專利名稱：一種小口徑管道和彎頭內壁耐磨涂層的制備方法
技術領域：
本發明涉及水力水電、火力發電、工程機械等介質輸送管道的材料加工、表面工程技術領域，具體涉及一種能顯著提高小口徑直管、彎頭使用壽命的內壁耐磨涂層的制備方法。
背景技術：
水電站頂蓋排水管道、工業煙氣介質輸送管道、工程機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，管道及其彎頭將發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，磨損更嚴重，引起系統安全故障，增加檢修和維護成本。
對于大口徑管道(> 100mm)和彎頭，有大量的抗磨、耐蝕技術可用于管道內壁。抗磨技術如熱噴涂技術、管道內壁安裝耐磨里襯，堆焊耐磨層或抗磨板等；I)熱噴涂內壁耐磨涂層技術，采用如等離子噴涂、超音速火焰噴涂、電弧噴涂等技術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壁而形成耐磨涂層。該技術主要適用于大管徑的管道，對管道內徑有要求，如采用先進等離子噴涂設備的內孔噴槍在管道內壁噴涂耐磨涂層，該技術適合長度< 600_、內徑大于160_的管道。同時，由于等離子噴涂涂層結合強度較低，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，是通過在彎頭內部設置襯里芯模，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，管道內部需較大的空間便于進行堆焊或安放抗磨板。同時不適合小管徑管道內部耐磨涂層的制備。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。

發明內容
本發明的目的在于克服上述現有技術的缺點和不足，提供一種結合強度高、工藝簡單，且能夠提高管道壽命的小口徑管道和彎頭內壁耐磨涂層的制備方法。為達到上述目的，本發明采用的技術方案是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壁表面對于彎頭，內壁均勻涂覆厚度為0. 3 I. 5mm的耐磨合金膏；對于直管，內壁耐磨涂層分兩次進行制備，每次將耐磨合金膏涂覆于直管內壁的半圈，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，將管道內部進行清理，去除油污、粉塵，并進行干燥。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。本發明利用低熔點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壁，并經高溫熱處理，最終形成具有耐磨功能的涂層。其特點是適合小口徑管道內壁耐磨涂層的制備，涂層致密、結合強度高、制備過程簡單，操作靈活，工藝穩定，可重復性好。
具體實施例方式實施例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，內徑為48_。該管段用作水輪機頂蓋排水管。將該管段內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的管式爐中，并將瓦狀涂覆層的弧頂置于底部，將氣氛保護爐進氣端封好。采用99. 999%的高純氬氣作為保護氣體。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行涂覆，并以同樣的條件進行高溫熱處理。從而獲得內壁具有耐磨功能涂層的管道。涂層抗拉強度大于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。實施例2 :需制備抗磨涂層的彎頭為90°不銹鋼彎頭，材質為304不銹鋼。外徑為60_，內徑為48_。該管段用作水輪機頂蓋排水管彎頭。將該管段內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的管式爐中，并將瓦狀涂覆層的弧頂置于底部，將氣氛保護爐進氣端封好。采用99. 999%的高純氬氣作為保護氣體。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,而沖刷嚴重的彎頭弧頂處涂層較厚，約為Imm的耐磨涂層。
實施例3 I)將耐磨合金粉末Cr3C2-NiCr金屬陶瓷材料與膏劑環氧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；然后將彎頭內部進行清理，去除油污、粉塵，并進行干燥；2)將耐磨合金膏涂覆于工件內壁表面對于彎頭，內壁均勻涂覆厚度為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；然后將彎頭內部進行清理，去除油污、粉塵，并進行干燥；2)將耐磨合金膏涂覆于工件內壁表面對于彎頭，內壁均勻涂覆厚度為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；然后將彎頭內部進行清理，去除油污、粉塵，并進行干燥；2)將耐磨合金膏涂覆于工件內壁表面對于彎頭，內壁均勻涂覆厚度為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；然后將彎頭內部進行清理，去除油污、粉塵，并進行干燥；2)將耐磨合金膏涂覆于工件內壁表面對于彎頭，內壁均勻涂覆厚度為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；然后將管道內部進行清理，去除油污、粉塵，并進行干燥；2)將耐磨合金膏涂覆于工件內壁表面對于直管，內壁耐磨涂層分兩次進行制備，每次將耐磨合金膏涂覆于直管內壁的半圈，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；然后將管道內部進行清理，去除油污、粉塵，并進行干燥；2)將耐磨合金膏涂覆于工件內壁表面對于直管，內壁耐磨涂層分兩次進行制備，每次將耐磨合金膏涂覆于直管內壁的半圈，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；然后將管道內部進行清理，去除油污、粉塵，并進行干燥；2)將耐磨合金膏涂覆于工件內壁表面對于直管，內壁耐磨涂層分兩次進行制備，每次將耐磨合金膏涂覆于直管內壁的半圈，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；然后將管道內部進行清理，去除油污、粉塵，并進行干燥；2)將耐磨合金膏涂覆于工件內壁表面對于直管，內壁耐磨涂層分兩次進行制備，每次將耐磨合金膏涂覆于直管內壁的半圈，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。
權利要求
1.一種小口徑管道和彎頭內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壁表面 對于彎頭，內壁均勻涂覆厚度為O. 3 I. 5mm的耐磨合金膏； 對于直管，內壁耐磨涂層分兩次進行制備，每次將耐磨合金膏涂覆于直管內壁的半圈，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.根據權利要求I所述的小口徑管道和彎頭內壁耐磨涂層的制備方法，其特征在于所述的涂層制備前，將管道內部進行清理，去除油污、粉塵，并進行干燥。
3.根據權利要求I所述的小口徑管道和彎頭內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.根據權利要求I所述的小口徑管道和彎頭內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壁表面，將涂覆有耐磨合金的管道置于高溫爐中進行熱處理，最終形成具有耐磨功能的涂層。本發明利用低熔點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壁，并經高溫熱處理，最終形成具有耐磨功能的涂層。其特點是適合小口徑管道內壁耐磨涂層的制備，涂層致密、結合強度高、制備過程簡單，操作靈活，工藝穩定，可重復性好。
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 優先權日2012年6月21日
發明者劉立營, 李勇, 李太江, 李巍 申請人:西安熱工研究院有限公司