專利名稱：一種耐沖蝕磨損復合涂層的制備方法
技術領域：
屬于材料加工工程中的涂層制備領域，該發(fā)明主要應用于電站鍋爐管道的防護。
背景技術：
隨著我國經(jīng)濟的高速增長，電力需求越來越大。在電源結(jié)構中，我國火力設備占總裝機容量的3/4以上，火力比重過大的狀況將持續(xù)一個相當長的時期。因此，加快發(fā)展高效率、低污染型火電機組，加快發(fā)展清潔煤燃燒技術，是我國火電技術的發(fā)展方向。循環(huán)流化床(CFB)鍋爐既解決了能源的高效、合理利用，又大大減少了污染物的排放。作為環(huán)保型鍋爐，可燃用煙煤、貧煤、褐煤、無煙煤、煤矸石等各種燃料，燃料適應性好，其煙氣中污染物的排放達到了歐洲國家的標準。
在循環(huán)流化床鍋爐中，鍋爐管道處于高溫、硫化、飛灰、熔渣等惡劣環(huán)境中，所產(chǎn)生的煙氣中含有大量的硬質(zhì)飛灰顆粒，當這些灰粒子隨著煙氣一道沖刷對流受熱面管束時，使管壁表面受到嚴重磨損，導致局部受熱面發(fā)生嚴重破壞，甚至引起爆管泄漏，造成停爐事故，給國民經(jīng)濟造成極大的直接和間接損失。循環(huán)流化床鍋爐管道磨損最嚴重的區(qū)域處在衛(wèi)燃帶與水冷壁交界處，一般的耐磨涂層并不能保證鍋爐在一個大修期內(nèi)的安全運行，因此研制一種耐沖蝕磨損的涂層具有十分重要的意義。
常用的電弧噴涂耐沖蝕磨損防護涂層由于涂層與基體之間的結(jié)合方式為機械結(jié)合和極少的冶金結(jié)合，所以在承受大得沖擊載荷下很容易開裂剝落，而且涂層厚度也限制在1mm之內(nèi)，太厚則很容易因涂層內(nèi)殘余應力的積聚而發(fā)生剝落現(xiàn)象，而低的結(jié)合強度和薄的涂層又不足以對處于高沖蝕環(huán)境中的電站鍋爐管道進行有效持久的保護。在基體上堆焊硬質(zhì)合金雖然具有良好的耐磨性，但是由于電廠鍋爐管道不允許在其成型后對其局部進行加熱，所以堆焊工藝并不適于電廠鍋爐管道的防護，而用自保護金屬芯點堆焊焊絲在電廠鍋爐管道上進行點堆焊，由于其熱輸入量小，堆焊后產(chǎn)生的應力小，對基體的組織無影響，因而可以配合電弧噴涂方法制備出結(jié)合強度高而又耐磨性好的涂層。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種耐沖蝕磨損復合涂層的制備方法，在制備涂層的基體上首先用自保護金屬芯點堆焊焊絲(申請?zhí)?00610057993.1，申請日2006年3月3日，申請人北京工業(yè)大學，發(fā)明名稱自保護金屬芯點堆焊焊絲)點堆焊一層硬質(zhì)合金點陣，點堆焊過程中熱輸入量小，對鍋爐管道原始組織產(chǎn)生應力小，不影響基體的原始組織，點堆焊后的焊點硬度高(平均HRC51)、耐磨性好(采用濕式橡膠輪磨粒磨損機在同等條件下其耐磨性是Q235鋼的15倍以上)。然后在此焊點點陣上用電弧噴涂的方法噴涂一層耐沖蝕磨損涂層。使用本發(fā)明在沖蝕磨損的環(huán)境中服役的工件、部件、器件、原材料上制備一層耐沖蝕磨損的復合涂層，使其具有良好的耐沖蝕磨損性能，大大提高它們的使用壽命。
本發(fā)明提供了一種耐沖蝕磨損復合涂層的制備方法，其特征在于，包括以下步驟1)用自保護金屬芯點堆焊焊絲在清洗除污后的金屬基體上點堆焊一層硬質(zhì)合金點陣；焊接電流180～220A，焊接電壓18～22V，焊點間距為2～5mm，焊點直徑為4～5mm，焊點高度為2～3mm；2)將點堆焊后金屬基體噴砂粗化，完全除去氧化皮、銹、污垢、和舊涂層等覆著物，露出金屬光澤；3)在噴砂粗化后的金屬基體上用電弧噴涂方法噴涂一層耐沖蝕磨損涂層，噴涂電流150～180A、噴涂電壓30～32V、噴涂氣壓0.55MP、噴涂距離150mm，涂層厚度5～10mm。
本發(fā)明所研制的耐沖蝕磨損復合涂層采用點堆焊和電弧噴涂兩種工藝，涂層中直徑約5mm的堆焊點將涂層分割成許多小塊，這樣就避免了涂層在受到大得沖擊載荷時發(fā)生整體剝落得現(xiàn)象，而且突起的堆焊點還起到了一個耐沖蝕磨損骨架的作用，當固體粒子沖蝕涂層時突起的堆焊點阻擋了大部分的固體粒子，這樣就保護了堆焊點下面的涂層，延長了涂層的使用壽命，同時也為鍋爐管道的安全運行提供了保障。
按上述方法制備的耐沖蝕磨損復合涂層具有良好的耐沖蝕磨損性能，在循環(huán)流化床鍋爐管道沖蝕磨損最嚴重區(qū)域采用本發(fā)明制備的涂層進行防護取得了良好的效果。


圖1復合涂層截面圖。圖中1為電弧噴涂涂層，2為點堆焊焊點，3為基體。
圖2復合涂層俯視圖。
具體實施例方式所有實施例焊絲都是由昆明重機廠制造的“FCWM50被動拉拔式藥芯焊絲機”制出實施例一首先將金屬基體清洗，除去表面的鐵銹，污垢等物，然后用自行研制的自保護金屬芯點堆焊焊絲在清洗除污后的金屬基體上采用現(xiàn)有技術點堆焊一層硬質(zhì)合金點陣。焊接電流180～220A，焊接電壓18～22V，焊點間距為2mm，焊點直徑為4mm，焊點高度為2mm。焊點的洛氏硬度為HRC51。將點堆焊后金屬基體噴砂粗化，在噴砂粗化后的金屬基體上采用現(xiàn)有技術電弧噴涂一層耐沖蝕磨損涂層，噴涂電流150～180A、噴涂電壓30～32V、噴涂氣壓0.55MP、噴涂距離150mm。噴涂層厚度為5mm，噴涂層表面洛氏硬度約60(HR45N)。復合涂層中點堆焊焊點和噴涂涂層的硬度、復合涂層在不同沖蝕角度下的相對耐沖蝕磨損性見表1。
實施例二首先將金屬基體清洗，除去表面的鐵銹，污垢等物，然后用自行研制的自保護金屬芯點堆焊焊絲在清洗除污后的金屬基體上采用現(xiàn)有技術點堆焊一層硬質(zhì)合金點陣。焊接電流180～220A，焊接電壓18～22V，焊點間距為3mm，焊點直徑為4mm，焊點高度為3mm。焊點的洛氏硬度為HRC50。將點堆焊后金屬基體噴砂粗化，在噴砂粗化后的金屬基體上采用現(xiàn)有技術電弧噴涂一層耐沖蝕磨損涂層，噴涂電流150～180A、噴涂電壓30～32V、噴涂氣壓0.55MP、噴涂距離150mm。噴涂層厚度為8mm，噴涂層表面洛氏硬度約62(HR45N)。復合涂層中點堆焊焊點和噴涂涂層的硬度、復合涂層在不同沖蝕角度下的相對耐沖蝕磨損性見表1。
實施例三首先將金屬基體清洗，除去表面的鐵銹，污垢等物，然后用自行研制的自保護金屬芯點堆焊焊絲在清洗除污后的金屬基體上采用現(xiàn)有技術點堆焊一層硬質(zhì)合金點陣。焊接電流180～220A，焊接電壓18～22V，焊點間距為4mm，焊點直徑為5mm，焊點高度為2mm。焊點的洛氏硬度為HRC52。將點堆焊后金屬基體噴砂粗化，在噴砂粗化后的金屬基體上采用現(xiàn)有技術電弧噴涂一層耐沖蝕磨損涂層，噴涂電流150～180A、噴涂電壓30～32V、噴涂氣壓0.55MP、噴涂距離150mm。噴涂層厚度為10mm，噴涂層表面洛氏硬度約61(HR45N)。復合涂層中點堆焊焊點和噴涂涂層的硬度、復合涂層在不同沖蝕角度下的相對耐沖蝕磨損性見表1。
實施例四首先將金屬基體清洗，除去表面的鐵銹，污垢等物，然后用自行研制的自保護金屬芯點堆焊焊絲在清洗除污后的金屬基體上采用現(xiàn)有技術點堆焊一層硬質(zhì)合金點陣。焊接電流180～220A，焊接電壓18～22V，焊點間距為5mm，焊點直徑為5mm，焊點高度為3mm。焊點的洛氏硬度為HRC51。將點堆焊后金屬基體噴砂粗化，在噴砂粗化后的金屬基體上采用現(xiàn)有技術電弧噴涂一層耐沖蝕磨損涂層，噴涂電流150～180A、噴涂電壓30～32V、噴涂氣壓0.55MP、噴涂距離150mm。噴涂層厚度為10mm，噴涂層表面洛氏硬度約61(HR45N)。復合涂層中點堆焊焊點和噴涂涂層的硬度、復合涂層在不同沖蝕角度下的相對耐沖蝕磨損性見表1。
所有實施例中所打硬度均采用TH320全洛氏硬度計，金剛石壓頭，表面洛氏硬度載荷為HR45N，保荷時間5s，恢復時間為3s。對噴涂層取十點打硬度，最后得到該涂層的平均顯微硬度值。洛氏硬度載荷為150kg，保荷時間5s，恢復時間為3s。對堆焊層取十點打硬度，最后得到該堆焊層的平均洛氏硬度值。
沖蝕實驗采用試制的常溫沖蝕實驗機進行，每個實施例的試樣尺寸為57×57×6mm，實驗采用壓縮空氣作加速氣體。噴嘴直徑為10mm，噴嘴口到試樣表面中心的距離為100mm。壓縮空氣壓力為0.6MP，流量為800～850g/min，沖蝕時間為6min。16目的棕剛玉砂為沖蝕磨料，沖蝕角度可在30°到90°間變化，涂層的沖蝕磨損性能用沖蝕率來表示。沖蝕率是指經(jīng)單位磨料沖蝕后試樣所損失的質(zhì)量，實驗時用Q235鋼作為對比，對比件失重量與測量件失重量之比作為該復合涂層的相對耐磨性。相對耐沖蝕磨損性

由表1可以看出本發(fā)明的復合涂層具有良好的耐沖蝕磨損性能，在30°攻角時耐沖蝕性能最好，90°時耐沖蝕性能最差，即使在90°時其耐沖蝕磨損性也是Q235鋼的6倍以上，因此可以達到電廠鍋爐管道防護的要求，同時可以發(fā)現(xiàn)實施例4的相對耐沖蝕性最高，由此可知堆焊點的焊點間距為5mm時涂層的耐沖蝕性能最好。
表1各實施例堆焊點和噴涂層的硬度與相對耐沖蝕磨損性

權利要求
1.一種耐沖蝕磨損復合涂層的制備方法，其特征在于，包括以下步驟1)用自保護金屬芯點堆焊焊絲在清洗除污后的金屬基體上點堆焊一層硬質(zhì)合金點陣；焊接電流180～220A，焊接電壓18～22V，焊點間距為2～5mm，焊點直徑為4～5mm，焊點高度為2～3mm；2)將點堆焊后金屬基體噴砂粗化，完全除去氧化皮、銹、污垢、和舊涂層等覆著物，露出金屬光澤；3)在噴砂粗化后的金屬基體上用電弧噴涂方法噴涂一層耐沖蝕磨損涂層，噴涂電流150～180A、噴涂電壓30～32V、噴涂氣壓0.55MP、噴涂距離150mm，涂層厚度5～10mm。
全文摘要
本發(fā)明屬于材料加工工程中的表面工程領域，主要應用于電站鍋爐管道的防護。常用的電弧噴涂耐磨涂層由于涂層與基體之間的結(jié)合方式為機械結(jié)合，在大的沖擊載荷下易開裂剝落，且涂層厚度限制在1mm之內(nèi)。本發(fā)明的方法用自保護金屬芯點堆焊焊絲在清洗除污后的金屬基體上點堆焊一層硬質(zhì)合金點陣；焊接電流180～220A，焊接電壓18～22V，焊點間距為2～5mm，焊點直徑為4～5mm，焊點高度為2～3mm；將點堆焊后金屬基體噴砂粗化，完全除去氧化皮、銹、污垢和舊涂層等覆著物，露出金屬光澤；在噴砂粗化后的金屬基體上用電弧噴涂方法噴涂一層耐沖蝕磨損涂層。本發(fā)明的復合涂層具有良好的耐沖蝕磨損性能，在循環(huán)流化床鍋爐管道沖蝕磨損最嚴重區(qū)域進行防護取得了良好的效果。
文檔編號B23K9/04GK1814852SQ20061005713
公開日2006年8月9日 申請日期2006年3月10日 優(yōu)先權日2006年3月10日
發(fā)明者蔣建敏, 賀定勇, 傅斌友, 栗卓新, 李曉延 申請人:北京工業(yè)大學