[發(fā)明專利]一種強(qiáng)化水泵葉輪表面等離子噴涂陶瓷涂層的制備方法

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201710119471.8
• 申請(qǐng)日: 2017-02-28
• 公開（公告）號(hào): CN107299310A
• 公開（公告）日: 2017-10-27
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張超;劉黎明;吳慶丹;肖金坤
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 揚(yáng)州大學(xué)
• 主分類號(hào): C23C4/134
• 分類號(hào): C23C4/134;C23C4/10
• 代理公司: 南京中新達(dá)專利代理有限公司32226
• 代理人: 孫鷗,朱杰

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及工程與材料科學(xué)的表面涂層技術(shù)技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種強(qiáng)化水泵葉輪表面等離子噴涂陶瓷涂層的制備方法。

背景技術(shù)

一直以來，水泵過流部件的汽蝕、磨損及其聯(lián)合破壞是水泵運(yùn)行、檢修維護(hù)過程中的一個(gè)大問題。尤其是在多泥沙水系中運(yùn)行的水泵，在泥沙磨損和空化的聯(lián)合作用下，水泵葉輪的損壞速度遠(yuǎn)超于單一的沖蝕磨損和空化破壞。汽蝕磨損破壞縮短了水泵檢修周期，造成了大量的人力、物力、財(cái)力的浪費(fèi)。因此，如何有效的提高水泵過流部件(葉輪)的抗磨蝕破壞性能，延長(zhǎng)水泵的大修期，確保水泵機(jī)組經(jīng)濟(jì)、安全、高效運(yùn)行，是目前亟待解決的問題。

氣泡的形成、增長(zhǎng)和潰滅以及造成的侵蝕過程稱為汽蝕。水泵葉輪汽蝕的發(fā)生是由于入口附近低壓區(qū)處的壓力降低到液體飽和蒸汽壓力，導(dǎo)致部分液體汽化所致。汽蝕造成的后果是嚴(yán)重的，它使水泵的流量、效率及揚(yáng)程急劇下降，同時(shí)汽蝕還伴有噪音響聲，引起機(jī)組和廠房的震動(dòng)，造成不穩(wěn)定運(yùn)行。水泵的磨損破壞是指水流對(duì)泵的過流部件的沖刷和泥沙磨損破壞。磨損破壞主要發(fā)生在泵的葉輪與泵殼、葉輪與密封環(huán)間隙等處。磨損破壞同樣會(huì)影響泵的性能，使泵的流量、揚(yáng)程和效率降低，并引起機(jī)組的震動(dòng)和不穩(wěn)定運(yùn)行。汽蝕和磨損這兩者的聯(lián)合作用是水泵實(shí)際運(yùn)行過程中不可避免的問題。

目前，采用激光表面改性、熱噴涂、化學(xué)鍍和電鍍等方法對(duì)水泵葉輪表面進(jìn)行改性，可以提高葉輪的抗磨蝕性能，延長(zhǎng)泵的服役壽命。大量實(shí)踐表明，表面涂覆涂層是提高材料耐磨防腐性能中最有效、最常用的一種方法。等離子噴涂是以非轉(zhuǎn)移弧的等離子弧為熱源，將材料以粉末形式送入焰流中心加熱到熔融或半熔融狀態(tài)，噴射到基材表面形成涂層的方法。等離子弧所產(chǎn)生的溫度可高達(dá)15000℃，幾乎可熔化所有材料，尤其適合噴涂熔點(diǎn)高的陶瓷材料，同時(shí)被噴涂的零件尺寸范圍廣，可大面積噴涂，也可對(duì)大型構(gòu)件做局部噴涂。因此，在水泵葉輪表面采用等離子噴涂制備陶瓷涂層具有很大應(yīng)用前景。

CN105088224A發(fā)明一種水泵葉輪強(qiáng)化延壽的裝置和方法，該發(fā)明通過工控臺(tái)、六軸機(jī)械手、激光器、聚焦鏡和三爪卡盤的彼此配合，能夠?qū)崿F(xiàn)水泵葉輪曲面空間任意一點(diǎn)的定位，從而解決復(fù)雜空間曲面難以修復(fù)和強(qiáng)化的問題。采用激光熔覆工藝有效修復(fù)水泵葉輪表面產(chǎn)生的孔洞和犁溝等，不僅延長(zhǎng)了水泵葉輪的服役壽命，同時(shí)還大幅提高水泵葉輪的耐磨耐腐蝕性能。

CN102925848A發(fā)明公開一種水泵葉輪表面超音速火焰噴涂納米超硬復(fù)合涂層的制備方法。該發(fā)明采用超音速火焰噴涂工藝在水泵葉輪表面基體上制備納米結(jié)構(gòu)的WC-8Co超硬復(fù)合涂層，本發(fā)明涂層與基體的結(jié)合強(qiáng)度可達(dá)到100MPa，同時(shí)超音速火焰噴涂因其具有較高的噴射速度及較低的火焰溫度從而有效保證了粉末顆粒在噴涂過程中更少的氧化和脫碳。水泵葉輪基體表面WC-8Co硬質(zhì)合金涂層的硬度可達(dá)HRC 65，涂層組織結(jié)構(gòu)致密，具有優(yōu)異的耐磨耐蝕性，其適應(yīng)于各種磨粒、沖蝕和滑動(dòng)磨損的防護(hù)，繼而顯著提高了水泵的使用壽命。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的就在于克服上述缺陷，提供一種強(qiáng)化水泵葉輪表面等離子噴涂陶瓷涂層的制備方法。

本發(fā)明的技術(shù)方案是：

一種強(qiáng)化水泵葉輪表面等離子噴涂陶瓷涂層的制備方法，其特征在于，包含以下步驟：

(1)對(duì)水泵葉輪表面用丙酮進(jìn)行超聲清洗并干燥；

(2)對(duì)于待強(qiáng)化的水泵葉輪表面用棕剛玉進(jìn)行噴砂粗化處理；

(3)將陶瓷粉末置于烘箱中干燥備用；

(4)噴涂前利用噴槍焰流溫度對(duì)基體表面進(jìn)行預(yù)熱處理，隨后采用等離子噴涂工藝在預(yù)處理好的水泵葉輪基體表面噴涂陶瓷粉末，制備出具有高硬度的耐磨耐蝕陶瓷涂層；

(5)葉輪表面陶瓷涂層厚度根據(jù)需要分多次噴涂獲得；

(6)將噴涂好的工件采用石棉包覆，置于空氣中自然冷卻。

所述步驟(1)中水泵葉輪可以是鑄鐵葉輪、不銹鋼葉輪、鋁合金葉輪、黃銅葉輪等基體。

所述步驟(2)中棕剛玉粒度范圍為16-24目，激活后的水泵葉輪表面粗糙度要求不低于Ra 7.0。

所述步驟(3)中陶瓷粉末包括氧化物陶瓷粉末、氮化物陶瓷粉末、碳化物陶瓷粉末以及陶瓷基復(fù)合粉末等。

所述步驟(4)中基體預(yù)熱溫度為100-200℃，等離子噴涂工藝電流為300-700A，電壓為30-80V，等離子生成氣Ar流量為40-60L/min，H₂流量為2-10L/min，送粉速度為20-80g/min，噴涂距離為80-150mm。

所述步驟(4)中陶瓷涂層的硬度可達(dá)HV 800-1200。