具有耐腐蚀性和耐磨性的涂层材料制造技术

一种涂层材料，具有沉积在基底材料上的第一层和沉积在所述第一层上的第二层。所述第一层由镍基合金或钴基合金制成，其中的碳仅以不可避免的杂质的量存在。所述第二层由含有碳化物和金属组分的硬质材料制成。所述第一层用作防止碳从所述第二层扩散到基底材料的阻挡层，从而防止该基底材料被渗碳。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及用于腐蚀环境，如海水或化学物质中的泵或其它设备，更具体地，涉及一种具有耐腐蚀性和耐磨性的涂层材料，适用于泵的部件，所述泵被设计在混有土或沙的海水的条件或产生气蚀的条件下操作，并涉及一种制备这样的具有耐腐蚀性和耐磨性的涂层材料的方法以及具有用这种涂层材料涂敷的部件的泵。
技术介绍
设计用于在腐蚀环境如海水或化学物质中操作的泵具有主结构部件，如外壳和叶轮，它们与由泵处理的液体接触。在这种情况下，这些主结构部件大多由高度耐腐蚀和相对不昂贵的不锈钢制成。然而，滑动部件，比如衬环部分和轴承部分，以及在所处理的液体中混有固体物质如土和沙的情况下具有高圆周速度的叶轮入口和叶轮的外围部分，以及标尺，需要由一种比不锈钢更耐磨和耐腐蚀的材料制成。在使用泵的情况下，这种材料另外需要具有等于或高于不锈钢的耐腐蚀性。至今通常使用耐腐蚀的硬质材料来涂敷局部表面，以使所述局部表面耐磨损、气蚀和腐蚀，许多硬质涂层材料现已经在许多情况下达到了满意的结果。典型的硬质材料包括钴基合金(例如，商品名为“STELLITE”的合金)、镍基合金(例如，商品名为“COLMONOY”的合金)。这些硬质涂层材料通过预先包含在涂层材料中的碳化物和/或当硬质涂层材料被涂敷时，沉淀在涂层中的碳化物而具有硬化功能。因此，硬质涂层材料含有碳是必须的。当这些涂层材料被涂敷用于形成在基底材料上的涂层时，碳不可避免地从涂层扩散到基底材料中。因此，与涂层材料接触的一部分基底材料变得敏化，其耐腐蚀性大大降低。如果产品在实际中长时间使用，从与涂层接触的部分基底材料开始腐蚀，导致涂层与基底材料分离。为了防止产品受到这些腐蚀破坏，必须使涂层和基底材料之间的界面免于暴露。常规的措施是使用一种结构设计来避免涂层和基底材料之间的界面暴露，或采用一种方法来覆盖涂层和基底材料的界面。然而，这些尝试有技术上的困难和经济上的缺点，并缺乏长期可靠性。如上所述，硬质涂层材料，比如钴基合金和镍基合金，需要含有碳来产生硬度。当硬质材料作为涂层沉积在基底材料上时，碳不可避免地从涂层扩散到基底材料上。结果，与涂层接触的一部分基底材料在涂层材料沉积后的一个冷却过程中变得敏化。具体地说，碳化铬沉积在晶粒间界上，从而降低了靠近晶粒间界的铬浓度。因此，与涂层接触的一部分基底材料比基底材料本身的耐腐蚀性降低。如果产品在实际中长期使用，从与涂层接触的基底材料的部分开始腐蚀。附图中的图4显示了一种传统硬质材料的局部横截面图，所述硬质材料比如是钴基合金或镍基合金(例如商品名为STELLITE的合金或商品名为COLMONOY的合金)，所述硬质材料通过覆盖以涂层1沉积在基底材料2上。在图4中，碳化铬4沉淀于与涂层1接触的部分基底材料2中的晶粒间界内。当在其上具有涂层1的基底材料2长时间暴露于大气环境中时，在基底材料2的表面层内形成敏化层3，使得敏化层3局部腐蚀，并使涂层1最后剥离。专利技术概述因此，本专利技术的目的是提供一种具有耐腐蚀性和耐磨性的用于泵的部件上的涂层材料，所述泵用于在腐蚀环境下操作，比如海水或化学物质中，具体地，在混有土和沙的海水的条件或产生气蚀的条件下使用，本专利技术还提供了一种方法，用于制备具有耐腐蚀性和耐磨性的涂层材料，以及提供具有被这种涂层材料涂敷的部件的泵。为了达到上述目的，按照本专利技术的第一方面，提供了一种涂层材料，其包含适于沉积在基底材料上的第一层，所述所述第一层由镍基合金或钴基合金制成，其中的碳仅以不可避免的杂质的量存在；和沉积在第一层上的第二层，所述第二层是由含有碳化物和金属组分的硬质材料制成，所述第一层用作防止碳从第二层扩散到基底材料的阻挡层，从而防止基底材料被渗碳。在本专利技术的一个优选方面，所述碳化物赋予第二层以硬度。在本专利技术的一个优选方面，所述金属组分赋予第二层以耐腐蚀性。在本专利技术的一个优选方面，第一层由含有Cr、Mo、Si和B中的至少一种、以及由Ni和不可避免的杂质组成的剩余物的Ni-Cr-Mo合金制成。在本专利技术的一个优选方面，当第一层沉积在基底材料上时，Ni-Cr-Mo合金防止基底材料被渗碳。在本专利技术的一个优选方面，第一层由含有Cr、Mo、Si和B中的至少一种、以及由Co和不可避免的杂质组成的剩余物的Co-Cr-Mo合金制成。在本专利技术的一个优选方面，当第一层沉积在基底材料上时，Co-Cr-Mo合金防止基底材料被渗碳。在本专利技术的一个优选方面，第二层由钴基合金或镍基合金制成。在本专利技术的一个优选方面，钴基合金或镍基合金可通过碳化物赋予第二层以硬度，所述碳化物为预先包含在涂层材料中的碳化物、当第二层沉积在第一层上时，在预先包含在涂层材料中的碳化物与涂层材料的其它组分熔化后新近沉淀的碳化物、或当第二层沉积在第一层上时，沉淀于第二层内的碳化物。按照本专利技术的第二方面，提供了一种泵组件，包括用涂层材料涂布的泵部件，所述涂层材料包括适于在基底材料上沉积的第一层，所述第一层由镍基合金或钴基合金制成，其中的碳仅以不可避免的杂质的量存在；和沉积在所述第一层上的第二层，所述第二层由含有碳化物和金属组分的硬质材料制成，所述第一层用作防止碳从所述第二层扩散到基底材料的阻挡层，以防止基底材料被渗碳。按照本专利技术的第三方面，提供了一种制备涂层材料的方法，包括在基底材料上沉积第一层，所述第一层由镍基合金或钴基合金制成，其中的碳仅以不可避免的杂质的量存在；和在所述第一层上沉积第二层，所述第二层由含有碳化物和金属组分的硬质材料制成，所述第一层用作防止碳从所述第二层扩散到基底材料的阻挡层，以防止基底材料被渗碳。在本专利技术的一个优选方面，第一层通过覆盖的方法，使用镍基合金或钴基合金的粉末或焊条形式沉积，所述第二层通过一种自熔融合金喷涂法沉积，所述喷涂法用于热喷涂硬质材料的粉末，或涂敷硬质材料的粉末和有机粘合剂的混合物，然后用热量熔化该硬质材料。在本专利技术的一个优选方面，第一层通过自熔融合金喷涂法沉积，所述喷涂法用于热喷涂镍基合金或钴基合金的粉末，或涂敷镍基合金或钴基合金的粉末和有机粘合剂的混合物，然后用热量熔化镍基合金或钴基合金，第二层通过自熔融合金喷涂法沉积，所述喷涂法用于热喷涂硬质材料的粉末，或涂敷硬质材料的粉末和有机粘合剂的混合物，然后用热量熔化该硬质材料。第二层由钴基合金或镍基合金制成，所述合金由通过预先含于涂层材料内的碳化物，或当第二层沉积在第一层上时沉淀于第二层内的碳化物，而赋予第二层以硬度。第一层需要沉积在基底材料上，以使得在第一层和基底材料之间的界面和第一层内不形成会引起缝隙腐蚀的孔穴。第一层可通过覆盖法沉积，按照等离子传递电弧焊接法使用其材料的粉末形式；也可通过覆盖法沉积，按照TIG(钨极隋性气体)焊接法使用其材料的焊条形式；或通过自熔融合金喷涂法沉积，所述喷涂法用于热喷涂粉末材料或涂敷其材料的粉末和有机粘合剂的混合物，然后用热量熔化所述材料。第二层可通过一种通常用于沉积普通硬质材料的方法沉积，或通过覆盖法或自熔融合金喷涂法沉积。本专利技术的上述和其它的目的、特征和优点将通过下面的参照附图的描述，以实施例的方式说明本专利技术的优选实施方案而变得明显。附图简述附图说明图1是一个具有按照本专利技术的硬质涂层材料的基底材料的局部横截面图；图2是一个具有按照本专利技术的硬质涂层材料的轴承装置的局部横截面图；图3是一个包本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种涂层材料，包括：适于沉积在基底材料上的第一层，所述第一层由镍基合金或钴基合金制成，其中的碳仅以不可避免的杂质的量存在；和沉积在所述第一层上的第二层，所述第二层由含有碳化物和金属组分的硬质材料制成，所述第一层用作防止碳从所述第二层 扩散到基底材料的阻挡层，从而防止基底材料被渗碳。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：杉山宪一，川村聪，中浜修平，高山博和，宫板松甫，
申请(专利权)人：株式会社荏原制作所，
类型：发明
国别省市：JP[日本]