[发明专利]一种新型CeO2改性铁基合金抗磨蚀涂层及制备方法

说明书

本发明公开了一种新型CeO₂改性铁基合金抗磨蚀涂层及制备方法，该新型CeO₂改性铁基合金抗磨蚀涂层由依次经过超音速等离子喷涂的结合层和抗磨蚀层组成；所述结合层的组成成分为Ni₅Al粉；所述抗磨蚀层的组成成分及其重量百分比为：Al₂O₃粉15～20％、Cr₂O₃粉5～10％、CeO₂粉0.5～1.0％、余量铁基合金粉。本发明通过稀土CeO₂改性和Cr₂O₃等硬质相的颗粒增强作用，改善了铁基合金涂层微观组织结构，提高其硬度、强度及抗磨蚀性能；本发明所制备的涂层组织致密且孔隙度低于3％，涂层的显微硬度不低于1300HV_0.2，结合强度达40MPa左右，磨损率在3×10^‑3mm³/(N.m)以下。本发明制备了具有高抗磨蚀性能的复合涂层，制备工艺简单，可广泛应用于多泥沙河流上水力机械过流部件的表面防护。

技术领域

本发明涉及表面涂层技术领域，特别是一种新型CeO₂改性铁基合金抗磨蚀涂层及制备方法。

背景技术

含沙水域中水力机械过流部件的泥沙磨蚀是国内外多泥沙河流水电站或大型提灌工程中一个非常棘手的问题，是水力机械工程中急待解决的重要技术难题。多泥沙河流上水力机械的磨蚀，往往是泥沙冲蚀磨损和空蚀(以前称作气蚀)同时存在，二者相互促进，破坏叠加，大大加速了水力机械(如水轮机、提灌水泵等)过流部件金属表面的破坏进程，严重的磨蚀破坏将导致机械的使用寿命缩减，大修周期缩短，材料消耗和备品备件增加，经济损失巨大，因此，要求材料具有很好的抗冲蚀磨损性能以及耐腐蚀性能。例如水轮机作为水电站的主机设备，其运行好坏直接关系到水电站乃至整个电力系统运行的技术经济水平。根据对我国运行的水电站现场调查表明，水轮机过流部件，特别是转轮的气蚀破坏是当前水轮机运行中最为突出的问题。气蚀和磨损是水力机械中普遍存在的问题。气蚀可使水轮机过流部件表面上产生鱼鳞坑或使表面呈海绵状，破坏了表面原有的绕流条件，使水轮机效率和出力降低，严重时还可使转轮叶片掉块、掉边、穿孔，甚至脱落。除此以外，由于水电站的水流中经常夹带着大量的砂粒，水轮机还要承受砂粒的冲蚀磨损。近年来，为减少水力机械过流部件由于高流速、高含沙量水流气蚀、冲蚀磨损导致的停机、维修，国内外研究工作者进行了长期的试验研究，已经取得了一些成果。印度主要从事高性能HVOF涂层的开发及材料渗氮工艺的研究，结果表明：采用HVOF方法制备的WC/Co涂层比13Cr-4Ni和12Cr钢表面渗氮处理的材料具有更高的磨损性能，但是由于制备的WC显微组织中有少量空穴的存在，在高能泥沙冲击时，涂层易气蚀破坏。目前国内常用的过流部件防护技术有：(1)抗磨焊条堆焊，此项技术成熟，应用最为普遍，但对工件基体材料的可焊性要求高，堆焊层冲淡率大，焊层厚且不均匀。经堆焊法处理的水轮机叶片表面，在堆焊层未发生汽蚀破坏前，在堆焊点周围又迅速发生新的气蚀破坏，直至堆焊层底部。因此，堆焊法不能彻底解决水力机械过流部件浆体冲蚀汽蚀问题；(2)氧乙炔火焰合金粉末喷焊，是水轮机过流部件修复和预保护的一种比较理想的表面保护工艺，但由于制备工艺造成涂层内部质量缺陷较多，仍未达到水轮机关键部件理想的使用要求；(3)超音速火焰WC喷涂层的抗磨损性能很好，但抗空蚀性能较差，而且WC价格昂贵，涂层成本较高也不利于大范围推广应用。

发明内容

本发明的目的是要解决现有技术中存在的不足，提供一种新型CeO₂改性铁基合金抗磨蚀涂层及制备方法，以铁基合金为基体并复配Al₂O₃、Cr₂O₃和稀土CeO₂的抗磨蚀涂层，该涂层组织均匀致密，结合强度适当，耐腐蚀性好，抗磨蚀性能高、制备工艺简单，原料来源丰富，操作方便。

为达到上述目的，本发明是按照以下技术方案实施的：