【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于水力机械表面防护领域，具体涉及一种水轮机叶片表面长效抗蚀多层涂层及其制备方法。
技术介绍
1、黄河以泥沙多而闻名于世，其多年(1919年至2020年)平均输沙量达11.1亿吨，平均含沙量30.5kg/m3，含沙量居世界之冠。长江流域由于水土流失，水中含沙量也比较严重，含沙量同样位居世界前列。同时，黄河和长江中泥沙的年内分布时间不均匀，具有丰、枯相间的周期性变化，水沙量主要集中在汛期。比如，青铜峡水电站所在的黄河上游末端多年平均含沙量9.83kg/m3，最大含沙量431.35kg/m3，来沙量主要集中在每年7、8月份。当水电站的水轮机长期在黄河或长江中运行时，其过流部件(如叶片)极易产生严重的腐蚀。其主要包括泥沙冲蚀和空化气蚀，它会破坏水轮机叶片的金属表面，缩短叶片的使用寿命，导致水轮机效率降低、产生振动和噪声并影响运行的安全稳定性。目前，解决水轮机叶片的磨蚀问题主要有两种途径：第一种，采用超音速火焰喷涂(hovf)、激光熔覆等技术在叶片表面制备硬质无机涂层。第二种，采用涂覆、浇灌等技术在叶片表面制备有机涂层，如复合树脂砂浆和聚氨酯等。但有机涂层的硬度低、与基材结合强度弱、抗冲蚀性能差，服役寿命短，难以为叶片提供长期防护。无机涂层虽然具有高强、耐磨、高结合强度等优异性能，但通常难以兼具抗空蚀和抗冲蚀能力，比如wc涂层、fe基非晶涂层(sam2x5)等对泥沙冲蚀有良好的防护效果，但对空蚀防护不佳；不锈钢(如zg04cr16ni5mo)基涂层则恰恰相反。这导致普通无机涂层也不能大幅延长水轮机叶片的服役寿命。
3、张磊等人(张磊,张凯,霍嘉翔等.喷涂距离对内孔hvof喷涂纳米wc-10co4cr涂层组织及抗泥沙冲蚀性能的影响[j].稀有金属与硬质合金,2023,51(05):36-43.)利用内孔氧-丙烷超音速火焰喷涂技术在zg0cr13ni5mo不锈钢基材表面制备纳米wc-10co4cr涂层，涂层强度优良，抗泥沙冲蚀性能是基材的7～8倍。但涂层韧性相对较差，抗空蚀性能有待提高，在泥沙冲蚀和空化气蚀交替作用下，难以大幅度提高叶片的使用寿命。
4、中国专利《一种高抗冲蚀-空蚀-腐蚀涂层》(申请号：202211041989.1，申请公布号：cn 115386871 a，公布日：2022.11.25)将fe90、ti粉和cr3c2通过激光熔覆技术形成兼具高抗冲蚀-空蚀-腐蚀效果的涂层，其能提高水力机械过流部件的使用寿命。但该涂层硬度较差，在泥沙冲刷下涂层基体仍会产生较严重磨损，同时硬质增强相颗粒容易随着涂层基体的磨损而脱落，加剧涂层破坏，因此难以保证长期的防护效果。
5、中国专利《一种高熵合金/陶瓷复合抗空蚀抗磨蚀涂层及其制备方法》(申请号：202211451667.4，申请公布号：cn 115772639 a，公布日：2023.03.10)通过大气超音速喷涂制备了一种高熵合金/陶瓷复合抗空蚀抗磨蚀涂层，涂层抗空蚀性能是基体的4～8倍，抗冲蚀性能是基体的12～14.5倍，可以有效解决水轮机过流部件的空蚀、冲蚀问题。但该涂层在抗空蚀性和抗冲蚀性之间存在折衷，难以针对汛期和非汛期来灵活调整抗蚀性能，同时也不易预测水轮机大修周期。此外，涂层抗空蚀性相对较弱，不利于水轮机叶片服役寿命的延长。
6、中国专利《水轮机过流部件改性聚氨酯涂层和制备方法》(申请号：202310084418.4，申请公布号：cn 116239946a，公布日：2023.06.09)公开了一种水轮机过流部件改性聚氨酯涂层，该涂层由二异氰酸酯、聚醚多元醇、扩链剂、丙二醇甲醚乙酸酯、端羟基聚硅氧烷和笼型聚倍半硅氧烷改性纳米陶瓷颗粒构成，可以提高水轮机过流部件的抗空蚀和抗磨蚀性能。但由于聚氨酯高分子类涂层的抗划伤性能和抗冲蚀性能不佳，且涂层与基体的粘结力弱，在服役过程中易脱落失效，导致涂层防护效果难以保证。
技术实现思路
1、本专利技术的目的是提供一种水轮机叶片表面长效抗蚀多层涂层及制备方法，以解决现有水轮机叶片难以抵抗汛期冲蚀和非汛期空蚀的交替破坏、服役寿命短的问题。
2、为实现上述目的，本专利技术所采用的技术方案是：
3、一种水轮机叶片表面长效抗蚀多层涂层的制备方法，具体按以下步骤实施：
4、步骤1，配制喷涂的粉末颗粒：
5、将sam2x5非晶合金粉末在烘箱中干燥，得到用于喷涂的合金粉末；将zg04cr16ni5mo不锈钢粉末和wc陶瓷粉末按比例球磨混合，干燥后得到不锈钢/陶瓷粉末；
6、步骤2，hvof制备抗冲蚀涂层：
7、将步骤1获得的合金粉末装入hvof设备，调节超音速火焰喷涂参数，在预处理的叶片表面喷涂抗冲蚀涂层；
8、步骤3，hvof复合抗空蚀涂层：
9、将步骤2得到的含有抗冲蚀涂层的叶片放置在装载不锈钢/陶瓷粉末的hvof设备下，超音速火焰喷涂复合抗空蚀涂层，得到无机双层抗蚀涂层；
10、步骤4，交替喷涂制备抗蚀多层涂层：
11、按照步骤2和步骤3的操作在无机双层抗蚀涂层上逐层交替喷涂抗冲蚀涂层和抗空蚀涂层，得到长效抗蚀多层涂层。
12、进一步地，所述步骤1中sam2x5非晶合金粉末为不含有机粘结剂的、粒度为25～35μm的fe49.7cr17.7mn1.9mo7.4w1.6b15.2c3.8si2.4铁基非晶合金粉末；zg04cr16ni5mo不锈钢粉末与wc陶瓷粉末的质量百分比分别为75％～76％和24％～25％，两者总和为100％，zg04cr16ni5mo不锈钢粉末由以下质量分数的粉末组成：c粉：0.053～0.065％，cr粉：15.17～15.93％，ni粉：4.82～5.91％，mo粉：0.87～1.03％，mn粉：0.45～0.88％，si粉：0.35～0.529％，cu粉：0.03～0.04％，p粉：0.005～0.016％，s粉：0.002～0.005％，fe粉：75.595～78.25％，以上组分总和为100％，zg04cr16ni5mo不锈钢粉末的粒径为5～50μm；wc陶瓷粉末粒径为5～25μm，球磨转速为200～300r/min，球磨时间为1～2h，球料质量比为2：1，sam2x5非晶合金粉末在烘箱中干燥温度为100～本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种水轮机叶片表面长效抗蚀多层涂层的制备方法，其特征在于，具体按以下步骤实施：
2.根据权利要求1所述的一种水轮机叶片表面长效抗蚀多层涂层的制备方法，其特征在于，所述步骤1中SAM2X5非晶合金粉末为不含有机粘结剂的、粒度为25～35μm的Fe49.7Cr17.7Mn1.9Mo7.4W1.6B15.2C3.8Si2.4铁基非晶合金粉末；ZG04Cr16Ni5Mo不锈钢粉末与WC陶瓷粉末的质量百分比分别为75％～76％和24％～25％，两者总和为100％，ZG04Cr16Ni5Mo不锈钢粉末由以下质量分数的粉末组成：C粉：0.053～0.065％，Cr粉：15.17～15.93％，Ni粉：4.82～5.91％，Mo粉：0.87～1.03％，Mn粉：0.45～0.88％，Si粉：0.35～0.529％，Cu粉：0.03～0.04％，P粉：0.005～0.016％，S粉：0.002～0.005％，Fe粉：75.595～78.25％，以上组分总和为100％，ZG04Cr16Ni5Mo不锈钢粉末的粒径为5～50μm；WC陶瓷粉末粒径为5～25μm，球磨转速为200～300r
3.根据权利要求1所述的一种水轮机叶片表面长效抗蚀多层涂层的制备方法，其特征在于，所述步骤2中，HVOF设备以煤油为燃料，煤油流量为20.8～29.7L/h；以氧气为助燃气体，氧气流量为830～940L/min；以氮气作为送粉气体，氮气流量为11.5～14.0L/min；送粉速率为48～60g/min，喷涂距离为350～380mm，喷枪扫描速度为375～500mm/s。
4.根据权利要求1所述的一种水轮机叶片表面长效抗蚀多层涂层的制备方法，其特征在于，所述步骤2中叶片的预处理包括表面去污除油和喷砂粗化处理。
5.根据权利要求1所述的一种水轮机叶片表面长效抗蚀多层涂层的制备方法，其特征在于，所述步骤3中，HVOF设备以煤油为燃料，煤油流量为40.0～42.5L/min，以氧气为助燃气体，氧气流量为237～252L/min，以氮气作为送粉气体，氮气流量为348～370L/min；送粉速率为39.5～42.0g/min，喷涂距离为250～260mm，喷枪扫描速度为250～260mm/s。
6.根据权利要求1所述的一种水轮机叶片表面长效抗蚀多层涂层的制备方法，其特征在于，所述步骤4中，抗冲蚀涂层和抗空蚀涂层交替喷涂的次数为6～9次。
7.根据权利要求1所述的一种水轮机叶片表面长效抗蚀多层涂层的制备方法，其特征在于，每层抗冲蚀涂层的厚度为0.5～1mm，每层抗空蚀涂层的厚度为0.3～0.6mm。
8.根据权利要求1-7任一项所述的一种水轮机叶片表面长效抗蚀多层涂层的制备方法制备得到的长效抗蚀多层涂层，其特征在于，从内到外由交替喷涂在叶片基材上的抗冲蚀涂层和抗空蚀涂层组成，其中，抗冲蚀涂层和抗空蚀涂层各有7～10层。
...【技术特征摘要】
1.一种水轮机叶片表面长效抗蚀多层涂层的制备方法，其特征在于，具体按以下步骤实施：
2.根据权利要求1所述的一种水轮机叶片表面长效抗蚀多层涂层的制备方法，其特征在于，所述步骤1中sam2x5非晶合金粉末为不含有机粘结剂的、粒度为25～35μm的fe49.7cr17.7mn1.9mo7.4w1.6b15.2c3.8si2.4铁基非晶合金粉末；zg04cr16ni5mo不锈钢粉末与wc陶瓷粉末的质量百分比分别为75％～76％和24％～25％，两者总和为100％，zg04cr16ni5mo不锈钢粉末由以下质量分数的粉末组成：c粉：0.053～0.065％，cr粉：15.17～15.93％，ni粉：4.82～5.91％，mo粉：0.87～1.03％，mn粉：0.45～0.88％，si粉：0.35～0.529％，cu粉：0.03～0.04％，p粉：0.005～0.016％，s粉：0.002～0.005％，fe粉：75.595～78.25％，以上组分总和为100％，zg04cr16ni5mo不锈钢粉末的粒径为5～50μm；wc陶瓷粉末粒径为5～25μm，球磨转速为200～300r/min，球磨时间为1～2h，球料质量比为2：1，sam2x5非晶合金粉末在烘箱中干燥温度为100～120℃，干燥时间为2～4h，zg04cr16ni5mo不锈钢粉末和wc陶瓷粉末球磨混合后的干燥温度为100～120℃，干燥时间为2～4h。
3.根据权利要求1所述的一种水轮机叶片表面长效抗蚀多层涂层的制备方法，其特征在于，所述步骤2中，hvof设备以煤油为燃料...
【专利技术属性】
技术研发人员：汤玉斐，邢国鑫，李佳雯，韩振华，蒋君毅，沈文宁，赵康，
申请(专利权)人：西安理工大学，
类型：发明
国别省市：
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