[發明專利]一種新型CeO2改性鐵基合金抗磨蝕涂層及制備方法

在審

• 申請號: 201811275221.4
• 申請日: 2018-10-19
• 公開（公告）號: CN110184556A
• 公開（公告）日: 2019-08-30
• 發明（設計）人: 周晶晶;其他發明人請求不公開姓名
• 申請（專利權）人: 蘭州城市學院
• 主分類號: C23C4/134
• 分類號: C23C4/134;C23C4/06;C23C4/08
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• 代理人: 暫無信息

本發明公開了一種新型CeO₂改性鐵基合金抗磨蝕涂層及制備方法，該新型CeO₂改性鐵基合金抗磨蝕涂層由依次經過超音速等離子噴涂的結合層和抗磨蝕層組成；所述結合層的組成成分為Ni₅Al粉；所述抗磨蝕層的組成成分及其重量百分比為：Al₂O₃粉15～20％、Cr₂O₃粉5～10％、CeO₂粉0.5～1.0％、余量鐵基合金粉。本發明通過稀土CeO₂改性和Cr₂O₃等硬質相的顆粒增強作用，改善了鐵基合金涂層微觀組織結構，提高其硬度、強度及抗磨蝕性能；本發明所制備的涂層組織致密且孔隙度低于3％，涂層的顯微硬度不低于1300HV_0.2，結合強度達40MPa左右，磨損率在3×10^?3mm³/(N.m)以下。本發明制備了具有高抗磨蝕性能的復合涂層，制備工藝簡單，可廣泛應用于多泥沙河流上水力機械過流部件的表面防護。

技術領域

本發明涉及表面涂層技術領域，特別是一種新型CeO₂改性鐵基合金抗磨蝕涂層及制備方法。

背景技術

含沙水域中水力機械過流部件的泥沙磨蝕是國內外多泥沙河流水電站或大型提灌工程中一個非常棘手的問題，是水力機械工程中急待解決的重要技術難題。多泥沙河流上水力機械的磨蝕，往往是泥沙沖蝕磨損和空蝕(以前稱作氣蝕)同時存在，二者相互促進，破壞疊加，大大加速了水力機械(如水輪機、提灌水泵等)過流部件金屬表面的破壞進程，嚴重的磨蝕破壞將導致機械的使用壽命縮減，大修周期縮短，材料消耗和備品備件增加，經濟損失巨大，因此，要求材料具有很好的抗沖蝕磨損性能以及耐腐蝕性能。例如水輪機作為水電站的主機設備，其運行好壞直接關系到水電站乃至整個電力系統運行的技術經濟水平。根據對我國運行的水電站現場調查表明，水輪機過流部件，特別是轉輪的氣蝕破壞是當前水輪機運行中最為突出的問題。氣蝕和磨損是水力機械中普遍存在的問題。氣蝕可使水輪機過流部件表面上產生魚鱗坑或使表面呈海綿狀，破壞了表面原有的繞流條件，使水輪機效率和出力降低，嚴重時還可使轉輪葉片掉塊、掉邊、穿孔，甚至脫落。除此以外，由于水電站的水流中經常夾帶著大量的砂粒，水輪機還要承受砂粒的沖蝕磨損。近年來，為減少水力機械過流部件由于高流速、高含沙量水流氣蝕、沖蝕磨損導致的停機、維修，國內外研究工作者進行了長期的試驗研究，已經取得了一些成果。印度主要從事高性能HVOF涂層的開發及材料滲氮工藝的研究，結果表明：采用HVOF方法制備的WC/Co涂層比13Cr-4Ni和12Cr鋼表面滲氮處理的材料具有更高的磨損性能，但是由于制備的WC顯微組織中有少量空穴的存在，在高能泥沙沖擊時，涂層易氣蝕破壞。目前國內常用的過流部件防護技術有：(1)抗磨焊條堆焊，此項技術成熟，應用最為普遍，但對工件基體材料的可焊性要求高，堆焊層沖淡率大，焊層厚且不均勻。經堆焊法處理的水輪機葉片表面，在堆焊層未發生汽蝕破壞前，在堆焊點周圍又迅速發生新的氣蝕破壞，直至堆焊層底部。因此，堆焊法不能徹底解決水力機械過流部件漿體沖蝕汽蝕問題；(2)氧乙炔火焰合金粉末噴焊，是水輪機過流部件修復和預保護的一種比較理想的表面保護工藝，但由于制備工藝造成涂層內部質量缺陷較多，仍未達到水輪機關鍵部件理想的使用要求；(3)超音速火焰WC噴涂層的抗磨損性能很好，但抗空蝕性能較差，而且WC價格昂貴，涂層成本較高也不利于大范圍推廣應用。

發明內容

本發明的目的是要解決現有技術中存在的不足，提供一種新型CeO₂改性鐵基合金抗磨蝕涂層及制備方法，以鐵基合金為基體并復配Al₂O₃、Cr₂O₃和稀土CeO₂的抗磨蝕涂層，該涂層組織均勻致密，結合強度適當，耐腐蝕性好，抗磨蝕性能高、制備工藝簡單，原料來源豐富，操作方便。

為達到上述目的，本發明是按照以下技術方案實施的：