專利名稱：一種水輪機(jī)過(guò)流部件亞微米耐磨蝕涂層的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于金屬表面處理技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種水輪機(jī)過(guò)流部件亞微米耐磨蝕涂層的制備方法。
背景技術(shù)：
水力發(fā)電是一種能夠有效的緩解能源危機(jī)的無(wú)污染、可持續(xù)能源。水輪機(jī)過(guò)流部件是將水能轉(zhuǎn)化為轉(zhuǎn)子的機(jī)械能的重要部件，它的質(zhì)量和壽命直接決定著發(fā)電效率和機(jī)組運(yùn)行的安全。我國(guó)河流含沙量大，其中黃河流域含沙量更為世界之最，而且沙情復(fù)雜，在不同的區(qū)域含沙的特點(diǎn)也不同。但是不同粒徑的沙粒在高速水流的攜帶下，直接撞擊到水輪機(jī)過(guò)流部件的表面，高頻率的不斷的沖擊，是金屬表面出現(xiàn)疲勞而失去原有的性能，產(chǎn)生缺陷；缺陷的產(chǎn)生使得金屬表面平整度受到影響，為氣蝕的產(chǎn)生提供了條件，這樣在泥沙的沖刷和氣蝕的綜合作用下，使水輪機(jī)過(guò)流部件表面性能降低，穩(wěn)定性下降，嚴(yán)重時(shí)甚至發(fā)生局部斷裂和剝落?，F(xiàn)階段水土流失嚴(yán)重，河流的含沙量日漸增大，很多水電站的水輪機(jī)在經(jīng)過(guò)一個(gè)汛期之后就不得不得停機(jī)進(jìn)行大修，那么采用合理的表面處理技術(shù)，提高水輪機(jī)過(guò)流部件的耐磨蝕性能，能有效的提高水輪機(jī)過(guò)流部件的周期，具有巨大的經(jīng)濟(jì)效益。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的就在于針對(duì)水力發(fā)電中水輪機(jī)過(guò)流部件的磨蝕狀況而提供一種水輪機(jī)過(guò)流部件亞微米耐磨蝕涂層的制備方法，采用超音速火焰噴涂方法在水輪機(jī)過(guò)流部件表面制備亞微米耐磨蝕涂層，對(duì)水輪機(jī)過(guò)流部件進(jìn)行修復(fù)和強(qiáng)化，以增加金屬表面的強(qiáng)度和耐磨蝕性能。本發(fā)明采用以下技術(shù)方案
一種水輪機(jī)過(guò)流部件亞微米耐磨蝕涂層的制備方法，采用如下步驟
步驟一，對(duì)要噴涂的水輪機(jī)過(guò)流部件表面進(jìn)行清洗，去除污垢和氧化皮；
步驟二，對(duì)過(guò)流部件表面進(jìn)行粗化處理；盡量使過(guò)流部件表面粗化；
步驟三，對(duì)過(guò)流部件表面進(jìn)行預(yù)熱，提高WC-Co顆粒與工件接觸時(shí)的溫度，預(yù)熱范圍應(yīng)超出待噴表面邊緣5(T100 mm，且控制基材溫度不超過(guò)120°C ；
步驟四，預(yù)熱后進(jìn)行打磨處理，除去表面高溫氧化膜；
步驟五，采用煤油-氧氣噴槍火焰噴涂亞微米WC-Co粉末，煤油流量為20 50 L/h，氧氣流量為50 90 m3/h，噴涂距離300 400 mm，送粉速度為50 130 g/min。涂層表面光華，光潔度可達(dá)▽ 6，涂層顯微硬度可達(dá)HVl 100，噴涂厚度為10(Γ250 μ m。作為優(yōu)選，所述亞微米WC-Co粉末的晶粒度為O. 5^1 μ m。作為優(yōu)選，所述涂層厚度為100 250 μ m。每次噴涂最大厚度不超過(guò)100 μπι，將整個(gè)區(qū)域噴涂完后，再進(jìn)行下一次噴涂以提高涂層的厚度。作為優(yōu)選，所述步驟五中，氧氣流量設(shè)定在56 m3/h，煤油流量為30 L/h，氮?dú)饬髁繛镺. 25 MPa，噴涂距離為350 mm，送粉的速度為70 g/min，涂層厚度為200 μπι。涂層表面光華，光潔度可達(dá)▽ 6，涂層顯微硬度可達(dá)HV1100。作為優(yōu)選，所述步驟五中，使用型號(hào)為JP-5000的超音速火焰噴涂設(shè)備，氧氣流量設(shè)定在65 m3/h，煤油流量為40 L/h，噴涂距離為400 mm，送粉速度為80 g/min，涂層厚度為250 μπι。涂層表面光華，光潔度可達(dá)▽ 6，涂層顯微硬度可達(dá)HV1100。本發(fā)明的有益效果為
采用亞微米WC-Co粉末進(jìn)行噴涂，該粉末屬于陶瓷硬質(zhì)合金粉末，具有較高的硬度和良好的韌性，在水利過(guò)流部件表面噴涂亞微米WC-Co粉末，能夠提高金屬表面的強(qiáng)度、硬度和耐磨蝕性能，涂層與基體結(jié)合強(qiáng)度較高，提高水輪機(jī)水利過(guò)流部件的使用壽命，可以很好的解決當(dāng)前水輪機(jī)葉片的磨蝕狀況。超音速火焰噴涂因其具有涂層耐磨蝕性能好、適用對(duì)象范圍廣、加工效率高等優(yōu)點(diǎn)，采用超音速噴涂技術(shù)對(duì)水輪機(jī)過(guò)流部件表面進(jìn)行修復(fù)和強(qiáng)化，相比于傳統(tǒng)的堆焊技術(shù) 具有極大的優(yōu)越性，可以降低維修成本，縮短維修周期，提高維修效率等，具有重要的應(yīng)用價(jià)值和巨大的經(jīng)濟(jì)社會(huì)效益。本發(fā)明采用超音速火焰噴涂得到的亞微米耐磨蝕涂層具有很高的硬度、良好的耐磨性能和抗氣蝕能力，可以有效的保護(hù)水輪機(jī)過(guò)流部件的材料，提高了過(guò)流部件的使用壽命，增加了發(fā)電效率，降低了維修成本。
具體實(shí)施例方式 以下用實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明
實(shí)施例I:
步驟一，首先對(duì)要噴涂的水輪機(jī)過(guò)流部件表面進(jìn)行清洗，去除污垢和氧化皮；
步驟二，進(jìn)行粗化處理，盡量使過(guò)流部件表面粗化；
步驟三，對(duì)工件表面進(jìn)行預(yù)熱，提高WC-Co顆粒與工件接觸時(shí)的溫度，預(yù)熱范圍應(yīng)超出待噴表面邊緣80 mm，且控制基材溫度不超過(guò)120 V ；
步驟四，預(yù)熱后進(jìn)行打磨處理，除去表面高溫氧化膜；
步驟五，使用型號(hào)為JP-5000的超音速火焰噴涂設(shè)備，選擇WC-12CO亞微米粉末，氧氣流量設(shè)定在56 m3/h，煤油流量為25 1711，氮?dú)饬髁繛?.25 MPa，噴涂距離為300 mm，送粉的速度為60 g/min。在經(jīng)過(guò)處理后的水輪機(jī)過(guò)流部件表面進(jìn)行噴涂，每次噴涂最大厚度不超過(guò)100 μ m，將整個(gè)區(qū)域噴涂完后，再進(jìn)行下一次噴涂以提高涂層的厚度，最后得到厚度約為200 ym的涂層，且涂層表面光華，光潔度可達(dá)▽ 6，涂層顯微硬度可達(dá)HV1100。這種涂層既保護(hù)了葉輪的金屬剛度、硬度和導(dǎo)熱性，又使得金屬表面的耐磨蝕性能得到提高，能夠延長(zhǎng)水輪機(jī)過(guò)流部件的工作時(shí)間，而且經(jīng)過(guò)汛期運(yùn)行后，如有發(fā)現(xiàn)磨損的區(qū)域還可以進(jìn)行再涂覆修補(bǔ)，并且對(duì)水輪機(jī)過(guò)流部件的基體材料沒(méi)有影響，可以數(shù)倍的延長(zhǎng)水輪機(jī)過(guò)流部件的使用壽命，降低了檢修次數(shù)和生產(chǎn)成本，具有較大的經(jīng)濟(jì)效益。實(shí)施例2:
步驟一，首先對(duì)要噴涂的水輪機(jī)過(guò)流部件表面進(jìn)行清洗，去除污垢和氧化皮；
步驟二，進(jìn)行粗化處理，盡量使過(guò)流部件表面粗化；
步驟三，對(duì)工件表面進(jìn)行預(yù)熱，提高WC-Co顆粒與工件接觸時(shí)的溫度，預(yù)熱范圍應(yīng)超出待噴表面邊緣50 mm，且控制基材溫度不超過(guò)120 V ；
步驟四，預(yù)熱后進(jìn)行打磨處理，除去表面高溫氧化膜；步驟五，使用型號(hào)為JP-5000的超音速火焰噴涂設(shè)備，選擇WC-12C0亞微米粉末，氧氣流量設(shè)定在65 m3/h，煤油流量為30 L/h，，噴涂距離為340 mm，送粉速度為80 g/min。在經(jīng)過(guò)處理后的水輪機(jī)過(guò)流部件表面進(jìn)行噴涂，得到厚度約為100 μ m的涂層，且涂層表面光華，光潔度可達(dá)▽ 6，涂層顯微硬度可達(dá)HV1100。實(shí)施例3
步驟一，首先對(duì)要噴涂的水輪機(jī)過(guò)流部件表面進(jìn)行清洗，去除污垢和氧化皮；
步驟二，進(jìn)行粗化處理，盡量使過(guò)流部件表面粗化；
步驟三，對(duì)工件表面進(jìn)行預(yù)熱，提高WC-Co顆粒與工件接觸時(shí)的溫度，預(yù)熱范圍應(yīng)超出待噴表面邊緣100 mm，且控制基材溫度不超過(guò)120 V ；
步驟四，預(yù)熱后進(jìn)行打磨處理，除去表面高溫氧化膜； 步驟五，使用型號(hào)為JP-5000的超音速火焰噴涂設(shè)備，選擇WC-12CO亞微米粉末，氧氣流量設(shè)定在70m3/h，煤油流量為35L/h，噴涂距離為380 mm，送粉速度為100g/min。在經(jīng)過(guò)處理后的水輪機(jī)過(guò)流部件表面進(jìn)行噴涂，每次噴涂最大厚度不超過(guò)100 μ m，將整個(gè)區(qū)域噴涂完后，再進(jìn)行下一次噴涂以提高涂層的厚度，最后得到厚度約為400 ym的涂層，。且涂層表面光華，光潔度可達(dá)▽ 6，涂層顯微硬度可達(dá)HV1100。實(shí)施例4:
步驟一，首先對(duì)要噴涂的水輪機(jī)過(guò)流部件表面進(jìn)行清洗，去除污垢和氧化皮；
步驟二，進(jìn)行粗化處理，盡量使過(guò)流部件表面粗化；
步驟三，對(duì)工件表面進(jìn)行預(yù)熱，提高WC-Co顆粒與工件接觸時(shí)的溫度，預(yù)熱范圍應(yīng)超出待噴表面邊緣60_，且控制基材溫度不超過(guò)120 0C ；
步驟四，預(yù)熱后進(jìn)行打磨處理，除去表面高溫氧化膜；
步驟五，使用型號(hào)為JP-5000的超音速火焰噴涂設(shè)備，選擇WC-12CO亞微米粉末，氧氣流量設(shè)定在80 m3/h，煤油流量為40L/h，噴涂距離為320 mm，送粉的速度為120g/min。在經(jīng)過(guò)處理后的水輪機(jī)過(guò)流部件表面進(jìn)行噴涂，每次噴涂最大厚度不超過(guò)100 μ m，將整個(gè)區(qū)域噴涂完后，再進(jìn)行下一次噴涂以提高涂層的厚度，最后得到厚度約為210 μ m的涂層，且涂層表面光華，光潔度可達(dá)▽ 6，涂層顯微硬度可達(dá)HV1100。最后說(shuō)明的是，以上實(shí)施例僅用以說(shuō)明本發(fā)明的技術(shù)方案而非限制，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案所做的其他修改或者等同替換，只要不脫離本發(fā)明技術(shù)方案的精神和范圍，均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的權(quán)利要求范圍當(dāng)中。
權(quán)利要求
1.一種水輪機(jī)過(guò)流部件亞微米耐磨蝕涂層的制備方法，其特征在于采用如下步驟 步驟一，對(duì)要噴涂的水輪機(jī)過(guò)流部件表面進(jìn)行清洗，去除污垢和氧化皮； 步驟二，對(duì)過(guò)流部件表面進(jìn)行粗化處理；盡量使過(guò)流部件表面粗化； 步驟三，對(duì)過(guò)流部件表面進(jìn)行預(yù)熱，提高WC-C0顆粒與工件接觸時(shí)的溫度，預(yù)熱范圍應(yīng)超出待噴表面邊緣5(T100 mm，且控制基材溫度不超過(guò)120°C ； 步驟四，預(yù)熱后進(jìn)行打磨處理，除去表面高溫氧化膜； 步驟五，采用煤油-氧氣噴槍火焰噴涂亞微米WC-Co粉末，煤油流量為20 50 L/h，氧氣流量為50 90 m3/h，噴涂距離300 400 mm，送粉速度為50 130 g/min。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種水輪機(jī)過(guò)流部件亞微米耐磨蝕涂層的制備方法，其特征在于所述亞微米WC-Co粉末的晶粒度為O. 5^1 μ m。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的一種水輪機(jī)過(guò)流部件亞微米耐磨蝕涂層的制備方法，其特征在于所述涂層厚度為100 250 μ m。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種水輪機(jī)過(guò)流部件亞微米耐磨蝕涂層的制備方法，其特征在于所述步驟五中，氧氣流量設(shè)定在56 m3/h，煤油流量為30 L/h，氮?dú)饬髁繛?.25 MPa,噴涂距離為350 mm，送粉的速度為70 g/min，涂層厚度為200 μ m。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種水輪機(jī)過(guò)流部件亞微米耐磨蝕涂層的制備方法，其特征在于所述步驟五中，使用型號(hào)為JP-5000的超音速火焰噴涂設(shè)備，氧氣流量設(shè)定在90m3/h，煤油流量為40 L/h，噴涂距離為400 mm，送粉速度為80 g/min，涂層厚度為250 μ m。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種水輪機(jī)過(guò)流部件亞微米耐磨蝕涂層的制備方法，步驟一，對(duì)要噴涂的水輪機(jī)過(guò)流部件表面進(jìn)行清洗，去除污垢和氧化皮；步驟二，對(duì)過(guò)流部件表面進(jìn)行粗化處理；步驟三，對(duì)過(guò)流部件表面進(jìn)行預(yù)熱，提高WC-Co顆粒與工件接觸時(shí)的溫度，預(yù)熱范圍應(yīng)超出待噴表面邊緣50~100mm，且控制基材溫度不超過(guò)120℃；步驟四，預(yù)熱后進(jìn)行打磨處理，除去表面高溫氧化膜；步驟五，采用煤油-氧氣噴槍火焰噴涂亞微米WC-Co粉末。本發(fā)明采用超音速火焰噴涂得到的亞微米耐磨蝕涂層具有很高的硬度、良好的耐磨性能和抗氣蝕能力，可以有效的保護(hù)水輪機(jī)過(guò)流部件的材料，提高了過(guò)流部件的使用壽命，增加了發(fā)電效率，降低了維修成本，具有巨大的經(jīng)濟(jì)效益。
文檔編號(hào)C23C4/12GK102925847SQ201210437528
公開日2013年2月13日 申請(qǐng)日期2012年11月6日 優(yōu)先權(quán)日2012年11月6日
發(fā)明者張瑞珠, 郭鵬, 肖明, 嚴(yán)大考, 羅斌, 李靜瑞 申請(qǐng)人:華北水利水電學(xué)院