本發(fā)明屬于表面工程領(lǐng)域，具體涉及一種工件外壁涂層超音頻感應(yīng)加熱熔覆方法。

背景技術(shù)：

很多高酸性油氣田中的環(huán)境具有高溫、高硫化氫、高二氧化碳且高氯離子的特點(diǎn)。在如此苛刻的工況下，金屬材料容易發(fā)生氫致開(kāi)裂和硫化物應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂等腐蝕形式，造成材料的極大浪費(fèi)，引發(fā)巨大的災(zāi)難性事故，從而影響經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展。因此，針對(duì)高酸性油氣田耐蝕涂層的研究顯得十分迫切。專利cn104988495a(張偉，于鶴龍，汪勇，趙銳，吉小超，張攀，張夢(mèng)清，一種套筒類工件內(nèi)壁感應(yīng)熔覆再制造方法)提供了一種鐵基套筒類合金工件內(nèi)壁感應(yīng)熔覆再制造方法，但主要是針對(duì)材料耐磨性能的研究。專利cn102560476a(席生岐，王春昌，一種金屬管內(nèi)壁涂層感應(yīng)加熱熔結(jié)方法)提供了一種金屬管內(nèi)壁涂層感應(yīng)加熱熔結(jié)方法且涉及到耐磨耐蝕性能的研究，但是該專利中涂層的服役環(huán)境并不具備高酸性油氣田的環(huán)境特點(diǎn)。而本發(fā)明主要采用超音頻感應(yīng)熔覆的方法，制備了適用于高酸性油氣田環(huán)境的高耐蝕性鎳基合金涂層。該涂層不僅具有優(yōu)良的耐蝕性能，而且可以極大的降低成本。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了解決上述現(xiàn)有技術(shù)存在的問(wèn)題，本發(fā)明的目的是在于制備一種低成本且耐蝕性能優(yōu)異的涂層。該方法通過(guò)對(duì)感應(yīng)熔覆電流和時(shí)間的精確控制，使涂層與基體快速形成冶金結(jié)合，從而獲得高性能的鎳基合金涂層。

本發(fā)明提供的工件外壁感應(yīng)熔覆再制造方法，包括如下步驟：

a)對(duì)工件外表面進(jìn)行預(yù)處理；

b)在工件外表面預(yù)涂覆鎳基合金粉末；

c)通過(guò)超音頻感應(yīng)熔覆設(shè)備制備出鎳基合金外涂層；

d)對(duì)感應(yīng)熔覆制備的涂層進(jìn)行機(jī)械加工與性能檢測(cè)。

優(yōu)選的，所述步驟a)對(duì)圓管類基體進(jìn)行外表面打磨與清潔處理，去除基體外表面剝落層、污染物、氧化層、疲勞層和劃痕，使工件與合金粉末結(jié)合的更好。

所述步驟b)具體為：將鎳基合金粉末與粘結(jié)劑混合，制成膏狀物，均勻涂于所述工件外表面，之后對(duì)工件進(jìn)行烘干處理，使粘結(jié)劑揮發(fā)，并使鎳基合金粉末與工件外表面形成物理結(jié)合。所述鎳基合金粉末的成分(wt％)為：

19.0-25.5cr，16.0-22.0fe，6.0-8.0mo，co≤6.0，0.5-2.5cu，w≤2.5，si≤1.0，mn≤1.0，余量為ni。

優(yōu)選的，將經(jīng)過(guò)步驟b)處理的工件固定在旋轉(zhuǎn)工作臺(tái)上，使用超音頻感應(yīng)加熱裝置，通過(guò)調(diào)節(jié)感應(yīng)電流大小及感應(yīng)熔覆時(shí)間，對(duì)所述預(yù)涂覆在工件外表面的鎳基合金粉末進(jìn)行感應(yīng)加熱熔覆。獲得具有冶金結(jié)合且性能優(yōu)異的外壁涂層后，關(guān)閉電源，待感應(yīng)加熱線圈冷卻到室溫關(guān)閉循環(huán)水。

優(yōu)選的，所述感應(yīng)熔覆工藝參數(shù)為：感應(yīng)熔覆電流1000-1300a、感應(yīng)熔覆時(shí)間50-90s、頻率20-70khz、所述旋轉(zhuǎn)工作臺(tái)的旋轉(zhuǎn)速度為20-60r/min。

優(yōu)選的，所述步驟d)具體為：對(duì)制備的鎳基合金涂層進(jìn)行機(jī)械加工獲得一定尺寸的樣品，通過(guò)sem檢測(cè)涂層的冶金結(jié)合程度，通過(guò)電化學(xué)測(cè)試和高溫高壓浸泡實(shí)驗(yàn)檢測(cè)涂層的耐蝕性。

利用本發(fā)明可通過(guò)表面技術(shù)生產(chǎn)出鎳基合金涂層，其優(yōu)點(diǎn)是：

自熔合金超音頻感應(yīng)熔覆操作容易控制，速度快，加熱均勻，涂層質(zhì)量高；涂層與基體之間有一條白亮帶(dtb-擴(kuò)散轉(zhuǎn)移帶)，標(biāo)志著兩者為冶金結(jié)合，涂層結(jié)合力較強(qiáng)；超音頻感應(yīng)熔覆工藝加熱深度淺，這對(duì)保持工件基材性能，減少工件變形都是有利的；超音頻感應(yīng)熔覆工藝噪音小，勞動(dòng)強(qiáng)度低，極大改善了工作環(huán)境。

涂層的耐蝕性能具體體現(xiàn)：該種方法制備的涂層在試驗(yàn)溫度為120℃，h2s分壓為3.6mpa，co2分壓為1.8mpa，nacl含量為14wt％的溶液中浸泡96h后，測(cè)得該涂層的年腐蝕速率僅為0.01233mm/a，對(duì)照金屬材料耐腐蝕性標(biāo)準(zhǔn)，其耐蝕等級(jí)為四級(jí)。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明提供的一種工件感應(yīng)熔覆形成的過(guò)渡層的bse圖像。

圖2為本發(fā)明提供的一種工件外表面鎳基合金涂層的bse圖像。

具體實(shí)施方式

下面用具體實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明作更詳細(xì)的說(shuō)明。

實(shí)施例1：

本實(shí)施例一種工件外表面感應(yīng)熔覆方法，工件外徑為65mm，高度為33mm，預(yù)涂覆鎳基自熔合金粉末涂層厚度為1.0-3.0mm，包括如下步驟：

步驟1：對(duì)工件外表面進(jìn)行打磨與清潔處理，去除基體外表面剝落層、污染物、氧化層、疲勞層和劃痕，使工件與合金粉末形成良好的結(jié)合。

步驟2：將水玻璃與去離子水按照質(zhì)量比3：2混合后加熱至80℃，制成粘結(jié)劑。將鎳基合金粉末與粘結(jié)劑按照質(zhì)量比10：1混合并攪拌均勻，制成膏狀物。將制得的膏狀物均勻涂覆于經(jīng)過(guò)步驟1處理后的工件外表面，厚度均勻。將工件放入鼓風(fēng)干燥箱中進(jìn)行烘干處理，烘干溫度設(shè)置為120℃，時(shí)間2h，使預(yù)置涂層內(nèi)部的粘接劑揮發(fā)；

步驟3：感應(yīng)加熱前準(zhǔn)備工作，包括如下步驟：

(1)將步驟2干燥后的工件置于耐火磚上，并一起放在升降臺(tái)上；

(2)選取外徑為75mm，厚度為5mm的感應(yīng)加熱線圈，將步驟2所述的的工件置于感應(yīng)加熱線圈中心位置；

(3)打開(kāi)循環(huán)水；

步驟3：通過(guò)超音頻感應(yīng)熔覆設(shè)備制備出鎳基合金外涂層，包括如下步驟：

(1)根據(jù)鎳基自熔合金粉末涂層的熔點(diǎn)確定感應(yīng)加熱溫度，設(shè)定感應(yīng)加熱電流為1000-1200a；

(2)設(shè)定感應(yīng)加熱線圈的加熱頻率為20-70khz；

(3)啟動(dòng)旋轉(zhuǎn)臺(tái)，以20-60r/min的速度旋轉(zhuǎn)；

(4)打開(kāi)感應(yīng)加熱線圈的加熱電源，加熱時(shí)間為55-75s；

(5)關(guān)閉電源；

(6)待感應(yīng)加熱線圈冷卻至室溫，關(guān)閉循環(huán)水。

步驟4：待感應(yīng)熔覆制備的涂層冷卻到室溫時(shí)，取出工件，檢查工件外表面涂層尺寸與質(zhì)量。

實(shí)施例2：

本實(shí)施例一種工件外表面感應(yīng)熔覆方法，工件外徑為65mm，高度為50mm，預(yù)涂覆鎳基自熔合金粉末涂層厚度為1.0-3.0mm，包括如下步驟：

步驟1：對(duì)工件外表面進(jìn)行打磨與清潔處理，去除基體外表面剝落層、污染物、氧化層、疲勞層和劃痕，使工件與合金粉末形成良好的結(jié)合。

步驟2：將水玻璃與去離子水按照質(zhì)量比3：2混合后加熱至80℃，制成粘結(jié)劑。將鎳基合金粉末與粘結(jié)劑按照質(zhì)量比10：1混合并攪拌均勻，制成膏狀物。將制得的膏狀物均勻涂覆于經(jīng)過(guò)步驟1處理后的工件外表面，厚度均勻。將工件放入鼓風(fēng)干燥箱中進(jìn)行烘干處理，烘干溫度設(shè)置為150℃，時(shí)間2h，使預(yù)置涂層內(nèi)部的粘接劑揮發(fā)；

步驟3：感應(yīng)加熱前準(zhǔn)備工作，包括如下步驟：

(1)將步驟2干燥后的工件置于耐火磚上，并一起放在升降臺(tái)上；

(2)選取外徑為75mm，厚度為5mm的感應(yīng)加熱線圈，將步驟2所述的的工件置于感應(yīng)加熱線圈中心位置；

(3)打開(kāi)循環(huán)水；

步驟3：通過(guò)超音頻感應(yīng)熔覆設(shè)備制備出鎳基合金外涂層，包括如下步驟：

(1)根據(jù)鎳基自熔合金粉末涂層的熔點(diǎn)確定感應(yīng)加熱溫度，設(shè)定感應(yīng)加熱電流為1100-1300a；

(2)設(shè)定感應(yīng)加熱線圈的加熱頻率為20-70khz；

(3)啟動(dòng)旋轉(zhuǎn)臺(tái)，以20-60r/min的速度旋轉(zhuǎn)；

(4)打開(kāi)感應(yīng)加熱線圈的加熱電源，加熱時(shí)間為60-90s；

(5)關(guān)閉電源；

(6)待感應(yīng)加熱線圈冷卻至室溫，關(guān)閉循環(huán)水。

步驟4：待感應(yīng)熔覆制備的涂層冷卻到室溫時(shí)，取出圓管，檢查工件外表面涂層尺寸與質(zhì)量。

可以理解的是，以上實(shí)施方式僅僅是為了說(shuō)明本發(fā)明的原理而采用的示例性實(shí)施方式，然而本發(fā)明并不局限于此。對(duì)于本領(lǐng)域內(nèi)的普通技術(shù)人員而言，在不脫離本發(fā)明的精神和實(shí)質(zhì)的情況下，可以做出各種變型和改進(jìn)，這些變型和改進(jìn)也視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。