焰噴涂納米超硬復合涂層的制備方法技術領域
本發明屬于金屬表面噴涂技術領域，涉及水力機械抗磨蝕表面的強化處理，特別是一種水泵葉輪表面超音速火焰噴涂納米超硬涂層的制備方法。
背景技術：
我國已建成各類固定機電抽水泵站46. 9萬處，裝機容量3784萬千瓦。由于水流在高速旋轉的泵內對泵的過流部件表面造成沖刷和磨蝕，尤其是含沙量比較大的黃河水對水泵過流部件的沖蝕更是嚴重。磨損破壞主要在水泵的葉輪、水泵內腔、導葉體等過流部件的表面，磨損破壞使泵的性能、功率下降，嚴重時甚至斷流，影響了泵站的安全經濟運行，造成巨大經濟損失。水泵的氣蝕、磨蝕及其聯合作用的破壞一直是水泵運行、維護及管理工作中的一個重要問題，傳統的表面保護技術已遠遠不能解決這個問題，尋求提高水泵的抗氣蝕、 磨蝕性能的重任已迫在眉睫。發明內容
本發明的目的就在于提供一種水泵葉輪表面納米超硬涂層的制備方法，使用超音速火焰噴涂技術對水泵葉輪表面進行熱噴涂，從而提高水泵葉輪的表面硬度、耐磨性和耐蝕性，達到延長水泵葉輪的使用壽命的目的。
本發明采用以下技術方案一種水泵葉輪表面超音速火焰噴涂納米超硬涂層的制備方法，采用如下步驟第一步，表面處理清洗機件需要噴涂表面的油脂污物；用汽油、丙酮等清除需噴涂表面的油脂污物，在必要的情況下，應該進行噴砂處理，這樣才能將新基材充分露出；第二步，預熱對機件進行預熱，且控制基材溫度不超過100°c;最大限度減少因工件熱膨脹造成的涂層應力，避免涂層裂開，以提高涂層與基體的結合強度；第三步，表面磨光在預熱后，將機件的表面進行打磨處理，去除高溫氧化層；確保噴層粉末和基體之間的結合強度較好，讓兩者互相融合，一定要在預熱之后，將機件的表面展開打磨處理，去除高溫氧化層；第四步，噴涂采用超音速火焰噴涂工藝在水泵葉輪表面制備納米WC-8CO超硬復合涂層；第五步，冷卻處理噴涂后的機件采用空冷自然冷卻方式，避免涂層變形。
作為優選，所述第四步中，納米WC-8CO粉末粒度為廣45 μ m，超音速火焰噴涂設備燃料為煤油和氧氣，煤油流量為15 40L/h，氧氣流量為3(T80m3/h，噴涂距離200 400臟， 送粉速度為3(Tl20g/min。涂層與基體的結合強度可達100MP，涂層表面光華，組織致密均勻，涂層厚度可達O. 5-lmm，涂層硬度可達HRC65。
作為優選，所述涂層厚度為O. 5-lmm。
作為優選，所述第一步中，對工件需噴涂的表面進行噴砂處理。
作為優選，所述涂層的硬度為HRC60-65。
作為優選，所述第四步中，超音速火焰噴涂設備的煤油流量為19L/h，氧氣流量為 41 m3/h,噴涂距離370mm,送粉速度80 g/min,涂層厚度為O. 4mm。
作為優選，所述第四步中，超音速火焰噴涂設備的煤油流量為20L/h，氧氣流量為 54m3/h,噴涂距離380mm,送粉速度100 g/min,涂層厚度為O. 6_。
本發明的有益效果為超音速火焰噴涂(HVOF)技術是以高速、高壓將氧氣與燃料噴入燃燒室，燃燒后產生高溫高速膨脹氣流，噴涂粉末送入氣流中被加熱、加速到超音速，噴射到基體上，得到高硬度、 高致密度及高結合強度的涂層。本發明采用超音速火焰噴涂技術對水泵葉輪表面制備納米超硬涂層，采用WC/Co系超硬復合涂層材料為噴粉，其適用于各種磨粒、沖蝕和滑動磨損的防護。
噴涂過程中噴涂距離和噴槍橫向運動速度對涂層的力學性能的影響不容忽視，同時考慮涂層材料時，也應考慮涂層的厚度，涂層越厚，涂層內應力就越大，涂層產生開裂與脫落的傾向就越大。本發明與其他涂層制備技術相比，涂層厚度容易控制。
本發明的水泵葉輪表面的修復方法采用超音速火焰噴涂，工藝靈活，成本低，功效高。涂層與基體的結合強度可達100MP，同時超音速火焰噴涂因其較高的噴射速度及較低的火焰溫度保證了粉末在噴涂中更少的氧化和失碳，從而使涂層有更高的硬度和更好的耐磨損性。
本發明涂層的結合強度和顯微硬度高，組織結構致密，具有優異的抗磨蝕性能，可有效增強水泵的抗氣蝕和抗泥沙磨損的能力，并顯著提高水泵的使用壽命；工藝靈活，成本低，功效高，既可用于新產品預保護，也可用于失效工件的再生修復，經濟效益好。本發明的超音速火焰噴涂涂層具有優異的抗磨蝕性。碳化鎢合金粉末(WC-Co)系硬質合金熱噴涂層，有優越的耐磨性，涂層表面光華，組織致密均勻，涂層厚度可達O. 5-lmm,涂層硬度可達 HRC65，涂層與金屬表面的結合強度可達lOOMPa，表面抗磨能力得到顯著提高。
具體實施例方式以下用實施例對本發明作進一步的詳細說明水泵葉輪基體材料為不銹鋼lCrl8Ni9Ti，選用WC_8Co為噴粉，利用超音速火焰噴涂技術在基體上噴涂納米WC-8Co超硬復合涂層。
實施例I :本發明的工藝步驟如下首先對水泵葉輪表面進行表面處理用汽油、丙酮等清除需噴涂表面的油脂污物，在必要的情況下，應該進行噴砂處理，盡量將新基材充分露出。然后對工件進行預熱，控制基材溫度不超過100°c。預熱之后，將機件的表面展開打磨處理，去除高溫氧化層。采用超音速火焰噴涂(HVOF)工藝在水泵葉輪表面制備納米WC-8CO超硬復合涂層，WC-8CO粉末粒度為 10 μ m，超音速火焰噴涂設備燃料為煤油和氧氣，煤油流量為19L/h，氧氣流量為41 m3/h， 噴涂距離370mm,送粉率80 g/min,設計涂層厚度為O. 5mm。最后采用空冷自然冷卻方式,避免涂層變形。涂層抗空蝕能力與0Crl3Ni5Mo相當。
實施例2:首先對水泵葉輪表面進行表面處理用汽油、丙酮等清除需噴涂表面的油脂污物，在必要的情況下，應該進行噴砂處理，盡量將新基材充分露出。然后對機件進行預熱，控制基材溫度不超過100°C。預熱之后，將機件的表面展開打磨處理，去除高溫氧化層。采用超音速火焰噴涂(HVOF)工藝在水泵葉輪表面制備WC-8Co超硬復合涂層，WC-8Co粉末粒度為30 μ m。 超音速火焰噴涂設備燃料為煤油和氧氣，煤油流量為20L/h，氧氣流量為54 m3/h，噴涂距離380mm,送粉率100 g/min。最后采用空冷自然冷卻方式,避免涂層變形。噴涂后涂層厚度為O. 6mm，涂層力學性能優異，硬度可達HRC60。
實施例3:首先對水泵葉輪表面進行表面處理用汽油、丙酮等清除需噴涂表面的油脂污物，在必要的情況下，應該進行噴砂處理，盡量將新基材充分露出。然后對機件進行預熱，控制基材溫度不超過100°c。預熱之后，將機件的表面展開打磨處理，去除高溫氧化層。采用超音速火焰噴涂(HVOF)工藝在水泵葉輪表面制備WC-8CO超硬復合涂層，WC-8CO粉末粒度為40 μ m。 超音速火焰噴涂設備燃料為煤油和氧氣，煤油流量為15L/h，氧氣流量為30 m3/h，噴涂距離200mm，送粉率30 g/min。最后采用空冷自然冷卻方式，避免涂層變形。噴涂后涂層厚度為8mm,涂層力學性能優異,硬度可達HRC63。
實施例4:首先對水泵葉輪表面進行表面處理用汽油、丙酮等清除需噴涂表面的油脂污物，在必要的情況下，應該進行噴砂處理，盡量將新基材充分露出。然后對機件進行預熱，控制基材溫度不超過100°c。預熱之后，將機件的表面展開打磨處理，去除高溫氧化層。采用超音速火焰噴涂(HVOF)工藝在水泵葉輪表面基體上制備WC-8CO超硬復合涂層，WC-8CO粉末粒度為2μπι。超音速火焰噴涂設備燃料為煤油和氧氣，煤油流量為40L/h，氧氣流量為80 m3/ h，噴涂距離400mm，送粉率120 g/min。最后采用空冷自然冷卻方式，避免涂層變形。噴涂后涂層厚度為O. 9_，涂層力學性能優異，硬度可達HRC64. 5。
實施例5 首先對水泵葉輪表面進行表面處理用汽油、丙酮等清除需噴涂表面的油脂污物，在必要的情況下，應該進行噴砂處理，盡量將新基材充分露出。然后對機件進行預熱，控制基材溫度不超過100°c。預熱之后，將機件的表面展開打磨處理，去除高溫氧化層。采用超音速火焰噴涂(HVOF)工藝在水泵葉輪表面制備WC-8CO超硬復合涂層，WC-8CO粉末粒度為25 μ m。 超音速火焰噴涂設備燃料為煤油和氧氣，煤油流量為30L/h，氧氣流量為35 m3/h，噴涂距離230mm，送粉率100 g/min。最后采用空冷自然冷卻方式，避免涂層變形。噴涂后涂層表面光華，組織致密均勻，涂層厚度為1_，涂層力學性能優異，硬度可高達HRC65。
最后說明的是，以上實施例僅用以說明本發明的技術方案而非限制，本領域普通技術人員對本發明的技術方案所做的其他修改或者等同替換，只要不脫離本發明技術方案的精神和范圍，均應涵蓋在本發明的權利要求范圍當中。
權利要求
1.一種水泵葉輪表面超音速火焰噴涂納米超硬復合涂層的制備方法，其特征在于采用如下步驟 第一步，表面處理清洗機件需要噴涂表面的油脂污物； 第二步，預熱對機件進行預熱，且控制基材溫度不超過100°C ； 第三步，表面磨光在預熱后，將機件的表面進行打磨處理，去除高溫氧化層； 第四步，噴涂采用超音速火焰噴涂工藝在水泵葉輪表面制備納米WC-8C0金屬陶瓷涂層； 第五步，冷卻處理噴涂后的機件采用空冷自然冷卻方式，避免涂層變形。
2.根據權利要求I所述的一種水泵葉輪表面超音速火焰噴涂納米超硬復合涂層的制備方法，其特征在于所述第四步中，納米結構WC-SCo粉末粒度為1 45μπι，超音速火焰噴涂設備燃料為煤油和氧氣，煤油流量為15 40L/h，氧氣流量為3(T80m3/h，噴涂距離200 400臟，送粉速度為30 120g/min。
3.根據權利要求I或2所述的一種水泵葉輪表面超音速火焰噴涂納米超硬復合涂層的制備方法，其特征在于所述涂層厚度為O. 5-lmm。
4.根據權利要求3所述的一種水泵葉輪表面超音速火焰噴涂納米超硬復合涂層的制備方法，其特征在于所述第一步中，對工件需噴涂的表面進行噴砂處理。
5.根據權利要求4所述的一種水泵葉輪表面超音速火焰噴涂納米超硬復合涂層的制備方法，其特征在于所述涂層的硬度為HRC60-65。
6.根據權利要求5所述的一種水泵葉輪表面超音速火焰噴涂納米超硬復合涂層的制備方法，其特征在于所述第四步中，超音速火焰噴涂設備的煤油流量為19L/h，氧氣流量為41 m3/h,噴涂距離370mm,送粉速度80 g/min,涂層厚度為O. 4mm。
7.根據權利要求5所述的一種水泵葉輪表面超音速火焰噴涂納米超硬復合涂層的制備方法，其特征在于所述第四步中，超音速火焰噴涂設備的煤油流量為20L/h，氧氣流量為54m3/h,噴涂距離380mm,送粉速度100 g/min,涂層厚度為O. 6mm。
全文摘要
本發明公開了一種水泵葉輪表面超音速火焰噴涂納米超硬復合涂層的制備方法，采用如下步驟第一步，表面處理清洗機件需要噴涂表面的油脂污物；第二步，預熱對機件進行預熱，且控制基材溫度不超過100℃；第三步，表面磨光在預熱后，將機件的表面進行打磨處理，去除高溫氧化層；第四步，噴涂采用超音速火焰噴涂工藝在水泵葉輪表面基體上制備納米結構WC-8Co超硬復合涂層；第五步，冷卻處理噴涂后的機件采用空冷自然冷卻方式，避免涂層變形。本發明涂層的結合強度和顯微硬度高，組織結構致密，具有優異的抗磨蝕性能，可有效增強水泵的抗磨損的能力，并顯著提高水泵的使用壽命。
文檔編號C23C4/18GK102925848SQ201210437619
公開日2013年2月13日 申請日期2012年11月6日 優先權日2012年11月6日
發明者張瑞珠, 李靜瑞, 肖明, 嚴大考, 羅斌, 郭鵬 申請人:華北水利水電學院