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CN115351271B - 一种叶轮耐蚀涂层粉末、叶轮耐蚀涂层及其制备方法 - Google Patents

一种叶轮耐蚀涂层粉末、叶轮耐蚀涂层及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种叶轮耐蚀涂层粉末、叶轮耐蚀涂层及其制备方法。叶轮耐蚀涂层粉末包括：Cr：15～20wt％；Mo：15～20wt％；Co：1～5wt％；Cu：1～5wt％；W：1～4wt％；Nb：1～3wt％；Al：0.5～2wt％；Ti：0.5～2wt％；稀土氧化物：0.1～2wt％，余量为Ni。通过超音速火焰喷涂和强化处理方法制备得到叶轮耐蚀涂层，所制备涂层具有组织均匀，耐蚀性好，结合强度高，强韧性好，孔隙率低等特点，且施工灵活性和制备效率高，可满足电力机械的相关防护需求。

Description

一种叶轮耐蚀涂层粉末、叶轮耐蚀涂层及其制备方法
技术领域
本发明属于金属材料表面强化技术领域，具体而言，本发明涉及一种叶轮耐蚀涂层粉末、叶轮耐蚀涂层及其制备方法。
背景技术
电力行业中，水轮机、汽轮机、脱硫泵等设备运行工况恶劣，叶轮部件普遍存在表面损伤的问题，其中尤以汽蚀、水蚀、冲磨蚀、高温和化学腐蚀等问题较为严重。高速旋转部件表面损伤后，动平衡被破坏，不但会持续产生振动和高频噪声，还会降低运行效率，影响人员安全和设备服役寿命，造成电力生产隐患。目前，叶轮部件的表面强化处理技术主要为表面改性强化和表面涂层防护两种，但是由于叶轮部件多为不规则旋转体，表面改性强化技术的可施工性严重受限，表面涂层防护技术从功能性、灵活性和成本角度考虑均具有更佳的应用前景。针对上述恶劣动态工况，防护涂层除耐蚀性好外，还应具备结合强度高、强韧性好、孔隙率低、硬度较高等优良特性，以满足实际需要。
防护涂层材料的种类主要包括合金材料、陶瓷材料、聚合物材料、复合材料等。然而现有的涂层普遍存在耐耦合腐蚀损伤性不佳、易剥落失效、制备繁琐等问题。因此，一种用于叶轮部件的耐蚀性好，结合强度高，强韧性好，孔隙率低，硬度较高，施工灵活性和制备效率高的涂层及其制备方法亟待开发。
发明内容
本发明是基于发明人对以下事实和问题的发现和认识做出的：叶轮表面损伤是一个微观高速、多因素交互影响的复杂过程，为高速射流冲击、化学腐蚀、机械磨损、热力学作用等多种机制联合非线性耦合作用的结果。现有的涂层普遍存在耐耦合腐蚀损伤性不佳、易剥落失效、制备繁琐等问题。
涂层的制备可采用热喷涂、激光熔覆、电火花/电弧堆焊、PVD、CVD等方法。然而，激光熔覆法施工灵活性差，激光微区高能热量聚集极易造成薄壁叶轮变形；堆焊法生产效率低，只适用于小面积修复和防护；PVD、CVD方法制备涂层普遍厚度不足，且制备复杂、造价高昂。
本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本发明的实施例提出一种叶轮耐蚀涂层粉末、叶轮耐蚀涂层及其制备方法，涂层成分包括Ni、Cr、Mo、Co、Cu、W、Nb、Al、Ti和稀土氧化物，涂层材料为单相BCC结构，通过超音速火焰喷涂和强化处理方法制备得到叶轮耐蚀涂层，所制备涂层具有组织均匀，耐蚀性好，结合强度高，强韧性好，孔隙率低，硬度较高等特点，且施工灵活性和制备效率高，可满足电力机械的相关防护需求。
本发明实施例的一种叶轮耐蚀涂层粉末，包括：Cr：15～20wt％；Mo：15～20wt％；Co：1～5wt％；Cu：1～5wt％；W：1～4wt％；Nb：1～3wt％；Al：0.5～2wt％；Ti：0.5～2wt％；稀土氧化物：0.1～2wt％，余量为Ni。
根据本发明实施例的叶轮耐蚀涂层粉末带来的优点和技术效果：1、本发明实施例中，基体元素Ni不但韧塑性良好，具有显著的腐蚀钝化倾向；而且可有效固溶Cr、Mo、Cu、W等多种强化元素，叶轮耐蚀涂层粉末所制备的涂层为单相BCC结构，稳定且强度高。Cr元素具有优良的高温抗氧化性，可改善Ni基体在强氧化性介质中的耐蚀性，并可抑止有害相Ni4Mo的析出。Mo、Cu、Co等元素固溶强化作用显著，可有效加强涂层强度并改善韧性。Nb不但可以吸附O、S等杂质元素，还可以显著细化晶粒并起到沉淀强化的作用；高冷速沉积条件下可促进非晶相形成，进一步提高涂层强度和耐腐蚀性能。适当的Al、Ti等元素有利于提高叶轮耐蚀涂层的耐腐蚀性能和细化组织；Al、Ti元素与镍基体形成Ni-Al和Ni-Ti等金属间化合物，具有金属键和共价键共存的特性和长程有序结构特点，有利于提高叶轮耐蚀涂层的强度和耐腐蚀性能，并使涂层获得高强度、高弹性模量和耐疲劳应力的优良性能。适量的稀土氧化物可净化晶界杂质、有效细化组织，提高涂层组织均匀性，并减少裂纹和孔隙等缺陷，提高涂层的致密性、耐蚀性、显微硬度和结合强度；但是稀土氧化物过量会导致涂层强度降低、耐冲蚀磨蚀性能下降。2、本发明实施例中，叶轮耐蚀涂层粉末在Ni-Cr-Mo合金体系的基础上添加了一定比例的Cu、Co、Al、Ti、Nb、W等元素，在保证合金涂层耐蚀性的同时，不但降低了O、S等有害杂质的含量，还通过固溶强化、沉淀强化、相变强化等多种机制联合显著提高了单相BCC结构涂层的强度。
在一些实施例中，所述稀土氧化物包括La2O3、Y2O3、CeO2、Er2O3中的至少一种。
在一些实施例中，所述叶轮耐蚀涂层粉末还包括Fe、Mn、V、Zr、Ta、Re、Hf、B、Si元素中的至少一种，其含量总和不超过5wt％；Ni/(Al+Ti)＝10～50。
在一些实施例中，所述叶轮耐蚀涂层粉末中，杂质元素C含量≤0.01wt％；S含量≤0.001wt％；P含量≤0.03wt％；N含量≤0.03wt％。
在一些实施例中，所述叶轮耐蚀涂层粉末采用雾化技术制得；所述雾化技术包括等离子雾化、熔炼真空/气雾化、旋转离心雾化、超声波雾化中的至少一种；所述叶轮耐蚀涂层粉末为球形；所述叶轮耐蚀涂层粉末的粒度范围为5～45μm，优选地，所述叶轮耐蚀涂层粉末由粒度范围为5～25μm的细粉和粒度范围为25～45μm的粗粉组成，所述叶轮耐蚀涂层粉末中所述细粉与粗粉的配比为10wt％～90wt％：90wt％～10wt％。
本发明实施例的一种叶轮耐蚀涂层的制备方法，包括以下步骤：
(1)对叶轮表面进行喷砂处理，清洗；
(2)将本发明实施例的叶轮耐蚀涂层粉末采用超音速火焰喷涂工艺喷涂于步骤(1)中经清洗后的叶轮表面，形成涂层；
(3)对步骤(2)中的所述涂层进行热处理；
(4)对步骤(3)中的所述热处理后的涂层进行打磨以及抛光，制得叶轮耐蚀涂层。
根据本发明实施例的叶轮耐蚀涂层的制备方法带来的优点和技术效果：对叶轮表面进行喷砂处理以及清洗，有利于增大叶轮表面的接触面积和减少界面的锈迹、油污等杂质，提高涂层与叶轮基体的结合强度。本发明实施例中，采用超音速火焰喷涂处理，叶轮耐蚀涂层粉末经高温焰流熔融后以超音速喷向预热后的叶轮表面，急速冷却形成均匀致密的叶轮耐蚀涂层，制得的叶轮耐蚀涂层致密性高且杂质含量低，与基体结合强度可达到74MPa以上，优于常规喷涂。超音速火焰喷涂处理自动化程度高，灵活可控，适合叶轮等形状复杂部件的防护作业。本发明实施例中，高温高速喷涂激冷后表面存在热应力、组织应力、附加应力等，容易造成涂层开裂脱落，对涂层进行热处理去除应力，在保证叶轮不变形的前提下有效避免涂层开裂。本发明实施例中，增加表面打磨抛光处理工序以除去涂层表面凸起、气孔等缺陷，避免运行过程中缺陷脱落导致的涂层大面积损伤失效；保证叶轮表面平滑度，提高其运转效率，叶轮耐冲击腐蚀性和使用寿命大大提高。
在一些实施例中，所述步骤(1)中，所述喷砂处理的喷料包括纯氧化铝、棕刚玉、石英砂、金刚砂中的至少一种；所述喷料的粒径为30～80目；所述喷砂处理的压力为0.5～1Mpa，所述喷砂处理的时间5～120min，所述喷砂处理的喷砂角度为30°～60°，所述喷砂处理的喷砂距离为50～350mm；所述步骤(1)中经清洗后的叶轮表面的洁净度为Sa 2.5级以上，粗糙度为Ra 6.3以上。
在一些实施例中，所述步骤(2)中，所述超音速火焰喷涂工艺的工艺参数为：氧气流量为1500～2500SCFH，航空煤油流量为5～10GPH，喷涂距离为200～400mm，压缩空气流量为10～30SCFH，送粉量为40～150g/min，喷涂线速度为10～30m/min，喷枪燃烧室压力为80～150PSI，燃烧气流速度为1000m/s以上；所述喷涂期间在线监控叶轮喷涂位置温度；所述在线监控为采用固定式四点红外测温仪在线监控叶轮喷涂位置温度，四个红外点间距为50～100mm；所述喷涂位置的初始温度不高于100℃。
在一些实施例中，所述步骤(3)中，所述热处理采用表面火焰热喷处理，所述表面火焰热喷处理的外焰温度为100～600℃，移动速度为0.1～10m/min，所述表面火焰热喷处理的时间为0.5～12h，或，所述热处理采用炉内热处理，所述炉内热处理的温度为100～600℃，所述炉内热处理的时间0.5～12h；所述步骤(4)中，所述叶轮耐蚀涂层的表面粗糙度为Ra 6.3以下；所述叶轮耐蚀涂层的厚度为50～600μm。
本发明实施例的一种叶轮耐蚀涂层，由本发明实施例的制备方法制备得到。本发明实施例中，本发明的叶轮耐蚀涂层在Ni-Cr-Mo合金体系的基础上添加了一定比例的Cu、Co、Al、Ti、Nb、W等元素。在保证合金涂层耐蚀性的同时，不但降低了O、S等有害杂质的含量，还通过固溶强化、沉淀强化、相变强化等多种机制联合显著提高了单相BCC结构涂层的强度。叶轮耐蚀涂层孔隙率低，致密性高且杂质含量低，与基体结合强度可达到74MPa以上，耐蚀性能好。叶轮耐蚀涂层可用于水轮机、汽轮机、脱硫泵等设备的叶轮防护。
附图说明
图1是本发明叶轮耐蚀涂层制备流程图。
图2是本发明实施例1中制备的叶轮耐蚀涂层粉末的微观形貌图。
图3是本发明实施例1中制备的叶轮耐蚀涂层的SEM图。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
本发明实施例的一种叶轮耐蚀涂层粉末，包括：Cr：15～20wt％；Mo：15～20wt％；Co：1～5wt％；Cu：1～5wt％；W：1～4wt％；Nb：1～3wt％；Al：0.5～2wt％；Ti：0.5～2wt％；稀土氧化物：0.1～2wt％，余量为Ni。
本发明实施例的叶轮耐蚀涂层粉末，基体元素Ni不但韧塑性良好，具有显著的腐蚀钝化倾向；而且可有效固溶Cr、Mo、Cu、W等多种强化元素，叶轮耐蚀涂层粉末所制备的涂层为单相BCC结构，稳定且强度高。Cr元素具有优良的高温抗氧化性，可改善Ni基体在强氧化性介质中的耐蚀性，并可抑止有害相Ni4Mo的析出。Mo、Cu、Co等元素固溶强化作用显著，可有效加强涂层强度并改善韧性。Nb不但可以吸附O、S等杂质元素，还可以显著细化晶粒并起到沉淀强化的作用；高冷速沉积条件下可促进非晶相形成，进一步提高涂层强度和耐腐蚀性能。适当的Al、Ti等元素有利于提高叶轮耐蚀涂层的耐腐蚀性能和细化组织；Al、Ti元素与镍基体形成Ni-Al和Ni-Ti等金属间化合物，具有金属键和共价键共存的特性和长程有序结构特点，有利于提高叶轮耐蚀涂层的强度和耐腐蚀性能，并使涂层获得高强度、高弹性模量和耐疲劳应力的优良性能。适量的稀土氧化物可净化晶界杂质、有效细化组织，提高涂层组织均匀性，并减少裂纹和孔隙等缺陷，提高涂层的致密性、耐蚀性、显微硬度和结合强度；但是稀土氧化物过量会导致涂层强度降低、耐冲蚀磨蚀性能下降。本发明实施例中，叶轮耐蚀涂层粉末在Ni-Cr-Mo合金体系的基础上添加了一定比例的Cu、Co、Al、Ti、Nb、W等元素，在保证合金涂层耐蚀性的同时，不但降低了O、S等有害杂质的含量，还通过固溶强化、沉淀强化、相变强化等多种机制联合显著提高了单相BCC结构涂层的强度。
在一些实施例中，优选地，所述叶轮耐蚀涂层粉末，包括：Cr：16～18wt％；Mo：16～18wt％；Co：3～4wt％；Cu：1～5wt％；W：2～3wt％；Nb：1～3wt％；Al：0.5～1wt％；Ti：1～1.5wt％；稀土氧化物：0.1～2wt％，余量为Ni。
在一些实施例中，所述稀土氧化物包括La2O3、Y2O3、CeO2、Er2O3中的至少一种，优选地，La2O3。本发明实施例中，优选了稀土氧化物的种类，有利于进一步优化叶轮耐蚀涂层的组织均匀性，耐蚀性，结合强度，强韧性，孔隙率等性能。其中，氧化镧属于典型的镧系稀土氧化物，其净化晶界和细化组织作用更强，适当加入氧化镧，可使涂层孔隙率下降且提高组织均匀性，氧化镧弥散相钉扎位错，可提高涂层强度。
在一些实施例中，所述叶轮耐蚀涂层粉末还包括Fe、Mn、V、Zr、Ta、Re、Hf、B、Si元素中的至少一种；其含量总和不超过5wt％。本发明实施例中，低熔点元素B、Si的加入可以降低合金熔点，促进涂层中微非晶相的形成，由此进一步提高涂层的强度和耐蚀耐磨性能。Fe、Mn、V、Zr、Ta、Re、Hf、B、Si元素可适当加入，但含量过高时，会导致不可控的有害相生成或使得组织不均匀性加剧，对涂层性能的提高起到负作用。
在一些实施例中，Ni/(Al+Ti)＝10～50，可选地，20～40，优选地，20～35，更优选地，24.45～25.75。本发明实施例中，适当的Al、Ti等元素可与镍基体形成金属间化合物，有利于提高镍基合金涂层的强度和耐腐蚀性能。而Al、Ti等元素过量或比例不当会改变涂层晶格结构，造成晶格点阵匹配度下降和有害相形成，导致涂层耐蚀性下降，并影响强韧度；同样还会降低粉末熔焊性，导致热喷涂上粉率下降。
在一些实施例中，所述叶轮耐蚀涂层粉末中，杂质元素C含量≤0.01wt％；S含量≤0.001wt％；P含量≤0.03wt％；N含量≤0.03wt％。本发明实施例中，杂质元素聚集在晶粒间或者涂层各层间，会降低涂层结合强度；杂质元素引起微区电化学腐蚀，耐蚀性下降，导致涂层在恶劣工况下易剥落失效。
在一些实施例中，所述叶轮耐蚀涂层粉末采用雾化技术制得；所述雾化技术包括等离子雾化、熔炼真空/气雾化、旋转离心雾化、超声波雾化中的至少一种。本发明实施例中，采用雾化技术制备叶轮耐蚀涂层粉末，相对于烧结破碎制粉，雾化技术制得的粉末球形度高流动性好、粉末形貌和均匀性好、制备过程中带入杂质少，纯度高，更适用于超音速火焰喷涂工艺制备涂层。
在一些实施例中，所述叶轮耐蚀涂层粉末为球形；所述叶轮耐蚀涂层粉末的粒度范围为5～45μm，优选地，所述叶轮耐蚀涂层粉末由粒度范围为5～25μm的细粉和粒度范围为25～45μm的粗粉组成，所述叶轮耐蚀涂层粉末中所述细粉与粗粉的配比为10wt％～90wt％：90wt％～10wt％，优选地，50wt％:50wt％或40wt％:60wt％。本发明实施例中，叶轮耐蚀涂层粉末颗粒形貌以球形为主，能够增加流动性。此外，粉末粒度越小，制得的涂层致密度越高，但越容易融化堵住喷枪；粉末粒度越大，越容易喷出，但制得的涂层孔隙大，本发明实施例中，所述叶轮耐蚀涂层粉末优选为由粒度范围为5～25μm的细粉和粒度范围为25～45μm的粗粉组成，粗细不同粒度的粉末配合使用，可有效填补涂层孔隙，获得更好的致密度和断裂韧性。
如图1所示，本发明实施例的一种叶轮耐蚀涂层的制备方法，包括以下步骤：
(1)将叶轮表面进行喷砂处理，清洗；
(2)将本发明实施例的叶轮耐蚀涂层粉末采用超音速火焰喷涂工艺喷涂于步骤(1)中经清洗后的叶轮表面，形成涂层；
(3)对步骤(2)中的所述涂层进行热处理；
(4)对步骤(3)中的所述热处理后的涂层进行打磨以及抛光，制得叶轮耐蚀涂层。
根据本发明实施例的叶轮耐蚀涂层的制备方法，对叶轮表面进行喷砂处理以及清洗，有利于增大叶轮表面的接触面积和减少界面的锈迹、油污等杂质，提高涂层与叶轮基体的结合强度。本发明实施例中，采用超音速火焰喷涂处理，叶轮耐蚀涂层粉末经高温焰流熔融后以超音速喷向预热后的叶轮表面，急速冷却形成均匀致密的叶轮耐蚀涂层，制得的叶轮耐蚀涂层致密性高且杂质含量低，与基体结合强度可达到74MPa以上，优于常规喷涂。超音速火焰喷涂处理自动化程度高，灵活可控，适合叶轮等形状复杂部件的防护作业。本发明实施例中，高温高速喷涂激冷后表面存在热应力、组织应力、附加应力等，容易造成涂层开裂脱落，对涂层进行热处理去除应力，在保证叶轮不变形的前提下有效避免涂层开裂。本发明实施例中，增加表面打磨抛光处理工序以除去涂层表面凸起、气孔等缺陷，避免运行过程中缺陷脱落导致的涂层大面积损伤失效；保证叶轮表面平滑度，提高其运转效率，叶轮耐冲击腐蚀性和使用寿命大大提高。
在一些实施例中，所述步骤(1)中，所述喷砂处理的喷料包括纯氧化铝、棕刚玉、石英砂、金刚砂中的至少一种，优选地，纯氧化铝；所述喷料的粒径为30～80目；所述喷砂处理的压力为0.5～1Mpa，所述喷砂处理的时间5～120min，所述喷砂处理的喷砂角度为30°～60°，可选地，45°，所述喷砂处理的喷砂距离为50～350mm，可选地80-100mm。在一些实施例中，所述步骤(1)中经清洗后的叶轮表面的洁净度为Sa 2.5级以上，粗糙度为Ra 6.3以上。本发明实施例中，叶轮表面洁净度达到Sa2.5级以上，粗糙度达到Ra6.3以上，有利于增大叶轮表面的接触面积和减少界面杂质，提高涂层与叶轮基体的结合强度。
在一些实施例中，所述步骤(2)中，所述超音速火焰喷涂工艺的工艺参数为：氧气流量为1500～2500SCFH，航空煤油流量为5～10GPH，喷涂距离为200～400mm，压缩空气流量为10～30SCFH，送粉量为40～150g/min，喷涂线速度为10～30m/min，喷枪燃烧室压力为80～150PSI，燃烧气流速度为1000m/s以上；所述喷涂期间在线监控叶轮喷涂基体位置温度；所述在线监控为采用固定式四点红外测温仪在线监控叶轮喷涂位置温度，四个红外点间距为50～100mm；每道次所述喷涂基体位置的初始温度不高于100℃。本发明实施例中，对叶轮进行多道次超音速火焰喷涂处理，叶轮耐蚀涂层粉末经高温焰流熔融后以超音速喷向预热后的叶轮表面，急速冷却形成均匀致密的叶轮耐蚀涂层。喷涂期间，采用固定式四点红外测温仪在线监控叶轮喷涂位置温度，设定初始温度不高于100℃，可有效避免薄壁叶轮喷涂热变形等问题。热喷涂过程自动化程度高，灵活可控，适合叶轮等形状复杂部件的防护作业。超音速火焰喷涂采用航空煤油液态燃料，成本低廉；燃烧气流速度高，但温度低于气体燃料，适合含Al、Ti、Nb等易氧化元素的粉末热喷涂作业，获得涂层致密性高且杂质含量低，与基体结合强度可达到74MPa以上，优于常规喷涂水平。压缩空气作为载气，不但节约成本，还可以作为助燃气体促进粉末熔融，效率高，效果好。
在一些实施例中，所述步骤(3)中，所述热处理采用表面火焰热喷处理，所述表面火焰热喷处理的外焰温度为100～600℃，移动速度为0.1～10m/min，所述表面火焰热喷处理的时间为0.5～12h，或，所述热处理采用炉内热处理，所述炉内热处理的温度为100～600℃，可选地，100～500℃，优选地，200℃，所述炉内热处理的时间0.5～12h，优选地，3h。本发明实施例中，小型部件采用炉内低温长时间热处理方法，即有效去除残余应力，避免涂层开裂，又可避免叶轮热变形。大型部件可采用表面火焰热喷处理方法以消除残余应力，保证叶轮不变形的前提下有效避免涂层开裂，由于涂层阻隔，外焰只作用于涂层，火焰移动速度快且涂层孔隙空气隔热，实际传导到叶轮基体的温度不高，热处理能起到减小或消除涂层制备过程中的残余应力作用，但不会对叶轮基体和涂层结合情况产生影响，叶轮基体和涂层为机械结合。此外，也可不进行热处理。
在一些实施例中，所述步骤(4)中，所述打磨的方法为曲面砂轮打磨、砂纸打磨、百洁布打磨中的至少一种；所述抛光为机加工曲面抛光、研磨抛光中的至少一种。在一些实施例中，所述步骤(4)中，所述叶轮耐蚀涂层的表面粗糙度为Ra 6.3以下，优选为Ra3.2以下，进一步优选为Ra1.6以下。本发明实施例中，高温高速喷涂激冷后表面存在热应力、组织应力、附加应力等，容易造成涂层开裂脱落，因此，待涂层降至室温后，对涂层进行表面打磨抛光处理，以保证表面平滑度，并去除部分凸起、气孔等缺陷，避免运行过程中缺陷脱落导致的涂层大面积损伤失效，提高其运转效率，叶轮耐冲击腐蚀性和使用寿命大大提高。
在一些实施例中，所述步骤(4)中，所述叶轮耐蚀涂层的厚度为50～600μm，可选地，300-450μm。本发明实施例中，所述叶轮耐蚀涂层能够有效抵抗复杂工况下叶轮多因素耦合腐蚀损伤。
本发明实施例的一种叶轮耐蚀涂层，由本发明实施例的制备方法制备得到。本发明实施例中，本发明的叶轮耐蚀涂层在Ni-Cr-Mo合金体系的基础上添加了一定比例的Cu、Co、Al、Ti、Nb、W等元素。在保证合金涂层耐蚀性的同时，不但降低了O、S等有害杂质的含量，还通过固溶强化、沉淀强化、相变强化等多种机制联合显著提高了单相BCC结构涂层的强度。叶轮耐蚀涂层孔隙率低，致密性高且杂质含量低，与基体结合强度可达到74MPa以上，耐蚀性能好。叶轮耐蚀涂层可用于水轮机、汽轮机、脱硫泵等设备的叶轮防护。
下面参考具体实施例，对本发明进行描述，需要说明的是，这些实施例仅仅是描述性的，而不以任何方式限制本发明。
以下实施例中，结合强度检测按照GB/T 8642-2002《热喷涂-抗拉结合强度的测定》进行，硬度检测按照GB/T 4340.1-1999《金属维氏硬度试验第1部分：试验方法》进行，厚度检测按照GB/T 11374-2012《热喷涂涂层厚度的无损测量方法》进行。孔隙率检测按照ASTM E2109-2001(2014)《测定热喷镀涂层孔隙率面积百分比的标准试验方法》进行。耐蚀性检测按照GB/T 37595-2019《耐蚀涂层腐蚀控制工程全生命周期要求》和GB/T 10125-2012《人造气氛腐蚀试验盐雾试验》进行。
实施例1
第一步：叶轮耐蚀涂层粉末准备。合金配比：Cr：18wt％；Mo：18wt％；Co：4wt％；Cu：3wt％；W：2wt％；Nb：2wt％；Al：1wt％；Ti：1wt％；V：0.8wt％；Hf：0.8wt％；La2O3：0.5wt％，余量为Ni，Ni/(Al+Ti)约为24.45。将物料加入真空感应炉内熔化，然后采用等离子雾化法获得合金粉末，60℃恒温干燥3h后振动筛分粒度范围为5～25μm和25～45μm的合金粉末，所述叶轮耐蚀涂层粉末中粒度范围为5～25μm的细粉与粒度范围为25～45μm的粗粉的配比为50wt％:50wt％。
第二步：叶轮表面处理。脱硫泵叶轮(材质为Cr30A，直径1m)损伤补焊修复并加工平整后，采用35目纯氧化铝砂，在1Mpa气压下喷砂处理15min，喷砂角度60°，喷砂距离100mm。然后采用金属清洗剂清洗至表面无锈迹、油污等杂质。叶轮表面洁净度达到Sa3级，粗糙度达到Ra6.3。
第三步：超音速火焰喷涂。叶轮耐蚀涂层粉末经高温焰流熔融雾化后以超音速喷向工件表面，急速冷却形成均匀致密的叶轮耐蚀涂层。超音速火焰喷涂的工艺参数范围为：氧气流量2000SCFH，航空煤油流量8GPH，喷涂距离370mm，压缩空气流量15SCFH，送粉量80g/min，喷涂线速度20m/min。喷枪燃烧室压力100PSI，燃烧气流速度1200m/s。喷涂期间采用固定式四点红外测温仪在线监控叶轮喷涂位置温度，四个红外点间距为50mm，喷涂基体位置初始温度不高于100℃。
第四步：涂层热处理去除残余应力。电阻炉热处理工艺参数为：200℃，保温3h。
第五步：表面打磨抛光处理。待涂层降至室温后，采用砂轮打磨+五轴加工中心曲面抛光方法除去部分凸起、气孔等缺陷，涂层表面粗糙度为Ra1.6，制得叶轮耐蚀涂层，涂层厚度为300μm。
实施例2
第一步：叶轮耐蚀涂层粉末准备。合金配比：Cr：16wt％；Mo：16wt％；Co：3wt％；Cu：3wt％；W：3wt％；Nb：2wt％；Al：0.5wt％；Ti：1.5wt％；Fe：2wt％；Ta：1wt％；Y2O3：0.5wt％，余量为Ni，Ni/(Al+Ti)约为25.75。将物料加入真空感应炉内熔化，然后采用真空雾化法获得合金粉末，80℃恒温干燥2h后振动筛分粒度范围为5～25μm和25～45μm的合金粉末，所述叶轮耐蚀涂层粉末中粒度范围为5～25μm的细粉与粒度范围为25～45μm的粗粉的配比为40wt％:60wt％。
第二步：叶轮表面处理。水轮机叶轮(材质为ZG0Cr16Ni5Mo，直径6m)损伤补焊修复并加工平整后，采用40目石英砂，在0.8Mpa气压下喷砂处理120min，喷砂角度45°，喷砂距离80mm。然后采用金属清洗剂清洗至表面无锈迹、油污等杂质。叶轮表面洁净度达到Sa2.5级，粗糙度达到Ra6.3。
第三步：超音速火焰喷涂。叶轮耐蚀涂层粉末经高温焰流熔融雾化后以超音速喷向工件表面，急速冷却形成均匀致密的叶轮耐蚀涂层。超音速火焰喷涂的工艺参数范围为：氧气流量2500SCFH，航空煤油流量10GPH，喷涂距离220mm，压缩空气流量25SCFH，送粉量100g/min，喷涂线速度20m/min。喷枪燃烧室压力120PSI，燃烧气流速度1500m/s。喷涂期间采用固定式四点红外测温仪在线监控叶轮喷涂位置温度，四个红外点间距为80mm，喷涂基体位置初始温度不高于100℃。
第四步：涂层表面火焰热喷处理消除残余应力，外焰温度500℃，移动速度0.5m/min，处理时间为3h。
第五步：表面打磨抛光处理。待涂层降至室温后，采用砂纸打磨+曲面研磨抛光方法除去部分凸起、气孔等缺陷，使涂层表面粗糙度达到Ra3.2，制得叶轮耐蚀涂层，涂层厚度为420μm。
实施例3
因运行工况温度高，汽轮机叶轮(材质为2Cr13钢，直径6m)涂层可不进行热处理，其他步骤与实施例2相同，制得叶轮耐蚀涂层，涂层厚度为450μm。
表1本发明的叶轮耐蚀涂层性能对比
表1为本发明耐蚀涂层性能对比，从表中可以看出本发明制备的叶轮耐蚀涂层的结合强度高、孔隙率低、显微硬度较高，并具有良好的耐腐蚀性能，可有效提高叶轮基体的使用寿命。
图2是本发明实施例1中制备的叶轮耐蚀涂层粉末的微观形貌图，叶轮耐蚀涂层粉末为球形粉末。
图3为本发明实施例1制备的叶轮耐蚀涂层的SEM照片，从图中可以看出本发明制备的叶轮耐蚀涂层厚度和组织均匀，与基体结合情况良好。
在本发明中，术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
尽管已经示出和描述了上述实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域普通技术人员对上述实施例进行的变化、修改、替换和变型均在本发明的保护范围内。

Claims (8)

1.一种叶轮耐蚀涂层粉末，其特征在于，包括：Cr：15～20wt%；Mo：15～20wt%；Co：1～5wt%；Cu：1～5wt%；W：1～4wt%；Nb：1～3wt%；Al：0.5～2wt%；Ti：0.5～2wt%；稀土氧化物：0.1～2wt%，余量为Ni；
所述稀土氧化物包括La2O3、Y2O3、CeO2、Er2O3中的至少一种；杂质元素C含量≤0.01wt%；S含量≤0.001wt%；P含量≤0.03wt%；N含量≤0.03wt%；
所述叶轮耐蚀涂层粉末采用雾化技术制得；所述叶轮耐蚀涂层粉末为球形；所述叶轮耐蚀涂层粉末的粒度范围为5～45μm，所述叶轮耐蚀涂层粉末由粒度范围为5～25μm的细粉和粒度范围为25～45μm的粗粉组成，所述叶轮耐蚀涂层粉末中所述细粉与粗粉的配比为10wt%~90wt%：90wt%~10wt%。
2.根据权利要求1所述的叶轮耐蚀涂层粉末，其特征在于，所述叶轮耐蚀涂层粉末还包括Fe、Mn、V、Zr、Ta、Re、Hf、B、Si元素中的至少一种，其含量总和不超过5wt%；Ni/（Al+Ti）=10～50。
3.根据权利要求1所述的叶轮耐蚀涂层粉末，其特征在于，所述雾化技术包括等离子雾化、熔炼真空/气雾化、旋转离心雾化、超声波雾化中的至少一种。
4.一种叶轮耐蚀涂层的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）对叶轮表面进行喷砂处理，清洗；
（2）将权利要求1-3中任一项所述的叶轮耐蚀涂层粉末采用超音速火焰喷涂工艺喷涂于步骤（1）中经清洗后的叶轮表面，形成涂层；
（3）对步骤（2）中的所述涂层进行热处理；
（4）对步骤（3）中的所述热处理后的涂层进行打磨以及抛光，制得叶轮耐蚀涂层。
5.根据权利要求4所述的叶轮耐蚀涂层的制备方法，其特征在于，所述步骤（1）中，所述喷砂处理的喷料包括纯氧化铝、棕刚玉、石英砂、金刚砂中的至少一种；所述喷料的粒径为30～80目；所述喷砂处理的压力为0.5～1Mpa，所述喷砂处理的时间5～120min，所述喷砂处理的喷砂角度为30°～60°，所述喷砂处理的喷砂距离为50～350mm；所述步骤（1）中经清洗后的叶轮表面的洁净度为Sa 2.5级以上，粗糙度为Ra 6.3以上。
6.根据权利要求4所述的叶轮耐蚀涂层的制备方法，其特征在于，所述步骤（2）中，所述超音速火焰喷涂工艺的工艺参数为：氧气流量为1500～2500SCFH，航空煤油流量为5～10GPH，喷涂距离为200～400mm，压缩空气流量为10～30SCFH，送粉量为40～150g/min，喷涂线速度为10～30m/min，喷枪燃烧室压力为80～150PSI，燃烧气流速度为1000m/s以上；所述喷涂期间在线监控叶轮喷涂位置温度；所述在线监控为采用固定式四点红外测温仪在线监控叶轮喷涂位置温度，四个红外点间距为50～100mm；所述喷涂位置的初始温度不高于100℃。
7.根据权利要求4所述的叶轮耐蚀涂层的制备方法，其特征在于，所述步骤（3）中，所述热处理采用表面火焰热喷处理，所述表面火焰热喷处理的外焰温度为100～600℃，移动速度为0.1～10m/min，所述表面火焰热喷处理的时间为0.5～12h，或，所述热处理采用炉内热处理，所述炉内热处理的温度为100～600℃，所述炉内热处理的时间0.5～12h；所述步骤（4）中，所述叶轮耐蚀涂层的表面粗糙度为Ra 6.3以下；所述叶轮耐蚀涂层的厚度为50～600μm。
8.一种叶轮耐蚀涂层，其特征在于，由权利要求4-7中任一项所述的制备方法制备得到。
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