專利名稱：電弧噴鍍用耐磨損材料復合絲及其制造方法
技術領域：
本發(fā)明涉及電弧噴鍍用耐磨損材料復合絲(composite wire)，詳細地講，涉及適合于用于在作為泵、水輪機、壓縮機等旋轉機械的部件而又要求耐砂侵蝕性或耐泥漿侵蝕性等的葉輪、套管、葉片、軸承及密封件等金屬部件的表面上實施耐磨損性涂覆而使用的電弧噴鍍用耐磨損材料復合絲及其制造方法、由電弧噴鍍用耐磨損材料復合絲進行噴鍍處理的葉輪及備有葉輪的流體機械。
背景技術：
在泵、水輪機、壓縮機等旋轉機械中，伴隨著高速、大容量化的需要，由粒子混入產生的砂的侵蝕及流水中混入砂土產生的泥漿侵蝕引起的金屬材料的損傷成為問題。由于在用于旋轉機械的材料上要求高韌性，同時要求優(yōu)良的耐砂侵蝕性及耐泥漿侵蝕性，所以在金屬基材上多采用噴鍍技術。由于砂侵蝕或者泥漿侵蝕部分地發(fā)生在部位的特定位置上，所以可以在預測會引起損傷的部位上預先進行耐磨損性涂覆施工。在工作一段時間后，在因砂侵蝕或泥漿侵蝕而損傷的地方用電弧噴鍍進行修補，可以延長旋轉機械的壽命。
使用這樣的電弧噴鍍處理的耐磨損材料的復合絲，如圖1用整體1所表示的那樣，是在管狀的金屬制外皮2的內部填充由WC或W2C等組成的陶瓷的粉體3而構成的絲。所涉及的復合絲，一般是把帶狀的金屬板彎曲成橫斷面為流槽狀或者U字狀并向產生的凹部內供給陶瓷的粉體，將其一邊彎曲加工一邊在內部卷入陶瓷粉末來形成管狀，再由拉拔加工制造，或者邊振動陶瓷的粉體邊填充到預先制作的管狀體內，然后進行拉拔加工。
如果表示使用這樣的耐磨損材料的復合絲的電弧噴鍍法的概念圖的話，如圖2所示。如同圖所表明的那樣，電弧噴鍍法，把2根作為一對地使用的復合絲(直徑1.5～3.2mm)在前端傾斜地交叉并由未圖示的送給機構連續(xù)地供給，同時在兩復合絲1上加上規(guī)定的電壓，通過在其前端之間產生電弧來熔融復合絲，用從噴嘴5噴出的空氣噴射把熔融的金屬和陶瓷粒子吹附在基材B上并形成陶瓷粒子的被膜。這樣，通過在一對復合絲1之間產生電弧放電，使復合絲的兩前端部熔融，由從噴嘴5出來的作為載流氣體的空氣，通過將熔融物熔附在噴鍍區(qū)域上在噴鍍區(qū)域內形成耐磨損材料的被膜6。
在電弧噴鍍中，由于成為用空氣噴射吹飛復合絲的熔滴及未熔融的陶瓷粒子的機構，所以在陶瓷是碳化鎢的情況，當粒徑是5μm以下時，由于陶瓷粒子向周邊飛散，所以碳化鎢粒子的噴鍍效率非常低，噴鍍被膜層內的碳化鎢粒子的含有率變小，存在不能得到所希望的耐磨損性被膜的問題。圖3表示電弧噴鍍中填充在復合絲中的硬質粒子(W2C)和噴鍍效率的關系。如該圖所表示的那樣，在有限的范圍內，如果硬質粒子的粒徑增加，噴鍍效率也增加。在原有的復合絲中，由于把熔點比較高的Ni基合金、Co基合金或Fe基合金等金屬用作環(huán)箍即外皮的材料，由于噴鍍層內的空隙多而不能得到致密的噴鍍層，所以在引起嚴重的泥漿侵蝕的泵部件上使用原有的電弧噴鍍的情況，存在不能得到所要求的耐泥漿侵蝕性的問題。
本發(fā)明人鑒于上述原有的電弧噴鍍用復合絲的問題，經多次研究發(fā)現，通過在構成復合絲的粉末或者外皮內添加特定的成分，可以使復合絲自熔性化，還發(fā)現，通過使用這樣的自熔性化的復合絲進行噴鍍處理，可以提高耐泥漿侵蝕性。另外，還發(fā)現，通過把填充在外皮內的粉末造粒成所希望的大小，可以抑制電弧噴鍍時硬質粒子的飛散，也可以提高噴鍍效率。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的在于，提供可以提高耐泥漿侵蝕性的電弧噴鍍用耐磨損材料復合絲。
本發(fā)明的另一個目的在于，在構成復合絲的粉末中，添加從由硼或硼化合物、硅或硅化合物及磷或磷化合物組成的組中選擇的至少一種材料制作的粉末，使電弧噴鍍用耐磨損材料復合絲進行自熔性化，由此，增大復合絲的噴鍍效率并提高耐磨損性。
本發(fā)明的再一個目的在于，在構成復合絲的外皮的材料中添加從由硼、硅、磷組成的組中選擇的至少一種元素，使電弧噴鍍用耐磨損材料復合絲進行自熔性化，由此增大復合絲的噴鍍效率并提高耐磨損性。
本發(fā)明的又一個目的在于，通過把填充在外皮中的粉末造粒成所希望的大小，增大復合絲的噴鍍效率并提高耐磨損性。
本發(fā)明的另外一個目的在于，提供上述電弧噴鍍用耐磨損材料復合絲的制造方法、使用復合絲進行噴鍍處理的葉輪及備有這樣的葉輪的流體機械。
根據本發(fā)明，提供一種電弧噴鍍用耐磨損材料復合絲，用從由鎳基合金、鈷基合金及鐵基合金組成的組中選擇的至少一種材料制作的外皮覆蓋從由金屬、陶瓷及它們的組合組成的組中選擇的至少一種材料制作的粉末，在所述粉末中，添加從由硼或硼化合物、硅或硅化合物及磷或磷化合物組成的組中選擇的至少一種材料制作的粉末，進行自熔性化。
將從由金屬、陶瓷及它們的組合組成的組中選擇的至少一種材料制作的粉末和從由硼或硼化合物、硅或硅化合物及磷或磷化合物組成的組中選擇的至少一種材料制作的粉末造粒，使粒徑成為15μm至150μm。
根據本申請的另一個發(fā)明，提供一種電弧噴鍍用耐磨損材料復合絲，用從由鎳基合金、鈷基合金及鐵基合金組成的組中選擇的至少一種材料制作的外皮覆蓋從由金屬、陶瓷及它們的組合組成的組中選擇的至少一種材料制作的粉末，在所述外皮的材料中，添加從由硼、硅及磷組成的組中選擇的至少一種元素，進行自熔性化。
在上述電弧噴鍍用耐磨損材料復合絲中，陶瓷既可以是碳化物及氧化物的任何一種，也可以是WC或者W2C。以WC或者W2C作為主要成分的粉末的一次粒徑可以是5μm以上150μm以下。
根據本申請的又一個發(fā)明，提供一種葉輪，備有輪轂和在圓周方向上隔離地安裝在所述輪轂的周圍的多個翼板，所述葉輪的表面的至少一部分上，用所述的電弧噴鍍用耐磨損材料復合絲進行表面處理。
根據本申請的再一個發(fā)明，提供一種流體機械，備有備有輪轂和在圓周方向隔離地安裝在所述輪轂的周圍的多個翼板的葉輪；劃定能旋轉地收容所述葉輪的室的殼體，所述葉輪的表面的至少一部分及/或所述殼體的內面的至少一部分，用所述的電弧噴鍍用耐磨損材料復合絲進行表面處理。


圖1是表示復合絲的一般的構造的放大橫斷面圖。
圖2是說明電弧噴鍍的原理的電弧噴鍍法的噴鍍概念圖。
圖3是說明填充在電弧噴鍍中的復合絲中的硬質粒子和噴鍍效率的關系的圖。
圖4A是表示由用本發(fā)明的一個實施例的復合絲的電弧噴鍍形成的被膜的斷面性質和狀態(tài)及維氏硬度與使用原有的復合絲時的斷面性質的狀態(tài)及維氏硬度的比較的圖。
圖4B是表示由用本發(fā)明的另一個實施例的復合絲的電弧噴鍍形成的被膜的斷面性狀的圖。
圖5是表示基材及各種電弧噴鍍材料中的維氏硬度和泥漿侵蝕損傷深度上的速度的關系的圖。
圖6是表示電弧噴鍍條件和耐磨損性的關系的圖。
圖7是表示使用本發(fā)明的電弧噴鍍用耐磨損材料復合絲表面處理葉輪的一個例子的剖面圖。
圖8是備有圖7的葉輪的泵的剖面圖。
具體實施例方式
下面對本發(fā)明的實施方式進行說明。
本實施方式的電弧噴鍍用耐磨損材料復合絲(下面簡單地稱為復合絲)與圖1所示的原有的復合絲一樣，由管狀的外皮(環(huán)箍)和填充在其外皮內的粉末構成，在本實施方式中，外皮的材料及/或粉末的材料被改良了。在一個實施方式的復合絲中，外皮由從鎳基合金、鈷基合金及鐵基合金構成的群中選擇的至少一種合金材料制造。填充在外皮內的粉末材料，通過在用從由金屬、陶瓷及其組合組成的組中選擇的至少一種材料制造的粉末中添加混合用從由硼(B)或硼化合物、硅(Si)或硅化合物及磷(P)或磷化合物組成的組中選擇的至少一種材料制造的粉末來制成。外皮與原有的一樣，將所述合金材料制的板材或者隔絕材料形成橫斷面為流槽狀或者U形狀，在其中填充了混合的粉末后將外表成形為管狀，進行拉拔后制成復合絲。本發(fā)明人發(fā)現，通過在填充于管狀的外皮內的金屬及/或者陶瓷[碳化鎢(WC、W2C)]的粉末中添加上述的材料，可以使復合絲低熔點化，即，使復合絲自熔性(自己熔融性)化，通過使復合絲低熔點化，在電弧噴鍍施工時，可以減少由陶瓷(例如W2C)等硬質材料制成的粒子的飛散。因此，在噴鍍在基材上的被膜層內包含了較多的耐磨損性的硬質材料的粉末。有效地發(fā)揮了作為耐磨性被膜的功能。通過使復合絲自熔性化，即通過降低熔點，可以減少陶瓷等硬質材料粉末的飛散，被認為是由于熔融的金屬層容易捕捉陶瓷等硬質粒子。
在上述的情況，作為陶瓷的粉末，既可以是WC或W2C的碳化物的粉末，也可以是氧化鋁(Al2O3)、氧化鋯(ZrO2)、氧化鈦(TiO2)等氧化物粉末。作為陶瓷在使用WC或W2C的情況，以WC或W2C為主要成分的粉末的一次粒徑，優(yōu)選是5μm以上150μm以下，更優(yōu)選是5μm以上65μm以下。Al2O3、ZrO2、TiO2等氧化物的粉末的一次粒徑，優(yōu)選是1μm以上150μm以下，更優(yōu)選是1μm以上50μm以下。
再有，也可以混合用從由金屬、陶瓷及它們的組合組成的組中選擇的至少一種材料制成的粉末和用從由硼化合物、硅化合物及磷或磷化合物組成的組中選擇的至少一種材料制成的粉末，用這些粉末制造粒子，優(yōu)選粒徑是5μm至150μm，更優(yōu)選是5μm至65μm。制造粒子可以用公知的方法進行。
在本發(fā)明的另外一個實施方式中，外皮的材料，在從由鎳基合金、鈷基合金及鐵基合金組成的組中選擇的至少一種中添加從由硼、硅及磷組成的組中選擇的至少一種元素來制成。使用這些材料與所述實施方式同樣地制作外皮，填充在其中的粉末用從由金屬、陶瓷及他們的組合組成的組中選擇的至少一種材料制作。
本發(fā)明人發(fā)現，通過像該實施方式那樣，在管狀的外皮的材料中添加從由上述的硼、硅及磷組成的組中選擇的至少一種元素，可以使復合絲低熔點化，即，可以使復合絲自熔性(自己熔融性)化，通過使復合絲低熔點化，在電弧噴鍍施工時，可以減少陶瓷(例如W2C)等硬質材料的飛散，可以提高噴鍍效率。因此，在噴鍍于基材上的被膜層內含有較多的耐磨損性的硬質材料的粉末。有效地發(fā)揮了作為耐磨損性被膜的功能。
如上所述制作的耐磨損材料復合絲，由圖2所示的公知的電弧噴鍍法噴鍍在基材的表面上，在基材上形成耐磨損性的被膜。作為形成這樣的耐磨損性的被膜的基材的例子，可以舉出泵、水輪機、壓縮機等旋轉機械的部件，更具體地講，可以舉出要求耐砂侵蝕性或耐泥漿侵蝕性等的葉輪、套管、葉片、軸承及密封件等部件。通過在這樣的基材上形成耐磨損性的被膜，可以提高這樣的基材的耐磨損性，可以延長使用這樣的基材的機械例如泵、水輪機、壓縮機等的壽命。
如前所述用NiCr合金制造外皮，作為填充粉末(填充在外皮內的粉末)通過在由W2C構成的硬質粒子的粉末(粒徑為44μm至65μm)中添加混合NiB合金的粉末(粒徑為44至65μm)及FeSi的粉末(粒徑為44μm至65μm)來制作復合絲，使W2C為55重量％、NiB為20重量％、FeSi為25重量％。由此，復合絲作為整體可以自熔性化(低熔點化)。這樣制作的復合絲的化學組成，如表1的實施例1中揭示的那樣。發(fā)明人發(fā)現當在由W2C硬質粒子構成的粉末中添加NiB化合物粉末及FeSi化合物粉末并使所述復合絲自熔性合金化時，噴鍍層自身高硬度化。通過在由Ni基合金構成的復合絲中添加硼(B)及硅(Si)，可以使作為硬質粒子的W2C粒子在作為噴鍍層的被膜內高效率地分散，由于合金的母相自身高硬度化，所以可以使被膜內的氣孔率變小來提高致密性，可以形成高品質、耐磨損等優(yōu)良的被膜。
當把由電弧噴鍍法將該實施例1的復合絲熔敷在基材的表面上的耐磨損材料的被膜的斷面的狀態(tài)及維氏硬度的測量結果與原有的復合絲的被膜的相比較并表示時，成為圖4所示的那樣。如從表示斷面的電子顯微鏡照片中表明的那樣，原有例的噴鍍層斷面，成為比較大的空隙(黑的部分)多，一些熔敷金屬重合的多層狀的組織。另一方面，本發(fā)明的噴鍍層斷面，成為空隙少而分界層也少的致密的噴鍍層。也表明了通過添加硼及硅提高了維氏硬度。
表1.復合絲的構成和化學組成
與所述同樣地用NiCr合金制造外皮，作為填充粉末，將由WC構成的硬質粒子的粉末(粒徑為1μm至5μm)、碳化鉻CrC(粒徑為1μm至5μm)的粉末及Ni粉末(粒徑為1μm至5μm)按重量比1∶20∶7的比例混合，用公知的方法將其粉末造粒。造粒的粒子的粒徑平均是65μm。使用該造粒粉與所述同樣的方法制造復合絲。這樣制作的復合絲的化學組成，如表1的實施例2所揭示的那樣。
在該實施例2的復合絲中，由于把填充在外皮內的填充粉末造粒并做成希望大小的粒狀體，所以可以抑制電弧噴鍍時的硬質粒子的飛散，可以提高噴鍍效率。另外，可以使被膜內的氣孔率變小來提高致密性，可以形成高品質、耐磨損性優(yōu)良的被膜。
與所述同樣地用NiCr合金制造外皮，作為填充粉末，調整并混合碳化鉻CrC(粒徑為1μm至5μm)的粉末及Co的粉末(粒徑為2μm至5μm)，使之成為表1的實施例3所示的組成，用公知的方法將其粉末造粒。造粒的粒子的粒徑平均是65μm。使用該造粒粉與所述同樣的方法制造復合絲。這樣制作的復合絲的化學組成，如表1的實施例3所揭示的那樣。
在該實施例3的復合絲中，也與實施例2一樣，由于把填充在外皮內的填充粉末造粒并做成希望大小的粒狀體，所以可以抑制電弧噴鍍時的硬質粒子的飛散，可以提高噴鍍效率。另外，可以使被膜內的氣孔率變小來提高致密性，可以形成高品質、耐磨損性優(yōu)良的被膜。
與所述同樣地用不銹鋼(SUS304)制作外皮，作為填充粉末，調整并混合由WC構成的硬質粒子的粉末(粒徑為μm至5μm)、碳化鈦(TiC)的粉末(粒徑為1μm至5μm)、NiB合金的粉末(粒徑為44μm至65μm)，使之成為表1的實施例4所示組成來制造復合絲。由此，復合絲與實施例1同樣，作為整體可以自熔性化(低熔點化)。這樣制作的復合絲的化學組成，如表1的實施例4所揭示的那樣。
該實施例4的復合絲，由于添加了硼(B)及硅(Si)，所以與實施例1的復合絲一樣，可以使作為硬質粒子的WC粒子高效率地分散在作為噴鍍層的被膜內，由于合金的母相自身高硬度化，可以使被膜內的氣孔率變小來提高致密性，可以形成高品質、耐磨損性優(yōu)良的被膜。
與所述同樣地用NiCr合金制作外皮，作為粉末，調整并混合由WC構成的硬質粒子的粉末(粒徑為44μm至65μm)、Co的粉末(粒徑為44μm至65μm)、Cr的粉末(粒徑為44μm至65μm)、NiB合金的粉末(粒徑為44μm至65μm)及FeSi的粉末(粒徑為44μm至65μm)，使之成為表1的實施例5所示組成來制造復合絲。由此，復合絲與實施例1同樣，作為整體可以自熔性化(低熔點化)。這樣制作的復合絲的化學組成，如表1的實施例5所揭示的那樣。
在該實施例5的復合絲中，由于在由Ni基合金組成的復合絲中添加了硼(B)及硅(Si)，所以與實施例1的復合絲一樣，可以使作為硬質粒子的WC粒子高效率地分散在作為噴鍍層的被膜內，由于合金的母相自身高硬度化，可以使被膜內的氣孔率變小來提高致密性，可以形成高品質、耐磨損性優(yōu)良的被膜。
與所述同樣地用NiCr合金制作外皮，作為粉末，在由CrC構成的粉末的造粒粉(粒徑為15μ至125μm)中，調整并混合NiB合金的粉末(粒徑為44μm至65μm)及FeSi的粉末(粒徑為44μm至65μm)，用公知的方法將其混合的粉末造粒。造粒的粒子的粒徑平均是65μm。然后，使用該造粒粉與所述同樣地制造了復合絲。由此，復合絲與實施例1一樣，作為整體可以自熔性化(低熔點化)。這樣制作的復合絲的化學組成，如表1的實施例6所揭示的那樣。
在該實施例6的復合絲中由于在Ni基合金構成的復合絲中添加了硼(B)及硅(Si)，所以與實施例1的復合絲同樣，可以高效率地把CrC粒子分散在作為噴鍍層的被膜內，可以形成乃磨損性等優(yōu)良的被膜。而且，由于填充粉末被造粒，所以可以提高噴鍍效率。
再有，在上述實施例中，作為在陶瓷的粉末中添加B、Si等添加物的方法，對添加并混合NiB、FeSi等粉末的情況進行了說明，但也可以用濕式電鍍的方法進行添加。例如，在含B及Si的電鍍液中對WC或者W2C等硬質粒子進行無電鍍的方法，或者在含B及Si的電鍍液中對外皮、環(huán)箍連續(xù)地進行無電鍍或電鍍的方法都是有效的方法。除了上述濕式電鍍法之外，在陶瓷的粉末或者外皮的外面上蒸鍍B及/或Si的物理蒸鍍法或者化學氣相法也是有效的方法。
作為外皮的材料，使用進行了調整并混合的粉末，使之成為表1的實施例7所示的組成。用這樣的材料與所述實施例同樣地制作外皮，在其中填充W2C的粉末(粒徑為44μm至65μm)來形成復合絲。
在該實施例7的復合絲中，通過在外皮的材質自身上添加B及Si使外皮低熔點化，由此，作為復合絲整體進行自熔性化。因此，在該實施例中，也可以收到與實施例1的復合絲相同的效果。在該實施例的情況，由于在外皮自身上混入了B、Si等，所以在放入管狀的外皮內的粉末中沒有必要放入這些材料，可以增加相當于該部分復合絲的每單位長度的WC、W2C等陶瓷的含有量，可以提高陶瓷的噴鍍效率。
作為外皮的材料，使用進行了調整并混合的粉末，使之成為表1的實施例8所示的組成。用這樣的材料與所述實施例同樣地制作外皮，在其中填充W2C的粉末(粒徑為44μm至65μm)來形成復合絲。
在該實施例8的復合絲中，與實施例7同樣地通過在外皮的材質自身上添加B及Si使外皮低熔點化，由此，作為復合絲整體進行自熔性化，但在外皮是Co基自熔性合金這一點上與實施例7不同。用該實施例的復合絲也能產生與實施例1的復合絲相同的效果。在該實施例的情況，由于在外皮自身上混入了B、Si等，所以在放入管狀的外皮內的粉末中沒有必要放入這些材料，可以增加相當于該部分復合絲的每單位長度的WC、W2C等的陶瓷的含有量，可以提高陶瓷的噴鍍效率。

如所述那樣，用Ni基合金制作外皮，作為填充粉末(填充在外皮內的粉末)，在由W2C構成的硬質粒子(粒徑為44μm至65μm)中添加BC的粉末和FeSi的粉末來制作復合絲。由此，復合絲作為整體可以自熔性化(低熔點化)。這樣制作的復合絲的化學組成，如表1的實施例9所示的那樣。發(fā)明人發(fā)現當在由W2C硬質粒子構成的粉末中添加BC化合物粉末和FeSi化合物粉末來使所述復合絲進行自熔性合金化時，噴鍍層自身進行高硬度化。通過在由Ni基合金構成的復合絲中添加硼和硅，可以使作為硬質粒子的W2C高效率地分散在噴鍍層內，由于合金的母相自身進行高硬度化，所以可以使被膜內的氣孔率變小來提高致密性，可以形成耐磨損性優(yōu)良的被膜。
如所述那樣，用Co基合金制作外皮，作為填充粉末(填充在外皮內的粉末)，在由W2C構成的硬質粒子(粒徑為44μm至65μm)中添加BC的粉末和FeSi的粉末來制作復合絲。由此，復合絲作為整體可以自熔性化(低熔點化)。這樣制作的復合絲的化學組成，如表1的實施例10所示的那樣。發(fā)明人發(fā)現當在由W2C硬質粒子構成的粉末中添加BC化合物粉末和FeSi化合物粉末來使所述復合絲進行自熔性合金化時，噴鍍層自身進行高硬度化。通過在由Co基合金構成的復合絲中添加硼和硅，可以使作為硬質粒子的W2C高效率地分散在噴鍍層內，由于合金的母相自身進行高硬度化，所以可以使被膜內的氣孔率變小來提高致密性，可以形成耐磨損性優(yōu)良的被膜。
發(fā)明人為了調查基材及各種電弧噴鍍材料的耐泥漿侵蝕性，實施了使以SiO2為主要成分的砂混入清水中的泥漿侵蝕試驗。實驗條件砂的平均粒徑是5μm、砂的濃度是1kg/m2、砂的沖擊角度是15°以下、砂的相對沖擊速度是55m/s。圖5表示基材及各種電弧噴鍍材料的維氏硬度和泥漿侵蝕損傷速度的關系。圖5表明，維氏硬度越增加，耐泥漿侵蝕性越高。當與原有的含有W2C硬質粒子的Ni基體合金比較時，本發(fā)明的實施例7的含有W2C硬質粒子的Ni基自熔性合金(外皮自身成為自熔性合金的情況)，維氏硬度增加了，耐泥漿侵蝕性提高了。一般地希望噴鍍層的硬質粒徑與含在河川水中的砂的粒徑相同。另外，在電弧噴鍍中，由于成為用空氣噴嘴吹飛復合絲的熔滴及未熔融的陶瓷粒子的機構，所以當陶瓷粒徑是150μm以下，陶瓷粒子向周邊飛散，因此，噴鍍層內的陶瓷粒子的噴鍍效率變低了。另外，當填充在復合絲內的碳化物，例如，WC、W2C等硬質粒徑是5μm以下時，噴鍍效率非常小，這已在前面敘述了。再有，當把碳化物等的粒徑做成較小時，在電弧噴鍍施工時，碳化物粒子自身進行高溫氧化。本發(fā)明人認為，如果做成不用空氣噴嘴，而是使用了還原性氣體或者氮氣或者惰性氣體的噴嘴來吹飛復合絲的熔滴及未熔融的陶瓷粒子的機構，碳化物的粒徑即使是5μm以下，也可以防止其在噴鍍時進行氧化。在使用通常的空氣噴嘴的電弧噴鍍中使用的WC、W2C等碳化物的粒徑，優(yōu)選在5μm以上，150μm以下。
當所述陶瓷粒徑是150μm以下時，由于陶瓷粒子向周邊飛散，所以噴鍍層的陶瓷粒子的噴鍍效率變低，不能得到所希望的耐磨損性被膜，這已在前面敘述了。由于即使用本發(fā)明的自熔性合金化的方法，在硬質粒徑是數十μm左右的情況，噴鍍效率也變低，所以通過用金屬或者合金或者成為自熔性合金的粉末等進行造?；?，可以提高噴鍍效率，優(yōu)選把本發(fā)明的自熔性合金的低熔點化、造粒化的2次粒子的直徑做成40μm以上。但是，由于氧化物粒徑不會引起電弧噴鍍時的氧化物的變質，所以優(yōu)選用粒徑與河川水的砂的粒徑相符合的粒子進行施工。
在各種電弧噴鍍條件下，對制作的復合絲在下述的條件下進行荒田式噴鍍被膜評價試驗的噴射侵蝕試驗。圖6表示調查得到的各種電弧噴鍍材料的耐磨損性的結果。結果表明，在原有的復合絲中，噴鍍施工條件對耐磨損性有較大的影響。在本發(fā)明的復合絲中，即使改變噴鍍施工時的空氣壓力的條件，都表現出幾乎固定的良好的耐磨損性。在考慮用于泵等葉輪的情況，即使是復雜形狀的對象物也表現出恒定的耐磨損性，這在實用上也是有效的效果。
荒田式噴鍍被膜評價試驗的噴射侵蝕試驗條件噴射劑Al2O3(粒度60Mesh)
噴射角度 30°噴射距離 90mm噴射壓力B3.1kg/cm2噴射噴嘴 φ5.2mm上述那樣制作的電弧噴鍍用耐磨損材料復合絲，由電弧噴鍍法噴鍍在基材的表面上，在基材上形成耐磨損性被膜。作為形成這樣的耐磨損性的被膜的基材的例子，可以舉出水輪機、壓縮機等旋轉機械的部件，更具體地講，可以舉出要求耐砂侵蝕性或耐泥漿侵蝕性等的葉輪、套管、葉片、軸承及密封件等，使這樣的基材的耐磨損性提高，使用這樣的基材的機械例如泵、水輪機、壓縮機等的壽命可以延長。
更具體地講，如圖7所示，葉輪30由形成承受旋轉軸的軸孔31的輪轂32向半徑方向外側放射狀擴大的圓板狀的主板33、在軸向上(圖7中的上下方向)與主板33隔離的環(huán)狀的側板34、在主板33和側板34之間在圓周方向(繞軸孔的軸線O-O旋轉的圓周方向)上隔離成等間隔配置且沿所希望的曲面彎曲并與側板及主板一體形成的多個翼板35構成，由主板33、側板34及翼板35劃定流體流動的流路36。流路36的半徑方向內側的部分37成為入口部，半徑方向外側部分38成為出口部。環(huán)狀的側板34具有向圓周方向內側的軸向延伸的部分34a和向半徑方向外側延伸的部分34b，由軸向延伸部分34a劃定葉輪30的入口39。在使這樣的葉輪30旋轉來輸出流體的情況，例如，當使葉輪在含有砂土的水中旋轉時，水中的砂土的粒子與葉輪30的表面，特別是劃定葉輪30內的流路36的主板33的內面41、側板34的內面43及翼板35的兩面、即壓力面43、負壓面44碰撞并磨損它們，它們的表面因摩擦而磨損得很厲害。
因此，在劃定成葉輪30的上述流路36的內面41及42、壓力面43及負壓面44、入口39的內面45、側板34的外側面46及主板33的里面47之中所希望的面，例如，劃定流路的內面41、42、壓力面43及負壓面44上，用上述電弧噴鍍用磨損材料復合絲實施表面處理來形成被膜。
如上述那樣使用電弧噴鍍用耐磨損材料復合絲進行表面處理的本發(fā)明的葉輪30，可以用于水輪機或泵那樣的流體機械上。在圖8中，作為這樣的流體機械的一個例子，用剖面表示了立形泵50。在同圖中，泵50備有形成收容本發(fā)明的葉輪30的泵室52的殼體51、垂直地配置軸線并在上端固定葉輪30的主軸57、安裝在殼體的上方并旋轉自由地把主軸57支承在殼體上的主軸承58、防止流體從殼體51和主軸57之間泄漏的密封裝置59。殼體51用公知的方法固定在管狀的支承臺60上。殼體51備有上側的圓盤狀的端板53、形成旋渦狀的出口室55的殼體本體54、管狀的罩子56。在罩子56的下端連接筒狀的吸出管61。
在上述泵中，當通過使主軸37旋轉而使固定在其下端的葉輪30旋轉時，流體在吸出管61內如用箭頭X表示的那樣被吸入葉輪的入口39內，通過葉輪30的流路36從出口38側向半徑方向壓出，流入出口室55內。出口室內的流體從未圖示的出口輸出?？梢杂秒娀婂冇媚湍p材料復合絲表面處理殼體的內面的至少一部分。
根據本發(fā)明，可以實現下面的效果。
(1)可以抑制噴鍍處理中的硬質粒子的飛散，使噴鍍被膜中的所述粒子的量增加并使耐磨損性提高。
(2)通過抑制硬質粒子的飛散可以使噴鍍效率增加。
(3)可以使硬質粒子高效率地分散在作為噴鍍層的被膜內，由于合金的母相自身進行高硬度化，所以可以使被膜內的氣孔率變小并提高致密性，可以形成高品質、耐磨損性等。
(4)可以形成耐泥漿侵蝕性優(yōu)良的噴鍍被膜。
權利要求
1.電弧噴鍍用耐磨損材料復合絲，其特征在于，用從由鎳基合金、鈷基合金及鐵基合金組成的組中選擇的至少一種材料制作的外皮覆蓋從由金屬、陶瓷及它們的組合組成的組中選擇的至少一種材料制作的粉末，在所述粉末中，添加從由硼或硼化合物、硅或硅化合物及磷或磷化合物組成的組中選擇的至少一種材料制作的粉末，進行自熔性化。
2.電弧噴鍍用耐磨損材料復合絲，其特征在于，用從由鎳基合金、鈷基合金及鐵基合金組成的組中選擇的至少一種材料制作的外皮覆蓋從由金屬、陶瓷及它們的組合組成的組中選擇的至少一種材料制作的粉末，在所述外皮的材料中，添加從由硼、硅及磷組成的組中選擇的至少一種元素，進行自熔性化。
3.如權利要求1所述的電弧噴鍍用耐磨損材料復合絲，其特征在于，將從由金屬、陶瓷及它們的組合組成的組中選擇的至少一種材料制作的粉末和從由硼或硼化合物、硅或硅化合物及磷或磷化合物組成的組中選擇的至少一種材料制作的粉末造粒，使粒徑為15μm至150μm。
4.如權利要求3所述的電弧噴鍍用耐磨損材料復合絲，其特征在于，用所述一種材料制作的粉末的粒徑為5μm至65μm。
5.如權利要求1至4的任一項所述的電弧噴鍍用耐磨損材料復合絲，其特征在于，所述陶瓷是碳化物及氧化物中的任何一種。
6.如權利要求1至6的任一項所述的電弧噴鍍用耐磨損材料復合絲，其特征在于，所述陶瓷是WC或者W2C。
7.如權利要求6所述的電弧噴鍍用耐磨損材料復合絲，其特征在于，以所述的WC或者W2C作為主要成分的一次粒徑是5μm以上150μm以下。
8.葉輪，其特征在于，備有輪轂和在圓周方向上隔離地安裝在所述輪轂的周圍的多個翼板，所述葉輪的表面的至少一部分上，用權利要求1至7的任一項所述的電弧噴鍍用耐磨損材料復合絲進行表面處理。
9.流體機械，其特征在于，備有備有輪轂和在圓周方向隔離地安裝在所述輪轂的周圍的多個翼板的葉輪；劃定能旋轉地收容所述葉輪的室的殼體，所述葉輪的表面的至少一部分及/或所述殼體的內面的至少一部分，用權利要求1至7任一項所述的電弧噴鍍用耐磨損材料復合絲進行表面處理。
全文摘要
是用從由鎳基合金、鈷基合金及鐵基合金組成的組中選擇的至少一種材料制作的外皮2覆蓋從由金屬、陶瓷及它們的組合組成的組中選擇的至少一種材料制作的粉末3的電弧噴鍍用耐磨損材料復合絲1。復合絲的特征在于，在這樣的粉末中添加從由硼或硼化合物、硅或硅化合物及磷或磷化合物組成的組中選擇的至少一種材料制作的粉末，進行自熔性化。
文檔編號C23C4/04GK1671879SQ0381836
公開日2005年9月21日 申請日期2003年6月25日 優(yōu)先權日2002年6月25日
發(fā)明者中浜修平, 長坂浩志, 杉山憲一 申請人:株式會社荏原制作所