[发明专利]一种水力机械过流部件空蚀复合修复覆层及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及水力机械表面修复与防护领域，具体涉及一种水力机械空蚀损伤复合修复覆层及其制备方法。

背景技术

我国水力资源丰富但分布不均，水利工程意义重大。空蚀普遍存在于水泵、水轮机等水力机械过流部件的运行过程中，在空蚀、腐蚀、锈蚀等因素的综合作用下，水力机械过流部件表面大面积剥落，形成具有凸起与坑洞的蜂窝状表面，导致水力机械功效降低，振动加剧，大幅缩短水泵使用寿命，严重威胁水力机械的安全可靠运行。

提高水力机械过流部件表面的抗空蚀性能，主要从水力机械制造材料和结构设计方面入手。水力机械采用抗空蚀性能较好的材料制造将提升成本，为此可采用成本低廉的碳素结构钢或低合金结构钢等制造母材，然后进行镀覆处理，对发生在水力机械过流部件表面的空蚀损伤进行修补及防护，既节约贵重材料，又对空蚀严重部分进行有效保护，因此表面镀覆处理是一种经济有效的措施。

目前水力机械过流部件的空蚀修复多采用堆焊方法处理，堆焊层与基材呈冶金结合，结合强度高，能有效填补修复空蚀深坑。但堆焊热影响大，基体易变形，焊层厚度不均，加工余量大且对基体材料可焊接性能要求高。修复后堆焊层与基材界面受空蚀作用易发生二次损伤，堆焊层发生整体剥落，修复效果不理想。

另一种有效防护过流部件空蚀的方法是采用先进的超音速火焰喷涂技术，涂层具有高硬致密、结合强度高的特点，但设备成本高昂，施工环境和喷涂工艺参数限制严格，且沉积率低、无法有效修复严重空蚀的深度坑洞。

高速电弧喷涂具有涂层性能优异、喷涂效率高、喷涂材料广泛、工艺设备简单和施工便捷成、本低廉的特点，配合堆焊修补技术，可以成功制备出有效抗空蚀的复合覆层。

发明内容

发明目的：本发明第一个目的是提供一种用于水力机械过流部件空蚀的复合修复覆层。本发明的第二个目的是提供的该水力机械空蚀复合修复覆层的制备方法，在堆焊修复后的过流部件整体表面进行高速电弧喷涂制备复合修复涂层，涂层与基体和堆焊层结合良好，厚度均匀，具有较高强韧性能，可有效保护水力机械过流部件表面免受或减轻空蚀及腐蚀损伤。

技术方案：本发明提供一种用于水力机械过流部件空蚀的复合修复覆层，所述复合修复覆层由堆焊层和高速电弧喷涂涂层组成，所述高速电弧喷涂涂层的各组分及其质量百分比含量范围如下：Ni:5-15%，Cr:15-40%，B:4.0-8.0%，C:0.1-1.0%，Si:1.0-3.0%，Re:0.1-1.0%，Ti、Nb均不大于1%，其余为Fe。

一种用于水力机械过流部件空蚀的复合修复覆层的制备方法，包括以下步骤：

1）对水力机械过流部件表面空蚀损伤深度大于1mm的坑洞进行堆焊修复；若空蚀坑洞深度<1mm，步骤1）可略过，直接进行步骤2）；

2）对堆焊修复后的水力机械过流部件表面用砂轮打磨平整，喷砂粗化，完全除去氧化皮、锈迹、污垢和其他附着物、露出新鲜表面；

3）在步骤2）处理后的过流部件的新鲜表面上采用高速电弧喷涂所述的高速电弧喷涂涂层；

4）在步骤3）喷涂后的高速电弧喷涂涂层表面采用封孔剂进行封闭处理即完成复合修复覆层的制作。

优选地，所述步骤1）中的堆焊修复采用堆焊焊丝或焊条进行修复，焊丝或焊条的组成成分与过流部件的母材组成成分一样。

优选地，所述步骤2）中的用砂轮打磨平整，其打磨平整后坑洞的倾角小于25°。所述步骤2）中喷砂粗化采用目数为25目～60目的刚玉砂或优质石英砂或河砂中的一种或几种，喷砂气压大于0.5MPa。

优选地，所述步骤3）中高速电弧喷涂的工艺参数为：喷涂距离为150～350mm，喷涂电流为120～300A，喷涂电压为20～50V。

优选地，所述步骤3）中的高速电弧喷涂涂层厚度为0.1～0.5mm。

优选地，所述步骤4）中封闭处理采用涂刷法或喷射法处理。

优选地，所述步骤4）中封闭处理采用的封孔剂为有机硅透明树脂，所述有机硅透明树脂中含有1%～6%的纳米Al₂O₃陶瓷微粒。

优选地，所述Al₂O₃陶瓷粒径为5nm～150nm。