[发明专利]一种用铁基非晶合金棒对金属水轮机转轮表面强化处理方法

说明书

技术领域

本发明涉及机械处理方法，特别是一种用铁基非晶合金棒对金属水轮机转轮表面强化处理方法。即采用电火花沉积铁基非晶合金涂层的强化方法在金属水轮机转轮表面形成高强度耐磨耐蚀涂层，该方法可广泛应用于水利行业金属水轮机转轮。

背景技术

我国是世界上水力资源极为丰富的国家，水电已成为我国重点发展的可再生能源之一，水力可开发的电能力3.8亿kw，年发电量1.9万亿kw.h，相当于11亿吨原煤的发电量。但同时我国的河流泥沙含量大，长江及其支流以沙粒硬度高为特点，黄河则以含沙量大为特征，目前已经运行的100多座大中型水电站中，有严重泥沙磨损的约占40%，在黄河干支流上这一数值更是高达66.3%，黄河三门峡河段的年输沙量近16亿t，为世界之最，对水轮机过流部件的磨蚀更为突出，据估计，在已运行的水电站中，约有1/5～1/4的水轮机叶片遭受不同程度的泥沙危害，每年因水轮机过流部件（主要为叶片）磨蚀破坏而停运或检修引起的电能损失约20～30亿kw.h，年消耗检修费及设备更新费达数亿元之巨。如黄河上、中游的刘家峡、盐锅峡、青铜峡、天桥、三门峡等水电站的水轮机不同程度地遭受泥沙磨蚀破坏，特别是距小浪底最近的三门峡，破坏最为严重，经过一个汛期的运行，转轮叶片的破坏程度趋于报废，被迫汛期停运，每年造成直接与间接的经济损失更无法估计。因此如何解决水轮机过流部件的磨蚀问题已经成为工程建设中的关键技术之一。

目前，制造水轮机转轮的材料代表性的有普通碳钢、低合金钢、普通不锈钢和高强度不锈钢。国内一般的水轮机转轮通常为铸钢、Cr5Cu合金钢、1Cr18Ni9Ti不锈钢、ZG0Cr13Ni5Mo不锈钢、0Cr13Ni5Mo不锈钢、ZG0Cr16Ni5Mo不锈钢、GX5GrNi13-4V1、ZG0Cr13Ni4Mo不锈钢、00Cr13Ni4Mo等不锈钢等材料制成的。国内外目前防止水轮机转轮叶片磨损的主要方式是碳化钨喷涂水轮机磨蚀防护、环氧金刚砂涂层防护、聚氨脂弹性涂层防护、抗磨焊条堆焊防护等。碳化钨表面热喷涂前处理一般采用喷砂，有环境污染，涂层加工困难，涂层与基体之间的结合属于机械结合，涂层易疲劳剥落。环氧金刚砂砂浆涂层与水轮机转轮叶片的结合方式也属于机械结合，在强汽蚀区，如叶片进水边背面、间隙空化带、出水边和中环中下部等处的防护材料基本脱落。聚氨脂弹性涂层防护中聚氨脂的抗磨性能虽然较好，但机械强度较差，易于被划伤，一旦局部被划伤，相邻区域就会被撕裂；强空化区空化击穿，使粘接层被破坏，造成涂层脱落。

因此，如何更好的对水轮机转轮进行表面处理是本领域技术人员一直在研究解决的技术问题。

发明内容

针对上述情况，为克服现有技术之缺陷，本发明之目的就是提供一种用铁基非晶合金棒对金属水轮机转轮表面强化处理方法，对金属水轮机转轮叶片进行电火花沉积铁基非晶合金处理，可有效解决水轮机转轮叶片的表面的硬度、耐磨性、耐腐蚀性和耐冲击性等性能，延长金属水轮机转轮的使用寿命的问题。

本发明解决的技术方案是，包括以下步骤：

（1）、制备铁基非晶合金棒，首先制备铁基非晶合金粉末，该粉末由重量百分比计的：Fe47～55%、Ni16～20%、Si5～8%、Mo5～9%、W3～6%、B2～4%、Co1～3%和Al1～3%制成，粉末粒度为45～100μm，然后在非晶真空薄带注射成型机上用铜模具制备出直径为3mm～6mm铁基非晶合金棒；

（2）、对水轮机转轮叶片的表面用酒精清洗除去油污、砂纸除去氧化物，用DL-4000D型电火花沉积堆焊机，把铁基非晶合金棒作为阳极，氩气保护下，与作为阴阳的被沉积的金属水轮机转轮之间产生火花放电，在10^-5～10^-6s内电极与水轮机转轮叶片接触的部位达到13000～26000℃的高温，将铁基非晶合金棒熔融到水轮机转轮叶片表面，制备出厚度50～120μm强度高的电火花沉积铁基非晶合金涂层；

所述的DL-4000D型电火花沉积堆焊机的沉积枪夹持的电极采用旋转方式，转速为2500r/min，输出功率为3500～3900W，输出电压为160～170V，放电频率为1800～2000Hz，沉积速率为1～3min/cm²，氩气流量8～11L/min，电极的伸长度为1～3mm。

本发明方法简单，水轮机转轮叶片硬度高，高致密性，耐磨性好，使用寿命长，在水轮机转轮叶片上用电火花沉积设备进行表面铁基非晶合金冶金硬化的商业价值大，经济效益显著。

具体实施方式