CN109722618A

CN109722618A - 一种钴铬钨耐磨涂层的超音速火焰喷涂工艺

Info

Publication number: CN109722618A
Application number: CN201711014255.3A
Authority: CN
Inventors: 丁志伟; 张进; 赵永岗
Original assignee: Shenyang Liming International Power Industry Co Ltd
Current assignee: Shenyang Liming International Power Industry Co Ltd
Priority date: 2017-10-26
Filing date: 2017-10-26
Publication date: 2019-05-07

Abstract

本发明涉及一种制备钴铬钨耐磨涂层的超音速火焰喷涂工艺，属于热喷涂制备钴铬钨涂层技术领域。主要包括：喷涂前准备、清洗除油、烘干、用耐高温胶带进行吹砂保护、刚玉砂吹砂、超音速火焰喷涂、零件清理等步骤。采用该工艺对美国GE公司某燃气轮机零件表面喷涂钴铬钨涂层，满足设计要求的涂层厚度，而且制备的涂层孔隙率小于1%，涂层组织致密无氧化物和裂纹，涂层与基体结合强度高，硬度符合GE相关标准。该工艺已达到世界先进水平。

Description

一种钴铬钨耐磨涂层的超音速火焰喷涂工艺

技术领域

本发明属于热喷涂制备钴铬钨涂层技术领域，特别涉及一种钴铬钨耐磨涂层的超音速火焰喷涂工艺。

背景技术

钴铬钨涂层能耐各种类型磨损和腐蚀以及高温氧化，广泛应用于航空喷气发动机，工业燃气轮机等关键部件上。某燃气轮机零件表面也需要热喷涂该涂层。钴铬钨涂层属于硬质合金涂层，涂层硬而脆，热喷涂过程中易氧化，在涂层组织中产生氧化物，影响涂层质量。超音速火焰喷涂（HVOF），具有极高的焰流速度和较低的温度，在喷涂金属碳化物和金属合金等材料方面具有明显的优势，国外通常采用超音速火焰喷涂钴铬钨涂层。相关技术标准对于采用HVOF方法制备的钴铬钨涂层有着严格要求。为满足客户需要，顺利实现批产，急需进行大量现场试验以及技术攻关。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供一种钴铬钨耐磨涂层的超音速火焰喷涂工艺，该工艺方法制备出的钴铬钨涂层的硬度和金相满足客户要求，氧化物少，孔隙率低。本发明采用的技术方案如下：

喷涂前准备，喷涂前将喷涂用钴铬钨粉末放在80 ℃～90 ℃的烘箱内烘干1 h～2 h；

清洗，用脱脂棉蘸丙酮对零件进行仔细的刷洗，彻底除去表面的油污和其它杂物，除油后用干净的压缩空气吹干；

吹砂前保护，用耐高温胶带保护好零件的非吹砂表面及少部分喷涂区域（便于测量试样和涂层的厚度），一定要确保非吹砂表面不受损伤。耐高温胶带不得遮蔽吹砂表面；

吹砂，采用自动吹沙机吹沙，吹砂机具有0～0.6 MPa可调风压气源，并配有油水分离器。压力式吹砂机，使用20目白刚玉砂，风压控制在0.05~0.20MPa，吹砂距离在80~120mm，吹砂角度60～85°;

进一步的，要求：1）吹砂后的零件表面应是均匀无金属光泽的粗糙表面，不允许有漏吹或过吹现象;

2）吹砂后的零件表面应保持良好的清洁状态，避免吹砂表面污染，如：手印、各种沾染凝聚物等，将零件表面的浮灰用经过油水分离器过滤的、洁净的压缩空气吹干净;3）吹砂后要求在2 h内进行喷涂，若超过规定的时间，必须进行重新吹砂；

喷涂，在规定的区域内超音速火焰喷涂钴铬钨。1）用干净的压缩空气将零件表面的浮灰清除，并固定在专用夹具上;2）按以上参数对零件进行喷涂，注意喷涂角度和走枪速度。3）安装冷却装置，调整冷却树的距离与风压。4）在喷涂过程中，采用间歇、多次喷涂的方法，每次喷涂间断时间为40秒，保持零件在喷涂过程中温度均衡，有利于避免涂层产生裂纹。5）具体参数：使用氢气作为燃气，压力85±10psi，流量1500±50SCFH；氧气压力70±10psi，流量550±30SCFH；使用氩气作为送粉气，压力55±5psi，流量55SCFH；每喷涂一定时间应中断喷涂，进行冷却，保证零件温度不大于200℃；喷涂距离180±10mm;

清理，喷涂完毕，拆除喷涂保护夹具及胶带，并清理零件表面的浮灰，做好标记。；

本发明的有益效果：（1）本发明通过试验论证确定了钴铬钨耐磨涂层超音速火焰喷涂的工艺;（2）采用该工艺制备的涂层，金相组织稳定满足相关客户标准要求，硬度高，耐磨损。（3）经实际生产证明：采用该工艺制备出的钴铬钨耐磨涂层，其硬度、结合强度、孔隙率和金相等性能指标都达到国际标准，满足了国外客户的需要。

附图说明

图1为喷涂该种涂层的某燃气轮机零件示意图；

图2为对试片喷涂后横截面金相；

图3为对零件喷涂后沿图1切样位置1镶样所得金相；

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进行详细描述：

实施例1：利用本发明对试片进行超音速火焰喷涂钴铬钨，为保证喷涂过程稳定可控，将喷枪置于ABB机械手IRB2400上编程喷涂，具体实施步骤如下：

（1）喷涂前准备，将钴铬钨粉末放在80 ℃的烘箱内烘干2 h;

（2）清洗，用脱脂棉蘸丙酮对零件进行仔细的刷洗，彻底除去表面的油污和其它杂物，除油后用干净的压缩空气吹干;

（3）吹砂前保护，用耐高温胶带保护好零件的非吹砂表面及少部分喷涂区域（便于测量试样和涂层的厚度），一定要确保非吹砂表面不受损伤。耐高温胶带不得遮蔽吹砂表面;

（4）吹砂，本次采用的吹砂机具有有油水分离器，使用刚玉磨料粒度20目，风压0.15MPa，吹砂距离100 mm，吹砂角度80°。目测：吹砂后的零件表面是均匀无金属光泽的粗糙表面，无漏吹或过吹现象；吹砂后的零件表面具有良好的清洁状态，吹砂表面没有污染。将零件表面的浮灰用经过油水分离器过滤的、洁净的压缩空气吹干净。吹砂后立即进行喷涂;

（5）喷涂，在规定的区域内超音速喷涂钴铬钨，用干净的压缩空气将零件表面的浮灰清除，并固定在专用夹具上。使用喷涂参数如下：喷枪JK-3000，冷却风压0.3 MPa，冷却风管距试片300 mm，角度80°，氧气压力75 psi，氧气流量550 SCFH，氢气压力85 psi，氢气流量1500 SCFH，载气压力54 psi，载气流量55 SCFH，送粉计数0.8，喷涂距离190 mm;

（6）清理，喷涂完毕，清理试片表面的浮灰，做好标记;

（7）性能检测，对涂层进行金相检测和硬度测试来对涂层进行综合评价。附图2为喷涂后试片横切面金相，从图中看出涂层孔隙率小于1%，涂层组织致密无氧化物和裂纹。硬度测试的试样规格：40×30×4.5, 测试结果如下，涂层显微硬度HV0.3平均值在520.67，最小值503，满足性能要求。

实施例2：如附图1所示，利用本发明对某燃气轮机零件超音速火焰喷涂钴铬钨，具体喷涂区域为图中所示。为保证喷涂过程稳定可控，将喷枪置于ABB机械手IRB2400上编程喷涂，具体实施步骤如下：

（1）喷涂前准备，将钴铬钨粉末放在80 ℃的烘箱内烘干2 h;

（5）喷涂，在规定的区域内超音速喷涂钴铬钨，用干净的压缩空气将零件表面的浮灰清除，并固定在专用夹具上。使用喷涂参数如下：喷枪JK-3000，冷却风压0.3 MPa，冷却风管距夹具105 mm，角度90°，氧气压力72 psi，氧气流量560 SCFH，氢气压力81 psi，氢气流量1500 SCFH，载气压力57 psi，载气流量53 SCFH，送粉计数0.8，喷涂距离180 mm;

（6）清理，喷涂完毕，拆除喷涂保护夹具及胶带，并清理零件表面的浮灰，做好标记;

性能检测，对涂层进行金相检测和硬度测试来对涂层进行综合评价。附图3为喷涂后零件横切面金相，从图中看出涂层孔隙率小于1%，涂层组织致密无氧化物和裂纹。硬度测试的试样规格：40×30×4.5, 测试结果如下，涂层显微硬度HV0.3平均值在513.5，最小值497，满足零件设计要求。

Claims

1.一种钴铬钨耐磨涂层的超音速火焰喷涂工艺，其特征在于：包括如下步骤：

（1）喷涂前准备，喷涂前将热喷涂用钴铬钨粉末放在80 ℃～90 ℃的烘箱内烘干1 h～2 h；

（3）吹砂前保护，用耐高温胶带保护好零件的非吹砂表面及少部分喷涂区域（便于测量试样和涂层的厚度），一定要确保非吹砂表面不受损伤,耐高温胶带不得遮蔽吹砂表面;

（4）吹砂，采用自动吹沙机吹沙，吹砂机具有0～0.6 MPa可调风压气源，并配有油水分离器,工艺要求：

1）吹砂后的零件表面应是均匀无金属光泽的粗糙表面，不允许有漏吹或过吹现象;

2）吹砂后的零件表面应保持良好的清洁状态，避免吹砂表面污染，如：手印、各种沾染凝聚物等，将零件表面的浮灰用经过油水分离器过滤的、洁净的压缩空气吹干净;

3）吹砂后要求在2 h内进行喷涂，若超过规定的时间，必须进行重新吹砂;

（5）喷涂，在规定的区域内超音速火焰喷涂钴铬钨;

1）用干净的压缩空气将零件表面的浮灰清除，去除保护胶带并固定在专用夹具上;

2）按一定的参数对零件进行喷涂，注意喷涂角度和走枪速度;

3）安装冷却装置，调整冷却树的距离与风压;

清理，喷涂完毕，拆除喷涂保护夹具及胶带，并清理零件表面的浮灰，做好标记。

2.如权利要求1所述吹砂的具体方法，其特征在于：压力式吹砂机，使用20目白刚玉砂，风压控制在0.05~0.20MPa，吹砂距离在80~120mm，吹砂角度60～85°。

3.如权利要求1所述喷涂的具体方法，其特征在于：使用氢气作为燃气，压力85±10psi，流量1500±50SCFH；氧气压力70±10psi，流量550±30SCFH；使用氩气作为送粉气，压力55±5psi，流量55SCFH；每喷涂一定时间应中断喷涂，进行冷却，保证零件温度不大于200℃；喷涂距离180±10mm。