CN101705842B - 一种燃气轮机旁通可变机构内侧环、外侧环表面耐磨层及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种燃气轮机旁通可变机构内侧环、外侧环表面耐磨层及其制备方法,该耐磨层位于外侧环的内底面和内侧环的外顶面和侧面,所述耐磨层是钼涂层,采用大气等离子喷涂方法制得。该钼涂层硬度高,摩擦系数低,并且有均匀分布的孔隙,可起到储油作用,提高旁通机构内侧、外侧环的防腐、耐磨性能,延长了该工件的使用寿命,降低成本。本发明的制备方法采用大气等离子喷涂工艺,克服了钼难熔、涂层易氧化、喷涂效率低等困难,将铝致密涂层成功应用到燃机旁通机构上。同时这种喷涂方法,喷涂过程中工件温度低于150摄氏度,喷涂后无需后续热处理,工件不变形。
Description
技术领域
本发明涉及燃机的加工领域,具体涉及一种燃气轮机旁通可变机构内侧环、外侧环表面耐磨层及其制备方法。
背景技术
燃气轮机旁通机构内侧、外侧环配合面,见图1、图2,在长期使用过程中腐蚀、磨损非常严重,需要经常更换和修理,使得生产线暂停、延误工期。为提高燃气轮机旁通机构内侧、外侧环配合面的耐磨性能,可以采用在其工件表面喷焊一层耐磨材料的方法。但是,在旁通机构的表面喷焊一层耐磨材料,容易导致工件变形,顾此失彼,造成不必要的损失;而且,喷焊后需要对工件进行回火处理,使得工艺复杂,增加操作难度,增加成本,延长加工时间,生产效率降低。或者采用将整个旁通机构都更换成耐腐蚀,耐磨材料,这无疑将致使成本急剧增加;而且,将耐腐蚀、耐磨材料加工为旁通机构,还得制定一套特殊的技术方案和工艺流程,增加操作难度,增加成本,延长加工时间,生产效率降低。
发明内容
本发明的目的在于提供一种燃气轮机旁通可变机构内侧环、外侧环表面耐磨层及其制备方法。
本发明采取的技术方案是:
一种燃气轮机旁通可变机构内侧环、外侧环表面耐磨层,该耐磨层位于外侧环的内底面和内侧环的外顶面和两个侧面,所述耐磨层是钼涂层,采用大气等离子喷涂方法制得。这种燃气轮机旁通可变机构的内侧、外侧环表面耐磨层的制备方法,包括以下步骤:
(1)加工旁通可变机构时,将内侧、外侧环表面上不需喷涂的区域预留0.10~0.20mm的加工余量;
(2)使用清洗液清洁需喷涂的表面,并晾干;
(3)对需喷涂表面做喷砂预处理,去除表面钝化层;
(4)在大气环境下,使用送粉器送钼粉,使用喷枪给需喷涂表面做等离子喷涂;
(5)将预留的加工余量加工到要求尺寸。
所述步骤(4)中,送粉气流量为2.5~3.5L/min,喷涂表面线速度为200~400mm/s,喷枪移动速度为0.1~0.2mm/s,喷射距离为100~150mm,搭接距离为2~5mm,冷却风压力3.0bar。
所述步骤(4)中,喷枪的喷嘴内径为2~8mm。
所述步骤(2)中的清洗液采用丙酮。
所述步骤(3)中的喷砂采用24#白刚玉。
本发明产生的有益效果是:
本发明在燃气轮机旁通可变机构上最易腐蚀和磨损的部件——内侧、外侧环的表面喷涂有一层耐腐蚀、耐磨损的钼致密涂层,该涂层硬度高,摩擦系数低,并且有均匀分布的孔隙,可起到储油作用,提高旁通机构内侧、外侧环的防腐、耐磨性能,延长了该工件的使用寿命,降低成本。
因为,本发明采用大气等离子喷涂工艺,与喷焊工艺相比,克服了工艺复杂,操作难度大,成本高,加工时间长,生产效率低等问题,将钼涂层成功应用到燃机旁通机构上。同时这种喷涂方法在喷涂过程中工件温度低于150摄氏度,喷涂后无需后续热处理,工件不变形。
本发明所制得的燃气轮机旁通可变机构内侧环、外侧环表面耐磨层的性能优越,见下表2:
表2.大气等离子喷钼涂层性能表
项目 | 实验条件 | 实验结果 | |
1 | 金相组织 | 100×,500× | 涂层均匀致密,孔隙率<3%,100倍视场无可以辨认的裂纹,无熔化的电极和其他杂质,涂层与基体结合良好,界面氧化物、残留硬渣污染率为20%。 |
2 | 硬度 | HVS-1000型显微硬度计,载荷500g,保持10s。 | 350~420 |
3 | 耐磨性能 | ACT-JP(Arata Coating Tester/With JetParticles)试验法:室温,60#棕刚玉磨料,f5.2喷嘴,气压0.5MPa,喷射角度30°,距离100mm。 | 磨损量:0.1000~0.1050g/30cm2/10sec |
4 | 落锤冲击 | XJL-300C管材落锤冲击试验机,锤重2kg,锤头顶部20mmR,高度2m,自由下落。 | 涂层无裂纹、剥落现象 |
5 | 杯突性能 | 试样规格50mm×60mm×1.2mm的试样,在万能实验机上采用Φ22.2mm钢球以10mm/min匀速压入7.6mm。 | 涂层均无裂纹、无剥落 |
附图说明
图1为本发明旁通外侧环喷涂区域示意图;
图2为本发明旁通内侧环喷涂区域示意图;
图3为本发明涂层制备方法的步骤示意图。
图1、图2中代号表示:1-涂层;2-外侧环;3-内侧环。
具体实施方式
本发明采用等离子喷涂的方式,在燃气轮机旁通机构内侧环3、旁通外侧环2配合面处制备一层高温耐磨涂层1。因近年来随着热喷涂技术的发展,涂层1与基材间的结合强度已大大提高,完全能够满足工件实际运行工况。加之热喷涂涂层热应力小,无需回火处理特有优势。因此,选用了钼作为喷涂材料,因钼在340℃以内具良好的润滑特性和优良的抗磨损性能,也恰好满足燃气轮机旁通环的使用工况。
本发明首先对与旁通环相同材质的试样进行喷涂,及涂层组织与性能分析等方面进行了大量的试验与研究,再对燃机旁通机构内侧环3、外侧环2进行喷涂,分析,最终获得燃机旁通环大气等离子喷钼涂层的具体实施方式。
如图1、图2所示:本发明采用在燃气轮机旁通可变机构的内侧环3、外侧环2的表面上喷涂耐磨涂层1的方法,使得该旁通机构的内侧环3、外侧环2抗高温、耐磨损性能符合要求,延长该部件的寿命。该耐磨涂层1位于外侧环的内底面和内侧环的外顶面和侧面上,这两处部位是燃机工作时最易磨损的部位;该耐磨涂层1是纯钼涂层,采用大气等离子喷涂的方法喷涂而成。
这种燃气轮机旁通可变机构的内侧环3、外侧环2表面涂层1的加工方法,参见图3,包括以下步骤:
1、在加工旁通可变机构时,将内侧环3、外侧环2表面上不需喷涂的区域预留0.10~0.20mm的加工余量。这是因为旁通环喷涂区域结构复杂,考虑到喷涂后涂层1需要加工,我们在喷涂需要保护的区域预留加工余量,待喷涂完成后,加工涂层1时再将工件加工到要求尺寸。
2、对需喷涂来料检查,检查合格再进入下道工序。
3、使用清洗液,如丙酮,清洁需喷涂的旁通可变机构的内侧环3、外侧环2表面,去除需喷涂表面的油污及异物,并晾干。
4、对需喷涂表面做预处理,使用喷砂枪对工件喷涂白刚玉粉末。此步骤是对需喷涂表面进行喷砂活化处理,去除表面钝化层。本实施例中,喷砂采用24#白刚玉。喷枪的喷嘴内径为6mm,喷射的气体压力为0.5MPa,喷嘴到工件的距离为120mm,喷射时与工件表面的角度约为75度。
5、在大气环境下,使用送粉器送纯钼粉,使用喷枪给需喷涂表面做等离子喷涂。喷涂条件为:送粉器送出的粉气流量为2.5L/min。喷射焰流与工件表面的夹角为90度,喷嘴到工件喷涂表面的距离为120mm,喷嘴内径6mm,送粉器喷射器直径1.8mm,喷涂过程中工件始终做匀速圆周运动,保持工件喷涂表面线速度为400mm/s,喷枪沿工件轴向匀速移动,速度为0.1mm/s左右,在工件表面形成螺旋型的喷涂带,螺旋带搭接距离约4mm,冷却风压力3.0~4.0bar。
本次大气等离子喷钼选取的最佳工艺参数范围见下表1:
表1.大气等离子喷涂钼参数表
当使用该超音速火焰喷涂方法加工其他尺寸的工件时,只需对上述工艺参数进行适当调整。
6、喷涂完成后,将旁通可变机构的内侧环3、外侧环2表面上预留的加工余量加工到要求尺寸。
7、清理涂层1。
8、检查涂层1,若涂层1合格则喷涂完成;若涂层1不合格,返回步骤4,使用喷砂的方法,将涂层1去除,重新加工。
Claims (5)
1.一种燃气轮机旁通可变机构内侧环、外侧环表面耐磨层,该耐磨层位于外侧环的内底面和内侧环的外顶面和两个侧面,所述耐磨层是钼涂层,采用大气等离子喷涂方法制得;其特征在于:包括以下步骤:
(1)加工旁通可变机构时,将内侧、外侧环表面上不需喷涂的区域预留0.10~0.20mm的加工余量;
(2)使用清洗液清洁需喷涂的表面,并晾干;
(3)对需喷涂表面做喷砂预处理,去除表面钝化层;
(4)在大气环境下,使用送粉器送纯钼粉,使用喷枪给需喷涂表面做等离子喷涂;
(5)将预留的加工余量加工到要求尺寸。
2.根据权利要求1所述的燃气轮机旁通可变机构的内侧、外侧环表面耐磨层的制备方法,其特征在于:所述步骤(4)中,送粉气流量为2.5~3.5L/min,喷涂表面线速度为200~400mm/s,喷枪移动速度为0.1~0.2mm/s,喷射距离为100~150mm,搭接距离为2~5mm,冷却风压力3.0bar。
3.根据权利要求1所述的燃气轮机旁通可变机构的内侧、外侧环表面耐磨层的制备方法,其特征在于:所述步骤(4)中,喷枪的喷嘴内径为2~8mm。
4.根据权利要求1所述的燃气轮机旁通可变机构的内侧、外侧环表面耐磨层的制备方法,其特征在于:所述步骤(2)中的清洗液采用丙酮。
5.根据权利要求1所述的燃气轮机旁通可变机构的内侧、外侧环表面耐磨层的制备方法,,其特征在于:所述步骤(3)中的喷砂采用24#白刚玉。
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