CN100434721C - 一种耐蚀、耐磨钛合金离心风机叶轮的制造方法 - Google Patents
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Abstract
一种耐蚀、耐磨钛合金离心风机叶轮的制造方法，其采用机加石墨模型，在真空铸造炉中浇铸出钛合金风机叶轮铸件；按设计要求对叶轮铸件进行机械加工；然后对加工后的叶片表面进行处理，先选择多棱型60-180目刚玉砂进行表面粗糙处理，再采用碱性氢氧化物50-70%，螯合剂10-30%，三羟基苯15-20%，三种表面活化剂混合物的热溶液对加工后的钛合金叶轮叶片部位表面进行活化处理；最后在叶片表面采用喷涂方法把WC系金属陶瓷磨料粉末进行超音速喷涂，同时在喷涂过程中要对喷涂叶片周围部位进行惰性气体保护，以减少气体对钛合金叶轮本体的污染。
Description
技术领域：
本发明涉及钛基合金材料的应用技术领域，特别是一种耐蚀、耐磨钛合金离心风机叶轮的制造方法。
背景技术：
离心风机叶轮是转炉炼钢废气回收风机装置中的核心部件，其作用是通过风机进口的负压抽送汇集后过滤再处理，进行废气再回收利用。它的工作环境是：水淋酸性潮湿环境，转炉炼钢过程中出现的煤气灰尘混合颗粒的冲刷，灰尘颗粒度为40μm，煤气含尘量在150mg/l，其主要成分为灰尘；CO：50～80％、N2、CO2、SO2：12～19％。
原风机叶轮前后盖板为35MoV材料，叶片为15MnV材料；离心风机叶轮材料采用35CrMoV，且先后采用过不锈钢、A3钢、45#钢作为叶轮的基体材料；采用电镀或喷涂方法进行表面耐磨处理，使用效果都不明显，加上原钢质离心风机叶轮制造工艺为焊接式结构，焊缝处凹凸不平造成积灰以及原材料易腐蚀等原因，综合造成了风机叶轮关键部件寿命降低和下线频繁的结果。
使用原风机叶轮后，结果叶轮进口处叶片厚度半年由7mm减薄至1mm，风机叶轮结构强度不足，失去原有的动平衡状态而使叶轮寿命大大缩短。叶轮原材质离心风机叶轮最长在线坚持二个月，造成该风机叶轮维修周期过短、使用成本居高不下。原因是潮湿的酸性环境与叶轮材质中Fe发生反应生成剥离状Fe的化合物，大颗粒灰尘颗粒冲击高速旋转叶片表面，造成Fe化合物脱落沉积在叶片吸力面处，而造成叶轮出口处变窄，叶轮压力面处受到冲刷腐蚀物脱落，而使叶轮叶片减薄，结果叶轮叶片的腐蚀加剧。
目前国内水电站大型水轮机过流叶片、火电站的转子叶片采用钢制材料和与之相对应的高温喷涂技术，但冶金行业恶劣的酸性环境和冲刷环境，对采用上述钢制材料和对应的耐磨技术制造的风机叶轮并没有达到预期的效果，应用钛合金材料和钛合金耐磨处理技术制造风机叶轮关键部件，目前国内外还没有文献报道。
发明内容：
为解决目前钢制风机叶轮寿命短、下线周期频繁、无法满足转炉炼钢煤气回收***的问题，本发明的目的是提供一种耐蚀、耐磨钛合金离心风机叶轮的制造方法，改善风机叶轮的耐磨性能，以提高风机叶轮的使用寿命，减少维修次数，降低维修费用，提高经济效益。
为实现上述发明目的，本发明采用如下技术方案：
所述的耐蚀、耐磨钛合金离心风机叶轮的制造方法，采用机加石墨模型，在真空铸造炉中浇铸出钛合金风机叶轮铸件；按设计要求对采用ZTC4钛合金材料一次整体浇铸成型的风机叶轮铸件进行机械加工；然后对加工后的叶片表面进行处理，首先选择多棱型60-180目刚玉砂进行表面粗糙处理，再采用碱性氢氧化物50-70％，螯合剂10-30％，三羟基苯15-20％，三种表面活化剂混合物的热溶液对加工后的钛合金叶轮叶片部位表面进行活化处理，使钛合金叶轮叶片基体表面生成附着力良好的一层多孔的活化层；最后在叶片表面采用喷涂方法把WC系金属陶瓷磨料粉末进行超音速喷涂，同时在喷涂过程中要对喷涂叶片周围部位进行惰性气体保护，以减少气体对钛合金叶轮本体的污染。
所述的耐蚀、耐磨钛合金离心风机叶轮的制造方法，再对经过表面活化处理后的叶片，进行3-6马赫超音速喷涂WC系金属陶瓷；烧结粉碎的200～380μm大小WC系金属陶瓷，其主要成分：WC 7～12，Co 2～6，Cr 1，金属陶瓷粉末作为耐磨材料，通过专用喷枪使磨料在叶轮叶片部位上沉积成耐磨涂层。
由于采用了如上技术方案，本发明具有如下积极效果：
本发明对风机装置的运行可靠性和稳定性起到了关键性的作用，同时大大降低了风机叶轮维修过程的劳动强度和维修费用，本发明的钛合金风机叶轮关键部件与现有钢制风机叶轮相比，钛合金的强度、塑性和韧性与目前风机用叶轮材料相当。
钛合金风机叶轮叶片覆涂处理后，涂层耐磨性能：用表面硬度指标衡量，表面硬度HV≥1000；而未经过处理的HV＝300，为未处理过硬度的3倍以上。
超音速喷涂WC-Co涂层的结合强度σb≥60Mpa。
经喷涂后钛合金风机叶轮既耐酸、碱环境腐蚀，又耐冲刷腐蚀，寿命可提高4～5倍。
此项技术的发明，克服了原有材料的缺点，解决了目前炼钢厂首先采用水淋除尘，这种酸、碱性条件和颗粒混合物就对高速风机叶轮产生了酸碱腐蚀和冲刷磨损问题，以及原风机叶轮在线周期短，下线停工的缺点，因为风机叶轮转子重量由421kg减小为256kg电机负荷变小，节省电能1/3，在冶金行业具有广阔的应用前景。
在某炼钢厂的直径Φ1540的AI850风机叶轮关键部件，按上述真空整体铸造方法和耐磨处理技术制造的钛合金风机叶轮一次上线已达3个月，钛风机叶轮已运转试验2年时间还保持设计时厚度，不需要补焊。
具体实施方式：
实施方式一
采用机加石墨模型，在真空铸造炉中浇铸出钛合金风机叶轮铸件；按设计要求对叶轮铸件进行机械加工；对真空铸造后的钛风机叶轮叶片，先采用刚玉砂预处理，然后采用碱性氢氧化物50-70％，螯合剂10-30％，三羟基苯15-20％，三种表面活化剂混合物的热溶液对加工后的钛合金叶轮叶片部位表面进行活化处理，使钛合金叶轮叶片基体表面生成附着力良好的一层多孔的活化层；再把烧结后的200μm大小的耐磨料在叶片表面进行超音速3-6马赫热喷涂，磨料成分重量比为：WC 7、Co 2、Cr 0.5。
实施方式二
采用机加石墨模型，在真空铸造炉中浇铸出钛合金风机叶轮铸件；按设计要求对叶轮铸件进行机械加工；对真空铸造后的钛风机叶轮叶片，先采用刚玉砂预处理，然后采用碱性氢氧化物50-70％，螯合剂10-30％，三羟基苯15-20％，三种表面活化剂混合物的热溶液对加工后的钛合金叶轮叶片部位表面进行活化处理，使钛合金叶轮叶片基体表面生成附着力良好的一层多孔的活化层；再把烧结后的310μm大小的耐磨料在叶片表面进行超音速3-6马赫热喷涂，磨料成分重量比为：WC 8、Co 3、Cr 1。
实施方式三
采用机加石墨模型，在真空铸造炉中浇铸出钛合金风机叶轮铸件；按设计要求对叶轮铸件进行机械加工；对真空铸造后的钛风机叶轮叶片，先采用刚玉砂预处理，然后采用碱性氢氧化物50-70％，螯合剂10-30％，三羟基苯15-20％，三种表面活化剂混合物的热溶液对加工后的钛合金叶轮叶片部位表面进行活化处理，使钛合金叶轮叶片基体表面生成附着力良好的一层多孔的活化层；再把烧结后的400μm大小的耐磨料在叶片表面进行超音速3-6马赫热喷涂，磨料成分重量比为：WC 12、Co 6、Cr 1.5。
实施例的性能指标
| 试样号 | 表面硬度(HV) | 磨料结合力(Mpa) |
| 1# | 1030 | 60.5 |
| 2# | 1100 | 62 |
| 3# | 1006 | 65 |
| 平均值 | 1045.3 | 62.5 |
Claims (5)
1、一种耐蚀、耐磨钛合金离心风机叶轮的制造方法，其特征在于：所述的风机叶轮的制造方法，采用机加石墨模型，在真空铸造炉中浇铸出钛合金风机叶轮铸件；按设计要求对采用ZTC4钛合金材料一次整体浇铸成型的风机叶轮铸件进行机械加工；对加工后的叶片表面进行处理，首先选择多棱型60-180目刚玉砂进行表面粗糙处理，再采用碱性氢氧化物50-70％，螯合剂10-30％，三羟基苯15-20％，三种表面活化剂混合物的热溶液对加工后的钛合金叶轮叶片部位表面进行活化处理，使钛合金叶轮叶片基体表面生成附着力良好的一层多孔的活化层；最后在叶片表面采用喷涂方法把WC系金属陶瓷磨料粉末进行超音速喷涂，同时在喷涂过程中要对喷涂叶片周围部位进行惰性气体保护，以减少气体对钛合金叶轮本体的污染。
2、如权利要求1所述的耐蚀、耐磨钛合金离心风机叶轮的制造方法，其特征在于：所述的风机叶轮的制造方法，对经过表面活化处理后的叶片，进行3-6马赫超音速喷涂WC系金属陶瓷；烧结粉碎的200～380μm大小WC系金属陶瓷，其主要成分重量比：WC 7～12，Co 2～6，Cr 1，金属陶瓷粉末作为耐磨材料，通过专用喷枪使磨料在叶轮叶片部位上沉积成耐磨涂层。
3、如权利要求1所述的耐蚀、耐磨钛合金离心风机叶轮的制造方法，其特征在于：所述的风机叶轮的制造方法，把烧结后的200μm大小的耐磨料在叶片表面进行超音速3-6马赫热喷涂，磨料成分重量比为：WC 7、Co 2、Cr 0.5。
4、如权利要求1所述的耐蚀、耐磨钛合金离心风机叶轮的制造方法，其特征在于：所述的风机叶轮的制造方法，把烧结后的310μm大小的耐磨料在叶片表面进行超音速3-6马赫热喷涂，磨料成分重量比为：WC 8、Co 3、Cr 1。
5、如权利要求1所述的耐蚀、耐磨钛合金离心风机叶轮的制造方法，其特征在于：所述的风机叶轮的制造方法，把烧结后的400μm大小的耐磨料在叶片表面进行超音速3-6马赫热喷涂，磨料成分重量比为：WC 12、Co 6、Cr 1.5。
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