專利名稱：一種小口徑管道和彎頭內(nèi)壁耐磨涂層的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及水力水電、火力發(fā)電、工程機(jī)械等介質(zhì)輸送管道的材料加工、表面工程技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種能顯著提高小口徑直管、彎頭使用壽命的內(nèi)壁耐磨涂層的制備方法。
背景技術(shù)：
水電站頂蓋排水管道、工業(yè)煙氣介質(zhì)輸送管道、工程機(jī)械泥漿輸送管道等由于長期處于流體中高硬度顆粒的沖刷、磨損狀態(tài)，管道及其彎頭將發(fā)生磨蝕損傷或腐蝕損傷。尤其是輸送含固相物料流體時，管道彎頭受固體顆粒的高速沖刷，磨損更嚴(yán)重，引起系統(tǒng)安全故障，增加檢修和維護(hù)成本。
對于大口徑管道(> 100mm)和彎頭，有大量的抗磨、耐蝕技術(shù)可用于管道內(nèi)壁?？鼓ゼ夹g(shù)如熱噴涂技術(shù)、管道內(nèi)壁安裝耐磨里襯，堆焊耐磨層或抗磨板等；I)熱噴涂內(nèi)壁耐磨涂層技術(shù)，采用如等離子噴涂、超音速火焰噴涂、電弧噴涂等技術(shù)將具有耐磨蝕功能的金屬、陶瓷、金屬陶瓷等材料噴涂于管道內(nèi)壁而形成耐磨涂層。該技術(shù)主要適用于大管徑的管道，對管道內(nèi)徑有要求，如采用先進(jìn)等離子噴涂設(shè)備的內(nèi)孔噴槍在管道內(nèi)壁噴涂耐磨涂層，該技術(shù)適合長度< 600_、內(nèi)徑大于160_的管道。同時，由于等離子噴涂涂層結(jié)合強(qiáng)度較低，不適合短管道組焊成長管道的情況，在焊接時，由于局部高溫涂層容易脫落。超音速火焰噴涂和電弧噴涂都只能適用于更大口徑的管道。2)中國專利CN1415888A公開的一種耐磨里襯管道彎頭及里襯方法，是通過在彎頭內(nèi)部設(shè)置襯里芯模，然后通過將熔融耐磨聚氨酯澆注到由彎頭與芯模構(gòu)成的空間中，形成里襯。該方法盡管適合于小口徑管道和彎頭耐磨涂層的制備，但對于不同管徑大小的彎頭需要定制專用的芯模和夾持裝置。通用性較差，工藝復(fù)雜。3)堆焊耐磨層，該方法主要適合于大口徑管道和彎頭，管道內(nèi)部需較大的空間便于進(jìn)行堆焊或安放抗磨板。同時不適合小管徑管道內(nèi)部耐磨涂層的制備。因此，對于工程中的小口徑長管道，需要一種合適的耐磨涂層制備工藝。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)和不足，提供一種結(jié)合強(qiáng)度高、工藝簡單，且能夠提高管道壽命的小口徑管道和彎頭內(nèi)壁耐磨涂層的制備方法。為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是I)將耐磨合金粉末與膏劑按重量比為10 50:1的比例混合制成以耐磨合金粉末為主的耐磨合金膏；2)將耐磨合金膏涂覆于工件內(nèi)壁表面對于彎頭，內(nèi)壁均勻涂覆厚度為0. 3 I. 5mm的耐磨合金膏；對于直管，內(nèi)壁耐磨涂層分兩次進(jìn)行制備，每次將耐磨合金膏涂覆于直管內(nèi)壁的半圈，涂覆厚度為0. 3 I. 5mm形成瓦狀涂覆層，兩邊涂覆層厚度應(yīng)為弧頂涂覆層厚度的I. 5 2倍；3)將涂覆有耐磨合金的管道置于高溫爐中進(jìn)行熱處理對于彎頭外弧面向下放置在850°C以上的高溫爐中保溫2 120分鐘后隨爐冷卻；對于直管涂覆層的弧頂向下放置在850°C以上的高溫爐中保溫2 120分鐘后隨爐冷卻后將直管取出，再將耐磨合金膏涂覆于直管內(nèi)壁的另一半圈，涂覆厚度為0. 3
I.5mm，兩邊涂覆層厚度為弧頂涂覆層厚度的I. 5 2倍，再將直管涂覆層的弧頂向下放置在850°C以上的高溫爐中保溫2 120分鐘后隨爐冷卻。所述的涂層制備前，將管道內(nèi)部進(jìn)行清理，去除油污、粉塵，并進(jìn)行干燥。所述的耐磨合金粉末采用Cr3C2-NiCr金屬陶瓷材料、WC金屬陶瓷材料WC_Co、WC-Ni、WC-NiCr、WC-Cr3C2-Ni、自熔合金 NiCrBSi、FeCrBSi 或 CoCrBSi。所述的膏劑采用松香、環(huán)氧AB粘接劑、銀基釬料、錫基釬料、鉛基釬料、鎘基釬料或鋅基釬料。本發(fā)明利用低熔點(diǎn)膏劑將具有耐磨功能的粉末狀材料制成膏狀，涂覆于管道和彎頭內(nèi)壁，并經(jīng)高溫?zé)崽幚?，最終形成具有耐磨功能的涂層。其特點(diǎn)是適合小口徑管道內(nèi)壁耐磨涂層的制備，涂層致密、結(jié)合強(qiáng)度高、制備過程簡單，操作靈活，工藝穩(wěn)定，可重復(fù)性好。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例I :需制備抗磨涂層的直管為304不銹鋼，管段長度為330mm，外徑為60mm，內(nèi)徑為48_。該管段用作水輪機(jī)頂蓋排水管。將該管段內(nèi)部及外部用丙酮清洗，去除油污，粉塵，并烘干。選擇NiCrBSi系列Ni60自熔合金粉末作為耐磨涂層材料。按涂層粉末與松香重量比為20 1的比例制成膏狀，然后涂覆于管道內(nèi)壁，涂覆時只涂覆半圓柱面，形成瓦狀涂覆層，在半圓弧的兩端涂覆層厚度約為I. 2mm,弧頂處涂覆層厚度約為0. 6mm,中間均勻過渡。將涂覆后的鋼管水平置于氬氣氣氛保護(hù)的管式爐中，并將瓦狀涂覆層的弧頂置于底部，將氣氛保護(hù)爐進(jìn)氣端封好。采用99. 999%的高純氬氣作為保護(hù)氣體。熱處理溫度為950° C0保溫10分鐘。并隨爐冷卻，此時，由于高溫下的物質(zhì)流動，最后形成了弧頂處的厚度增加，而兩端的厚度減薄。冷卻后，對未涂覆的部分按照相同的工藝進(jìn)行涂覆，并以同樣的條件進(jìn)行高溫?zé)崽幚?。從而獲得內(nèi)壁具有耐磨功能涂層的管道。涂層抗拉強(qiáng)度大于76. 4MPa，維氏硬度為715. 3±7. 7HV0. 3，其磨損失重僅為不銹鋼管道基體的1/5 ;沖蝕失重僅為不銹鋼基體的1/8。實(shí)施例2 :需制備抗磨涂層的彎頭為90°不銹鋼彎頭，材質(zhì)為304不銹鋼。外徑為60_，內(nèi)徑為48_。該管段用作水輪機(jī)頂蓋排水管彎頭。將該管段內(nèi)部及外部用丙酮清洗，去除油污，粉塵，并烘干。選擇NiCrBSi系列Ni60自熔合金粉末作為耐磨涂層材料。按涂層粉末與松香重量比為20 1的比例制成膏狀，然后均勻涂覆于彎頭內(nèi)壁涂覆層厚度約為0.8_。將涂覆后的彎頭外弧面置于底部放置于氬氣氣氛保護(hù)的管式爐中，并將瓦狀涂覆層的弧頂置于底部，將氣氛保護(hù)爐進(jìn)氣端封好。采用99. 999%的高純氬氣作為保護(hù)氣體。熱處理溫度為950° C。保溫10分鐘。并隨爐冷卻。由于熱處理過程中物質(zhì)流動，從而形成彎頭兩個出入口處涂層較薄，厚度約為0. 5mm,而沖刷嚴(yán)重的彎頭弧頂處涂層較厚，約為Imm的耐磨涂層。
實(shí)施例3 I)將耐磨合金粉末Cr3C2-NiCr金屬陶瓷材料與膏劑環(huán)氧AB粘接劑按重量比為10:1的比例混合制成以耐磨合金粉末為主的耐磨合金膏；然后將彎頭內(nèi)部進(jìn)行清理，去除油污、粉塵，并進(jìn)行干燥；2)將耐磨合金膏涂覆于工件內(nèi)壁表面對于彎頭，內(nèi)壁均勻涂覆厚度為0. 3mm的耐磨合金膏；3)將涂覆有耐磨合金的彎頭置于高溫爐中進(jìn)行熱處理
對于彎頭外弧面向下放置在850°C以上的高溫爐中保溫2 120分鐘后隨爐冷卻。實(shí)施例4 I)將耐磨合金粉末WC金屬陶瓷材料WC-Co與膏劑銀基釬料按重量比為30:1的比例混合制成以耐磨合金粉末為主的耐磨合金膏；然后將彎頭內(nèi)部進(jìn)行清理，去除油污、粉塵，并進(jìn)行干燥；2)將耐磨合金膏涂覆于工件內(nèi)壁表面對于彎頭，內(nèi)壁均勻涂覆厚度為I. 5mm的耐磨合金膏；3)將涂覆有耐磨合金的彎頭置于高溫爐中進(jìn)行熱處理對于彎頭外弧面向下放置在850°C以上的高溫爐中保溫2 120分鐘后隨爐冷卻。實(shí)施例5 I)將耐磨合金粉末WC金屬陶瓷材料WC-Ni與膏劑銀基釬料按重量比為40:1的比例混合制成以耐磨合金粉末為主的耐磨合金膏；然后將彎頭內(nèi)部進(jìn)行清理，去除油污、粉塵，并進(jìn)行干燥；2)將耐磨合金膏涂覆于工件內(nèi)壁表面對于彎頭，內(nèi)壁均勻涂覆厚度為I. Omm的耐磨合金膏；3)將涂覆有耐磨合金的管道置于高溫爐中進(jìn)行熱處理對于彎頭外弧面向下放置在850°C以上的高溫爐中保溫2 120分鐘后隨爐冷卻。實(shí)施例6 I)將耐磨合金粉末WC金屬陶瓷材料WC-NiCr與膏劑錫基釬料按重量比為50:1的比例混合制成以耐磨合金粉末為主的耐磨合金膏；然后將彎頭內(nèi)部進(jìn)行清理，去除油污、粉塵，并進(jìn)行干燥；2)將耐磨合金膏涂覆于工件內(nèi)壁表面對于彎頭，內(nèi)壁均勻涂覆厚度為I. 2mm的耐磨合金膏；3)將涂覆有耐磨合金的彎頭置于高溫爐中進(jìn)行熱處理對于彎頭外弧面向下放置在850°C以上的高溫爐中保溫2 120分鐘后隨爐冷卻。實(shí)施例7:I)將耐磨合金粉末WC金屬陶瓷材料WC-Cr3C2-Ni與膏劑鉛基釬料按重量比為15:1的比例混合制成以耐磨合金粉末為主的耐磨合金膏；然后將管道內(nèi)部進(jìn)行清理，去除油污、粉塵，并進(jìn)行干燥；2)將耐磨合金膏涂覆于工件內(nèi)壁表面對于直管，內(nèi)壁耐磨涂層分兩次進(jìn)行制備，每次將耐磨合金膏涂覆于直管內(nèi)壁的半圈，涂覆厚度為0. 3mm形成瓦狀涂覆層，兩邊涂覆層厚度應(yīng)為弧頂涂覆層厚度的0. 45mm ；
3)將涂覆有耐磨合金的管道置于高溫爐中進(jìn)行熱處理對于直管涂覆層的弧頂向下放置在850°C以上的高溫爐中保溫2 120分鐘后隨爐冷卻后將直管取出，再將耐磨合金膏涂覆于直管內(nèi)壁的另一半圈,涂覆厚度為0. 3mm,兩邊涂覆層厚度為弧頂涂覆層厚度的0. 45mm，再將直管涂覆層的弧頂向下放置在850°C以上的高溫爐中保溫2 120分鐘后隨爐冷卻。實(shí)施例8 I)將耐磨合金粉末自熔合金NiCrBSi與膏劑鎘基釬料按重量比為35:1的比例混合制成以耐磨合金粉末為主的耐磨合金膏；然后將管道內(nèi)部進(jìn)行清理，去除油污、粉塵，并進(jìn)行干燥；2)將耐磨合金膏涂覆于工件內(nèi)壁表面對于直管，內(nèi)壁耐磨涂層分兩次進(jìn)行制備，每次將耐磨合金膏涂覆于直管內(nèi)壁的半圈，涂覆厚度為1.0mm形成瓦狀涂覆層，兩邊涂覆層厚度應(yīng)為弧頂涂覆層厚度的1.8mm;3)將涂覆有耐磨合金的管道置于高溫爐中進(jìn)行熱處理對于直管涂覆層的弧頂向下放置在850°C以上的高溫爐中保溫2 120分鐘后隨爐冷卻后將直管取出，再將耐磨合金膏涂覆于直管內(nèi)壁的另一半圈,涂覆厚度為I. Omm,兩邊涂覆層厚度為弧頂涂覆層厚度的I. 8mm，再將直管涂覆層的弧頂向下放置在850°C以上的高溫爐中保溫2 120分鐘后隨爐冷卻。實(shí)施例9 I)將耐磨合金粉末自熔合金FeCrBSi與膏劑鋅基釬料按重量比為25:1的比例混合制成以耐磨合金粉末為主的耐磨合金膏；然后將管道內(nèi)部進(jìn)行清理，去除油污、粉塵，并進(jìn)行干燥；2)將耐磨合金膏涂覆于工件內(nèi)壁表面對于直管，內(nèi)壁耐磨涂層分兩次進(jìn)行制備，每次將耐磨合金膏涂覆于直管內(nèi)壁的半圈，涂覆厚度為I. 2mm形成瓦狀涂覆層，兩邊涂覆層厚度應(yīng)為弧頂涂覆層厚度的2. 4mm ；3)將涂覆有耐磨合金的管道置于高溫爐中進(jìn)行熱處理對于直管涂覆層的弧頂向下放置在850°C以上的高溫爐中保溫2 120分鐘后隨爐冷卻后將直管取出，再將耐磨合金膏涂覆于直管內(nèi)壁的另一半圈,涂覆厚度為I. 2mm,兩邊涂覆層厚度為弧頂涂覆層厚度的2. 4mm，再將直管涂覆層的弧頂向下放置在850°C以上的高溫爐中保溫2 120分鐘后隨爐冷卻。實(shí)施例10 I)將耐磨合金粉末自熔合金CoCrBSi與膏劑松香按重量比為45:1的比例混合制成以耐磨合金粉末為主的耐磨合金膏；然后將管道內(nèi)部進(jìn)行清理，去除油污、粉塵，并進(jìn)行干燥；2)將耐磨合金膏涂覆于工件內(nèi)壁表面對于直管，內(nèi)壁耐磨涂層分兩次進(jìn)行制備，每次將耐磨合金膏涂覆于直管內(nèi)壁的半圈，涂覆厚度為I. 5mm形成瓦狀涂覆層，兩邊涂覆層厚度應(yīng)為弧頂涂覆層厚度的2. 6mm ；3)將涂覆有耐磨合金的管道置于高溫爐中進(jìn)行熱處理對于直管涂覆層的弧頂向下放置在850°C以上的高溫爐中保溫2 120分鐘后隨爐冷卻后將直管取出，再將耐磨合金膏涂覆于直管內(nèi)壁的另一半圈,涂覆厚度為I. 5mm,兩邊涂覆層厚度為弧頂涂覆層厚 度的2. 6mm,再將直管涂覆層的弧頂向下放置在850°C以上的高溫爐中保溫2 120分鐘后隨爐冷卻。
權(quán)利要求
1.一種小口徑管道和彎頭內(nèi)壁耐磨涂層的制備方法，其特征在于 1)將耐磨合金粉末與膏劑按重量比為10 50:1的比例混合制成以耐磨合金粉末為主的耐磨合金膏； 2)將耐磨合金膏涂覆于工件內(nèi)壁表面 對于彎頭，內(nèi)壁均勻涂覆厚度為O. 3 I. 5mm的耐磨合金膏； 對于直管，內(nèi)壁耐磨涂層分兩次進(jìn)行制備，每次將耐磨合金膏涂覆于直管內(nèi)壁的半圈，涂覆厚度為O. 3 I. 5mm形成瓦狀涂覆層，兩邊涂覆層厚度應(yīng)為弧頂涂覆層厚度的I. 5 2倍； 3)將涂覆有耐磨合金的管道置于高溫爐中進(jìn)行熱處理 對于彎頭外弧面向下放置在850°C以上的高溫爐中保溫2 120分鐘后隨爐冷卻； 對于直管涂覆層的弧頂向下放置在850°C以上的高溫爐中保溫2 120分鐘后隨爐冷卻后將直管取出，再將耐磨合金膏涂覆于直管內(nèi)壁的另一半圈，涂覆厚度為O. 3 I. 5mm,兩邊涂覆層厚度為弧頂涂覆層厚度的I. 5 2倍，再將直管涂覆層的弧頂向下放置在850°C以上的高溫爐中保溫2 120分鐘后隨爐冷卻。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的小口徑管道和彎頭內(nèi)壁耐磨涂層的制備方法，其特征在于所述的涂層制備前，將管道內(nèi)部進(jìn)行清理，去除油污、粉塵，并進(jìn)行干燥。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的小口徑管道和彎頭內(nèi)壁耐磨涂層的制備方法，其特征在于所述的耐磨合金粉末采用Cr3C2-NiCr金屬陶瓷材料、WC金屬陶瓷材料WC_Co、WC-Ni,WC-NiCr、WC-Cr3C2-Ni、自熔合金 NiCrBSi、FeCrBSi 或 CoCrBSi。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的小口徑管道和彎頭內(nèi)壁耐磨涂層的制備方法，其特征在于所述的膏劑采用松香、環(huán)氧AB粘接劑、銀基釬料、錫基釬料、鉛基釬料、鎘基釬料或鋅基釬料。
全文摘要
一種小口徑管道和彎頭內(nèi)壁耐磨涂層的制備方法，將耐磨合金粉末與膏劑混合制成耐磨合金膏；然后將耐磨合金膏涂覆于工件內(nèi)壁表面，將涂覆有耐磨合金的管道置于高溫爐中進(jìn)行熱處理，最終形成具有耐磨功能的涂層。本發(fā)明利用低熔點(diǎn)膏劑將具有耐磨功能的粉末狀材料制成膏狀，涂覆于管道和彎頭內(nèi)壁，并經(jīng)高溫?zé)崽幚?，最終形成具有耐磨功能的涂層。其特點(diǎn)是適合小口徑管道內(nèi)壁耐磨涂層的制備，涂層致密、結(jié)合強(qiáng)度高、制備過程簡單，操作靈活，工藝穩(wěn)定，可重復(fù)性好。
文檔編號C23C24/10GK102732877SQ201210205909
公開日2012年10月17日 申請日期2012年6月21日 優(yōu)先權(quán)日2012年6月21日
發(fā)明者劉立營, 李勇, 李太江, 李巍 申請人:西安熱工研究院有限公司