[發明專利]一種金屬水輪機轉輪表面等離子熔覆方法

無效

• 申請號: 201110211170.0
• 申請日: 2011-07-27
• 公開（公告）號: CN102230176A
• 公開（公告）日: 2011-11-02
• 發明（設計）人: 王建升
• 申請（專利權）人: 王建升
• 主分類號: C23C24/10
• 分類號: C23C24/10
• 代理公司: 鄭州天陽專利事務所(普通合伙) 41113
• 代理人: 聶孟民

技術領域

本發明涉及機械處理方法，特別是一種金屬水輪機轉輪表面等離子熔覆方法。即采用等離子熔覆方法在金屬水輪機轉輪表面形成高強度耐磨涂層,該方法可廣泛應用于水利行業金屬水輪機轉輪。

背景技術

我國是世界上水力資源極為豐富的國家，水電已成為我國重點發展的可再生能源之一，水力可開發的電能力3.8億kw，年發電量1.9萬億kw.h，相當于11億噸原煤的發電量。但同時我國的河流泥沙含量大，長江及其支流以沙粒硬度高為特點，黃河則以含沙量大為特征，目前已經運行的100多座大中型水電站中，有嚴重泥沙磨損的約占40%，在黃河干支流上這一數值更是高達66.3%，黃河三門峽河段的年輸沙量近16億t，為世界之最，對水輪機過流部件的磨蝕更為突出，據估計，在已運行的水電站中，約有1/5～1/4的水輪機葉片遭受不同程度的泥沙危害，每年因水輪機過流部件（主要為葉片）磨蝕破壞而停運或檢修引起的電能損失約20～30億kw.h，年消耗檢修費及設備更新費達千萬元之巨。如黃河上、中游的劉家峽、鹽鍋峽、青銅峽、天橋、三門峽等水電站的水輪機不同程度地遭受泥沙磨蝕破壞，特別是距小浪底最近的三門峽，破壞最為嚴重，經過一個汛期的運行，轉輪葉片的破壞程度趨于報廢，被迫汛期停運，每年造成直接與間接的經濟損失更無法估計。因此如何解決水輪機過流部件的磨蝕問題已經成為工程建設中的關鍵技術之一。

目前，制造水輪機轉輪的材料代表性的有普通碳鋼、低合金鋼、普通不銹鋼和高強度不銹鋼。國內一般的水輪機轉輪通常為鑄鋼、Cr5Cu合金鋼、1Cr18Ni9Ti不銹鋼、ZG0Cr13Ni5Mo不銹鋼、0Cr13Ni5Mo不銹鋼、ZG0Cr16Ni5Mo不銹鋼、GX5GrNi13-4V1、ZG0Cr13Ni4Mo不銹鋼、00Cr13Ni4Mo等不銹鋼等材料制成的。用于水輪機轉輪表面硬化的方法有激光表面淬火、表面堆焊耐磨材料、表面熱噴涂?(包括氧乙炔噴涂、等離子噴涂、電弧噴涂和超音速噴涂)?耐磨耐熱材料、電火花表面強化等。激光表面淬火硬化層薄且設備投資大、維護費用高；表面堆焊耐磨材料成本高，而且也存在表面加工困難的問題；表面熱噴涂前處理一般采用噴砂，有環境污染，涂層加工困難，涂層與基體之間的結合屬于機械結合，涂層易疲勞剝落；電火花表面強化由于涂層很薄，一般厚度為幾十微米，且工作效率很慢，用于中大型水輪機轉輪的強化就不適合。因此，如何更好的對水輪機轉輪進行處理是本領域技術人員一直在研究解決的技術問題。

發明內容

本發明的目的在于克服上述方法所制造金屬水輪機轉輪表面強化的不足，提供一種金屬水輪機轉輪表面等離子熔覆方法，對金屬水輪機轉輪葉片進行等離子熔覆處理，可有效解決水輪機轉輪葉片的表面的硬度、耐磨性、耐腐蝕性和耐沖擊性等性能，延長金屬水輪機轉輪的使用壽命的問題。

本發明解決的技術方案是，用非氧化性的等離子束流在把合金粉末熔覆在水輪機轉輪葉片表面上，形成硬質合金涂層，步驟是：

1、配制鐵鎳合金粉末，方法是，按重量百分比將Ni?25～30%、Cr?15～25%、C?1～2%、Mo?2～3%、B?2～4%、Si?3～5%、W?2～4%、余量為Fe?的粉末，混合在一起制成；

2、采用等離子熔覆耐磨設備（公知常用設備，如北京等離子熔覆耐磨設備技術公司，或河南省煤科院耐磨技術有限公司），設定工藝參數，輸入電源電壓：380V±10%，額定輸入容量：?30KVA，輸出電壓：75V?，工作電壓：?10～30V?，輸出電流：?300～600A，掃描速度：?150～500mm/min，送粉器氣流：0.6～1.2?m³/h，離子氣體流量：0.6～1.0?m³/h，保護氣體流量：0.6～1.0?m³/h；

3、開啟等離子熔覆耐磨設備的工作臺運行，使等離子炬移到水輪機轉輪葉片熔覆部位上方，開啟等離子炬保護氣體氬氣和電源起弧，進入等離子束熔覆過程，按步驟2中給出的工藝參數，按等離子熔覆耐磨設備的常規操作方法，對等離子熔覆耐磨設備進行操作，在直流等離子束流的高溫10000-16000℃下，將步驟1中配置好的鐵鎳合金粉末同步送入等離子炬的等離子束流中，水輪機轉輪葉片表面快速依次形成與束流直徑尺寸相近的熔池，粉末經快速加熱，呈熔化或半熔化狀態與熔池金屬發生混合擴散反應，隨著等離子束流的移動，合金熔池迅速凝固，形成與基體呈冶金結合1-10mm厚的硬質合金涂層；

4、熔覆完成后，關閉等離子炬電源和氣源，熔覆后，對葉片表面的硬質合金涂層經磨削或拋光，或直接作為葉片使用。