[发明专利]水轮机组转轮耐磨抗蚀涂层的激光熔覆工艺

说明书

技术领域

本发明涉及一种发电设备部件的耐磨抗蚀方法，特别是涉及一种采用激光熔覆技术的制备水轮机组转轮表面耐磨抗蚀合金涂层的工艺，属于IPC国际专利分类表中的C23C24/10(2006.01)I技术领域。

背景技术

水轮机组转轮是水轮机组设备中的关键部件。水轮机过流部件的磨损和破坏一直是水电站运行的难治之症。尤其随着环境破坏加剧，泥沙含量增多，水轮机转轮磨损破坏呈加剧趋势。由于这种磨损和破坏使水轮机过流部件的形状和表面发生了变化，从而破坏了水流对表面应有的绕流条件，一方面直接影响机组效率，一方面也成为进一步加剧零件破坏的根源。水轮机转轮磨损破坏的主要原因是泥沙磨损和气蚀联合作用。对水轮机转轮采取防护措施所用的材料必须从两方面着手：一是寻找抗磨蚀性能好的合金材料，二是对过流部位进行表面处理，以提高其抗磨蚀性能。水轮机过流部件用抗磨损材料在相同的磨损作用条件下，材料的各种物理，力学性能和金属的微观组织与金相结构不同时，其抗泥砂和气蚀能力将有很大差别。固溶强化型不锈钢碳钢的抗磨蚀性较低，但其加工性，焊接性和力学性能指标均良好，而且价格便宜，水轮机转轮的母材一般都用它制作，在其上用热喷涂或电刷镀制备各种抗磨复层。由于涂层与基材之间为物理结合，结合力不高，在水轮机组长期工作时经常发生涂层脱落，引起磨损破坏，影响机组效率。其实际使用效果并不明显。

因此，选择适当的制备水轮机组转轮表面耐磨抗蚀合金涂层的工艺，使水轮机组转轮表面的耐磨抗蚀合金涂层与基体结合强度高、耐磨抗蚀性能好、合金涂层的厚度均匀，是当前亟待解决的课题。

激光熔覆技术作为一种先进的再制造技术，近年来得到了迅速推广和广泛应用。

激光熔覆技术利用高能量激光束聚集能量极高的特点，瞬间将在基材表面预置或与激光同步自动送置的、具有特殊物理、化学或力学性能的合金粉末完全熔化，同时基材部分熔化，形成一种新的复合型材料，激光束扫描后快速凝固，获得与基体冶金结合的致密覆层，以达到恢复几何尺寸和表面强化的目的。

目前，关于利用激光熔覆工艺制备设备部件耐磨抗蚀合金涂层的专利和报道很多，例如：

公开号为CN1202534的中国发明专利申请给出的《金属表面等离子喷涂后激光熔覆制备陶瓷涂层的方法》，该方法是先在金属表面用等离子喷涂方法制备陶瓷涂层，然后在激光照射的同时，将陶瓷粉末喷向涂层表面，对陶瓷涂层进行二次熔覆处理。

公开号为CN1786272的中国发明专利申请给出的《激光熔覆镍基纳米WC/Co预涂层的制备方法》，该制备方法包括下列步骤：①按每克重的虫胶与10～20克重的无水乙醇称量虫胶和无水乙醇，然后将所述的虫胶加入无水乙醇中制成粘结剂；②根据需要按每克镍基纳米WC/Co粉末与0.1毫升～0.25毫升的粘结剂的比例，称量镍基纳米WC/Co粉末和所述的粘结剂并混合，充分搅拌均匀制成预涂胶；③将上述预涂胶均匀地涂在待激光熔覆处理的工件表面，制成预涂层；④烘干。采用自制的粘结剂制备镍基纳米WC/Co预涂层，然后再采用激光熔覆工艺，制备出了表面较平整，较细密、基本消除了裂纹与孔隙并与基体呈冶金结合的镍基纳米WC/Co复合涂层。

公开号为CN101338427的中国发明专利申请给出的《液压支架立柱缸筒、活塞杆耐磨抗蚀涂层的激光熔覆工艺》，包括以下工艺过程：首先立柱缸筒、活塞杆表面预处理：室温下对立柱缸筒、活塞杆表面进行除油、除锈，并用酒精清洗干净；然后合金粉末的选择和自动送粉装置的调节：选用具有优良耐磨抗蚀性能且与基体冶金相容性良好的铁基合金粉末，铁基合金粉末的成份中主要含有Fe、C、Cr、Ni、Mo、Si、N、Nb、Ta、B；最后自动送粉装置的调节：调节自动送粉装置，使自动送粉头出来的合金粉末正好落在激光熔池内，调节送粉量，使合金粉末涂层的厚度达到0.6-1.2mm。

公开号为CN101338425的中国发明专利申请给出的《铁路道岔滑床板表面耐磨抗蚀合金涂层激光熔覆工艺》，包括以下工艺过程：首先滑床板表面预处理，即在室温下对滑床板表面进行除油除锈，并用酒精清洗干净；然后是合金粉末的预置，即把待熔覆的铁基、镍基或钴基合金粉末预置于上述处理后的滑床板表面，并用带有导轨的刮尺来调整预制合金粉末，使之均匀分布在滑床板表面并具有适当的厚度，以满足熔覆后涂层厚度的要求；最后是光熔覆强化滑床板，选用气体CO₂激光器，工作台为数控机床，在滑床板表面进行激光熔覆强化。