一种强化水泵叶轮表面等离子喷涂陶瓷涂层的制备方法技术

本发明专利技术涉及一种强化水泵叶轮表面等离子喷涂陶瓷涂层的制备方法。本发明专利技术对水泵叶轮表面用丙酮进行超声清洗并干燥，对水泵叶轮表面用棕刚玉进行喷砂粗化处理，对基体表面进行预热处理，在水泵叶轮基体表面喷涂陶瓷粉末，制得耐磨耐蚀陶瓷涂层，叶轮表面陶瓷涂层分多次喷涂获得。本发明专利技术克服了激光表面改性、热喷涂、化学镀和电镀各自存在的缺陷。本发明专利技术具有可显著延长水泵的使用周期，水泵叶轮表面耐磨损、抗汽蚀的要求，工件多次循环使用，工艺简单可行，生产效率高，自动化程度高，符合可持续发展战略，具有市场经济效益。

Preparation method of plasma spraying ceramic coating for strengthening impeller surface of water pump

The invention relates to a method for preparing plasma spraying ceramic coating on the impeller surface of an intensified water pump. The invention of ultrasonic cleaning with acetone and dried on the surface of the water pump impeller, pump impeller surface roughening treatment with corundum, on the substrate surface preheating, ceramic powder spray in the pump impeller surface, wear and corrosion resistance of ceramic coating was prepared, the impeller surface ceramic coating spraying to obtain several times. The invention overcomes the defects of laser surface modification, thermal spraying, chemical plating and electroplating. The present invention has significantly prolonged the use of pump impeller pump cycle, requirements of surface wear loss, anti cavitation, the cycle of repeated use, simple process, high production efficiency, high degree of automation, in line with the strategy of sustainable development, with the market economic benefit.

【技术实现步骤摘要】
一种强化水泵叶轮表面等离子喷涂陶瓷涂层的制备方法
本专利技术涉及工程与材料科学的表面涂层技术
，特别涉及一种强化水泵叶轮表面等离子喷涂陶瓷涂层的制备方法。
技术介绍
一直以来，水泵过流部件的汽蚀、磨损及其联合破坏是水泵运行、检修维护过程中的一个大问题。尤其是在多泥沙水系中运行的水泵，在泥沙磨损和空化的联合作用下，水泵叶轮的损坏速度远超于单一的冲蚀磨损和空化破坏。汽蚀磨损破坏缩短了水泵检修周期，造成了大量的人力、物力、财力的浪费。因此，如何有效的提高水泵过流部件(叶轮)的抗磨蚀破坏性能，延长水泵的大修期，确保水泵机组经济、安全、高效运行，是目前亟待解决的问题。气泡的形成、增长和溃灭以及造成的侵蚀过程称为汽蚀。水泵叶轮汽蚀的发生是由于入口附近低压区处的压力降低到液体饱和蒸汽压力，导致部分液体汽化所致。汽蚀造成的后果是严重的，它使水泵的流量、效率及扬程急剧下降，同时汽蚀还伴有噪音响声，引起机组和厂房的震动，造成不稳定运行。水泵的磨损破坏是指水流对泵的过流部件的冲刷和泥沙磨损破坏。磨损破坏主要发生在泵的叶轮与泵壳、叶轮与密封环间隙等处。磨损破坏同样会影响泵的性能，使泵的流量、扬程和效率降低，并引起机组的震动和不稳定运行。汽蚀和磨损这两者的联合作用是水泵实际运行过程中不可避免的问题。目前，采用激光表面改性、热喷涂、化学镀和电镀等方法对水泵叶轮表面进行改性，可以提高叶轮的抗磨蚀性能，延长泵的服役寿命。大量实践表明，表面涂覆涂层是提高材料耐磨防腐性能中最有效、最常用的一种方法。等离子喷涂是以非转移弧的等离子弧为热源，将材料以粉末形式送入焰流中心加热到熔融或半熔融状态，喷射到基材表面形成涂层的方法。等离子弧所产生的温度可高达15000℃，几乎可熔化所有材料，尤其适合喷涂熔点高的陶瓷材料，同时被喷涂的零件尺寸范围广，可大面积喷涂，也可对大型构件做局部喷涂。因此，在水泵叶轮表面采用等离子喷涂制备陶瓷涂层具有很大应用前景。CN105088224A专利技术一种水泵叶轮强化延寿的装置和方法，该专利技术通过工控台、六轴机械手、激光器、聚焦镜和三爪卡盘的彼此配合，能够实现水泵叶轮曲面空间任意一点的定位，从而解决复杂空间曲面难以修复和强化的问题。采用激光熔覆工艺有效修复水泵叶轮表面产生的孔洞和犁沟等，不仅延长了水泵叶轮的服役寿命，同时还大幅提高水泵叶轮的耐磨耐腐蚀性能。CN102925848A专利技术公开一种水泵叶轮表面超音速火焰喷涂纳米超硬复合涂层的制备方法。该专利技术采用超音速火焰喷涂工艺在水泵叶轮表面基体上制备纳米结构的WC-8Co超硬复合涂层，本专利技术涂层与基体的结合强度可达到100MPa，同时超音速火焰喷涂因其具有较高的喷射速度及较低的火焰温度从而有效保证了粉末颗粒在喷涂过程中更少的氧化和脱碳。水泵叶轮基体表面WC-8Co硬质合金涂层的硬度可达HRC65，涂层组织结构致密，具有优异的耐磨耐蚀性，其适应于各种磨粒、冲蚀和滑动磨损的防护，继而显著提高了水泵的使用寿命。
技术实现思路
本专利技术的目的就在于克服上述缺陷，提供一种强化水泵叶轮表面等离子喷涂陶瓷涂层的制备方法。本专利技术的技术方案是：一种强化水泵叶轮表面等离子喷涂陶瓷涂层的制备方法，其特征在于，包含以下步骤：(1)对水泵叶轮表面用丙酮进行超声清洗并干燥；(2)对于待强化的水泵叶轮表面用棕刚玉进行喷砂粗化处理；(3)将陶瓷粉末置于烘箱中干燥备用；(4)喷涂前利用喷枪焰流温度对基体表面进行预热处理，随后采用等离子喷涂工艺在预处理好的水泵叶轮基体表面喷涂陶瓷粉末，制备出具有高硬度的耐磨耐蚀陶瓷涂层；(5)叶轮表面陶瓷涂层厚度根据需要分多次喷涂获得；(6)将喷涂好的工件采用石棉包覆，置于空气中自然冷却。所述步骤(1)中水泵叶轮可以是铸铁叶轮、不锈钢叶轮、铝合金叶轮、黄铜叶轮等基体。所述步骤(2)中棕刚玉粒度范围为16-24目，激活后的水泵叶轮表面粗糙度要求不低于Ra7.0。所述步骤(3)中陶瓷粉末包括氧化物陶瓷粉末、氮化物陶瓷粉末、碳化物陶瓷粉末以及陶瓷基复合粉末等。所述步骤(4)中基体预热温度为100-200℃，等离子喷涂工艺电流为300-700A，电压为30-80V，等离子生成气Ar流量为40-60L/min，H2流量为2-10L/min，送粉速度为20-80g/min，喷涂距离为80-150mm。所述步骤(4)中陶瓷涂层的硬度可达HV800-1200。所述步骤(5)中涂层厚度为50-300μm。本专利技术的优点和效果在于：第一，可显著延长水泵的使用周期；第二，陶瓷材料具有耐高温、耐磨损、硬度高和化学稳定性好的特性，等离子喷涂具有能量密度高，对基材热影响区小，且能保持基材的组织等特性。相比于其他喷涂方法，等离子喷涂更适于喷涂熔点高的陶瓷材料，将两者优势相结合，采用等离子喷涂工艺在水泵叶轮表面沉积陶瓷涂层更加符合水泵叶轮表面耐磨损、抗汽蚀的要求。第三，等离子喷涂工艺简单可行，生产效率高，自动化程度高，夹持喷枪的机械手可根据叶轮曲面进行三维空间编程，有效解决空间曲面难以定位的难题。该方法在生产加工过程中不产生对人体和自然环境有危害的物质，符合绿色环保的生产理念，同时，利用该方法可以修复因磨损失效的水泵叶轮，实现工件多次循环使用，符合可持续发展战略。因此具有强大的市场经济效益。相比于专利CN105088224A中涉及的一种水泵叶轮强化延寿的装置和方法，本专利技术所涉及的装置更为简单可靠，且喷涂过程对叶轮基体热影响小，不会改变基体本身的组织与形状。同时相比于CN105088224A采用的激光熔覆工艺，本专利所涉及的工艺更适合对水泵叶轮表面进行强化和修复，具有生产效率高，自动化程度高、涂层性能可靠等优点。相比于专利CN102925848A专利技术的一种水泵叶轮表面超音速火焰喷涂纳米超硬复合涂层的制备方法。本专利技术采用的等离子喷涂工艺热源能量密度更高，涂层沉积效率高，对喷涂材料的适应范围广，尤其适合喷涂熔点高的陶瓷材料，制备的涂层具有硬度高、涂层致密、化学稳定性好等特点。相比于CN102925848A中所使用的纳米结构的WC-8Co陶瓷硬质合金粉末，本专利所选用的粉末均是微米级的，因而还具有生产成本低的优势。以下结合附图和具体实施例对本专利技术进行详细描述，但不作为对本专利技术的限定。附图说明图1——本专利技术实施例1中ZrO2涂层抛光截面SEM图。图2——本专利技术实施例1中的ZrO2涂层断面SEM图。图3——本专利技术实施例1中的ZrO2涂层XRD图谱。具体实施方式本专利技术的技术思路是：针对现有方法加工工艺复杂、生产效率低、涂层质量不理想以及环境污染严重等问题，本专利技术提供一种强化水泵叶轮表面的等离子喷涂陶瓷涂层的制备方法，通过等离子喷涂工艺在水泵叶轮基体表面制备具有高硬度、耐磨损、抗汽蚀的陶瓷涂层，进而提高水泵的运行效率并有效延长其使用寿命。下面结合具体实施例对本专利技术作进一步描述，所描述的实施例仅例示性说明本专利技术的原理与方法，而非用于限制本专利技术。基于本专利技术的实施例，本
的普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下对本专利技术的一些技术特征做出的替换和变形，都属于本专利技术保护的范围。本专利技术所涉及的粉末原料、仪器、设备等均可从市场购得，或通过常规方法制备得到。包含以下步骤：(1)对水泵叶轮表面用丙酮进行超声清洗并干燥；(2)对于待强化本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种强化水泵叶轮表面等离子喷涂陶瓷涂层的制备方法，其特征在于，包含以下步骤：(1)对水泵叶轮表面用丙酮进行超声清洗并干燥；(2)对于待强化的水泵叶轮表面用棕刚玉进行喷砂粗化处理；(3)将陶瓷粉末置于烘箱中干燥备用；(4)喷涂前利用喷枪焰流温度对基体表面进行预热处理，随后采用等离子喷涂工艺在预处理好的水泵叶轮基体表面喷涂陶瓷粉末，制备出具有高硬度的耐磨耐蚀陶瓷涂层；(5)叶轮表面陶瓷涂层厚度根据需要分多次喷涂获得；(6)将喷涂好的工件采用石棉包覆，置于空气中自然冷却。

【技术特征摘要】
1.一种强化水泵叶轮表面等离子喷涂陶瓷涂层的制备方法，其特征在于，包含以下步骤：(1)对水泵叶轮表面用丙酮进行超声清洗并干燥；(2)对于待强化的水泵叶轮表面用棕刚玉进行喷砂粗化处理；(3)将陶瓷粉末置于烘箱中干燥备用；(4)喷涂前利用喷枪焰流温度对基体表面进行预热处理，随后采用等离子喷涂工艺在预处理好的水泵叶轮基体表面喷涂陶瓷粉末，制备出具有高硬度的耐磨耐蚀陶瓷涂层；(5)叶轮表面陶瓷涂层厚度根据需要分多次喷涂获得；(6)将喷涂好的工件采用石棉包覆，置于空气中自然冷却。2.根据权利要求1所述的一种强化水泵叶轮表面等离子喷涂陶瓷涂层的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中水泵叶轮可以是铸铁叶轮、不锈钢叶轮、铝合金叶轮、黄铜叶轮等基体。3.根据权利要求1所述的一种强化水泵叶轮表面等离子喷涂陶瓷涂层的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)中棕刚玉粒度范围为16-24目，激活后的水泵叶轮表面粗糙度要...

【专利技术属性】
技术研发人员：张超，刘黎明，吴庆丹，肖金坤，
申请(专利权)人：扬州大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32