专利名称：抗气蚀涂层材料及具有抗气蚀涂层的高速燃油离心泵的制作方法
技术领域：
本发明涉及高速燃油离心泵技术领域，更具体地涉及高速燃油离心泵的抗气蚀技术领域。
背景技术：
由于各种原因，离心泵常常要遭受气蚀损害，这种损害通常会影响设备的使用寿命。具体地，离心泵在运转时，燃油的压力随着从泵入口到叶轮入口而下降。当液体的绝对压力降低到等于或低于液体的饱和蒸汽压力时，就形成气泡。随着离心泵的旋转，气泡进入高压区，由于压差的作用，气泡溃灭而撞击金属表面，从而使金属表面产生裂纹，甚至局部产生剥落现象，并且所产生的气泡还会对金属产生化学腐蚀。离心泵在气泡的剥蚀和化学腐蚀的共同作用下，加快了损害速度，使离心泵的性能下降，寿命缩短。而高速燃油离心泵由于转速高，气蚀问题更加突出。采用表面涂层来提高离心泵的抗气蚀性的研究已有开展，现有的采用表面涂层提高材料抗气蚀性的措施中，所用涂层的硬度、粘结性、光滑度、强度和韧性都有限，抗气蚀性的能力不足，难以有效解决高速燃油离心泵面临的气蚀问题。
发明内容
因此，提供一种高抗气蚀涂层材料将是有利的。为实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供一种抗气蚀涂层材料，其中，所述材料由硬质金属元素Co、W、N1、Cr、T1、V、Nb、Fe，非金属元素C、B、Si，以及稀土元素Er、Y、Pr组成，各元素按重量百分比计为:C:1-2%;B:2-3%;Si:1-3% ；Ni:11-13% ；Cr:12-15% ；W:13-16% ；Ti:3-5% ；V:2-3%;Nb:1-2%; Er:0.2-0.5% ；Y:0.4-0.7%;Pr:0.3-0.5% ；Fe < 5% ；其余为Co和不可避免的杂质。在本发明的该方面，由于涂层材料为钴基合金，钴基合金中含有一定的铬、鹤和镍等硬质金属元素，喷熔过程中硬质相与碳将会相互作用生成硬质碳化物，使涂层硬度高；同时，由于合金中加入了钛、钒和铌，能够改善合金涂层的热强性；而加入的铒、钇和镨等少量稀土元素，能够在形成合金涂层的过程中起到脱氧脱硫作用，并细化晶粒，有效提高涂层的强度、韧性和耐腐蚀性。优选地，Pr的质量百分比为0.4-0.5%。在该百分比下，Pr与其他元素形成新相的粒子化和细化的效果更佳，合金涂层的热强性更好。优选地，Y的质量百分比为0.5-0.6%。在该百分比下，Y在合金涂层形成过程中，所起的脱氧脱硫效果更佳，合金涂层的韧性更好。优选地，上述抗气蚀涂层材料为粉末状，其平均颗粒度为l_2um。由于该粉末颗粒度小，改善了涂层的光滑度和粘结性。根据本发明的另一方面，提供一种抗气蚀涂层的制备方法，该涂层使用上述高抗气蚀涂层材料进行制备将是有利的。为此，该抗气蚀涂层的制备方法包括:使用超声速火焰熔化所述材料；以及将融化的所述材料喷射沉积至待沉积表面。优选地，该方法还包括:在所述待沉积表面辅以冷却气体。这样做可以提高基体的冷却速度，使熔化了的合金粉末有效沉积到快速冷却的基体上形成涂层。优选地，考虑高速燃油离心泵的结构尺寸，粘结在所述待沉积表面上的涂层厚度为 200 400um。优选地，在制备所述涂层之前，对所述待沉积表面用丙酮进行清理，能够去除基体表面的污垢，有助于提闻涂层的粘结 性。根据本发明的再一个方面，提供一种高速燃油离心泵，使其主要工作表面具有使用上述高抗气蚀涂层材料制成的抗气蚀涂层将是有利的。优选地，上述主要工作表面包括所述高速燃油离心泵的内壁表面和叶轮表面。优选地，上述内壁表面上的抗气蚀涂层厚度为300 400um，上述叶轮表面上的抗气蚀涂层厚度为200 300um。通过参考下面所描述的实施方式，本发明的这些和其他特征和优点将会得到清晰地阐述。
本发明的构造和操作方式以及进一步的目的和优点将通过下面结合附图的描述得到更好地理解，其中，相同的参考标记标识相同的元件:图1是根据本发明的一优选实施方式的高速燃油离心泵的内部结构示意图；图2是图1所示高速燃油离心泵内壁上的抗气蚀涂层的结构示意图；图3是图1所示高速燃油离心泵叶轮上的抗气蚀涂层的结构示意图。
具体实施例方式根据要求，这里将披露本发明的具体实施方式
。然而，应当理解的是，这里所披露的实施方式仅仅是本发明的典型例子而已，其可体现为各种形式。因此，这里披露的具体细节不被认为是限制性的，而仅仅是作为权利要求的基础以及作为用于教导本领域技术人员以实际中任何恰当的方式不同地应用本发明的代表性的基础，包括采用这里所披露的各种特征并结合这里可能没有明确披露的特征。总地来说，根据本发明一方面的高速燃油离心泵100如图1-3所示，其主要工作表面为内壁表面I和叶轮表面2，在该内壁表面I和叶轮表面2上分别形成有抗气蚀涂层11和21。另外，该高速燃油离心泵100还具有进口 3和出口 4，见图1所示。上述抗气蚀涂层11和21由根据本发明另一方面的抗气蚀涂层材料形成，该抗气蚀涂层材料由硬质金属元素Co、W、N1、Cr、T1、V、Nb、Fe，非金属元素C、B、Si，以及稀土元素Er、Y、Pr组成，各元素按重量百分比计为:C:1~2% ；B:2-3% ；Si:1-3% ；N1:11-13% ；Cr:12-15% ；ff:13-16% ；Ti:3~5% ；V:2~3% ；Nb:1~2% ；Er:0.2-0.5% ；Y:0.4-0.7% ；Pr:
0.3-0.5% ；Fe < 5% ;其余为Co和不可避免的杂质。上述材料以各元素的化合物或者单质的形式混合，混合后要经过搅拌球磨机研磨，形成平均颗粒度为l_2um的粉末。利用上述抗气蚀涂 层材料，通过根据本发明的再一方面的抗气蚀涂层的制备方法来制备抗气蚀涂层11和21之前，首先要对高速燃油离心泵内壁表面I和叶轮表面2用丙酮进行清理，然后将超声速火焰熔化了的抗气蚀涂层材料直接喷射沉积到高速燃油离心泵100的内壁表面I和叶轮表面2上实现的。采用超声速火焰喷射沉积的方法，在高速燃油离心泵100的内壁表面I和叶轮表面2的沉积表面辅以冷却气体，提高基体的冷却速度，使熔化了的涂层材料沉积到快速冷却的基体上形成涂层。超声速火焰喷射沉积时的工艺参数为:氧气流量800-1000L/min，煤油流量35-40L/h，火焰枪具离心泵内壁和叶轮的距离为200-250mm，氩气为送粉气，流量为5-lOL/min，送粉量为2.0-3.0rpm,移动速度为200-300mm/s，冷却气体为惰性气体。由图2所示，粘结在内壁表面I上的涂层11的厚度为300-400um。由图3所示，粘结在叶轮表面2上的涂层21的厚度为200-300um。下面通过实施例1 5来详细介绍本发明。实施例1:按照各元素重量百分比计，其中C为1%、B为3%、Si为2.2%、Ni为13%、Cr为14%,16%、Ti 为 3%、V 为 3%、Nb 为 1.5%、Er 为 0.4%、Y 为 0.4%、Pr 为 0.5%、Fe为5%、其余为Co,混合配制成硬质合金粉末。混合后的硬质合金粉末经搅拌球磨机进行40个小时的研磨，经过优选，形成超细硬质合金粉末，该合金粉末优选平均颗粒度为lum。使用上述合金粉末在高速燃油离心泵的主要工作表面形成涂层之前，首先对高速燃油离心泵的内壁表面和叶轮表面用丙酮进行清理。然后，将超声速火焰熔化了的超细硬质合金粉末直接喷射沉积到高速燃油离心泵的内壁表面和叶轮表面上。采用超声速火焰喷射沉积的同时，在高速燃油离心泵的叶轮表面和内壁表面辅以冷却气体，提高叶轮表面和内壁表面的冷却速度，使熔化了的合金粉末沉积到快速冷却的叶轮表面和内壁表面上形成涂层。超声速火焰喷射沉积时的工艺参数为:氧气流量850L/min，煤油流量35L/h，火焰枪具离心泵内壁和叶轮的距离为200mm,気气为送粉气,流量为5L/min,送粉量为2.0rpm,移动速度为230mm/s，冷却气体为惰性气体。
其中，高速燃油离心泵的内壁表面的涂层厚度为300um，而叶轮轮表面的涂层厚度为200um。实施例2:按照各元素重量百分比计，其中C为1.5%』为2%、5丨为3%、附为12%、Cr为15%、W 为 16%、Ti 为 5%、V 为 2%、Nb 为 2%、Er 为 0.2%、Y 为 0.7%、Pr 为 0.4%、Fe 为2%、其余为Co，混合配制硬质合金粉末。混合后的硬质合金粉末经搅拌球磨机进行40个小时的研磨，经过优选，形成超细硬质合金粉末，该合金粉末优选平均颗粒度为lum。使用上述合金粉末在高速燃油离心泵的主要工作表面形成涂层之前，首先对高速燃油离心泵的内壁表面和叶轮表面用丙酮进行清理。然后，将超声速火焰熔化了的超细硬质合金粉末直接喷射沉积到高速燃油离心泵的内壁表面和叶轮表面上。采用超声速火焰喷射沉积同时，在高速燃油离心泵的叶轮表面和内壁表面辅以冷却气体，提高叶轮表面和内壁表面的冷却速度，使熔化了的合金粉末沉积到快速冷却的叶轮表面和内壁表面上形成涂层。超声速火焰喷射沉积时的工艺参数为:氧气流量950L/min，煤油流量38L/h，火焰枪具离心泵内壁和叶轮的距离为230mm，氩气为送粉气，流量为7L/min，送粉量为2.5rpm，移动速度为200mm/s，冷却气体为惰性气体。其中，高速燃油离心泵的内壁表面的涂层厚度为400um，而叶轮表面的涂层厚度为300umo实施例3:
按照各元素重量百分比计，其中C为2%、B为2.5%、Si为l%、Ni为12%、Cr为14%,13%、Ti 为 4%、V 为 2.8%、Nb 为 l%、Er 为 0.5%、Y 为 0.5%、Pr 为 0.3%、Fe为4%、其余为Co，混合配制硬质合金粉末。混合后的硬质合金粉末经搅拌球磨机进行40个小时的研磨，经过优选，形成超细硬质合金粉末，该合金粉末优选平均颗粒度为2um。使用上述合金粉末在高速燃油离心泵的主要工作表面形成涂层之前，首先对高速燃油离心泵的内壁表面和叶轮表面用丙酮进行清理。然后，将超声速火焰熔化了的超细硬质合金粉末直接喷射沉积到高速燃油离心泵的内壁表面和叶轮表面上。采用超声速火焰喷射沉积同时，在高速燃油离心泵的叶轮表面和内壁表面辅以冷却气体，提高叶轮表面和内壁表面的冷却速度，使熔化了的合金粉末沉积到快速冷却的叶轮表面和内壁表面上形成涂层。超声速火焰喷射沉积时的工艺参数为:氧气流量1000L/min，煤油流量38L/h，火焰枪具离心泵内壁和叶轮的距离为240mm,気气为送粉气，流量为10L/min,送粉量为
3.0rpm，移动速度为300mm/s，冷却气体为惰性气体。其中，高速燃油离心泵的内壁表面的涂层厚度为350um，而叶轮表面的涂层厚度为250umo实施例4:按照各元素重量百分比计，其中C为1.5%、B为2%、Si为2.6%、Ni为ll%、Cr为13%、W 为 15%、Ti 为 4%、V 为 2.3%、Nb 为 1.5%、Er 为 0.3%、Y 为 0.6%、Pr 为 0.4%、Fe为3%、其余为Co,混合配制硬质合金粉末。混合后的硬质合金粉末经搅拌球磨机进行40个小时的研磨，经过优选，形成超细硬质合金粉末，该合金粉末优选平均颗粒度为2um。使用上述合金粉末在高速燃油离心泵的主要工作表面形成涂层之前，首先对高速燃油离心泵的内壁表面和叶轮表面用丙酮进行清理。然后，将超声速火焰熔化了的超细硬质合金粉末直接喷射沉积到高速燃油离心泵的内壁表面和叶轮表面上。采用超声速火焰喷射沉积同时，在高速燃油离心泵的叶轮表面和内壁表面辅以冷却气体，提高叶轮表面和内壁表面的冷却速度，使熔化了的合金粉末沉积到快速冷却的叶轮表面和内壁表面上形成涂层。超声速火焰喷射沉积时的工艺参数为:氧气流量800L/min，煤油流量37L/h，火焰枪具离心泵内壁和叶轮的距离为250mm,気气为送粉气,流量为7L/min,送粉量为2.6rpm,移动速度为270mm/s，冷却气体为惰性气体。其中，高速燃油离心泵的内壁表面的涂层厚度为370um，而叶轮表面的涂层厚度为280um。实施例5:按照各元素重量百分比计，其中C为1.5%、B为2.5%、Si为2.3%、Ni为12%、Cr 为 12%、W 为 13%、Ti 为 4.5%、V 为 2%、Nb 为 1.5%、Er 为 0.3%、Y 为 0.5%、Pr 为
0.4%、Fe为4%、其余为Co,混合配制硬质合金粉末。混合后的硬质合金粉末经搅拌球磨机进行40个小时的研磨，经过优选，形成超细硬质合金粉末，该合金粉末优 选平均颗粒度为2um。使用上述合金粉末在高速燃油离心泵的主要工作表面形成涂层之前，首先对高速燃油离心泵的内壁表面和叶轮表面用丙酮进行清理。然后，将超声速火焰熔化了的超细硬质合金粉末直接喷射沉积到高速燃油离心泵的内壁表面和叶轮表面上。采用超声速火焰喷射沉积同时，在高速燃油离心泵的叶轮表面和内壁表面辅以冷却气体，提高叶轮表面和内壁表面的冷却速度，使熔化了的合金粉末沉积到快速冷却的叶轮表面和内壁表面上形成涂层。超声速速火焰喷射沉积时的工艺参数为:氧气流量900L/min，煤油流量40L/h，火焰枪具离心泵内壁和叶轮的距离为240mm,気气为送粉气，流量为7L/min,送粉量为
2.6rpm，移动速度为270mm/s，冷却气体为惰性气体。其中，高速燃油离心泵的内壁表面的涂层厚度为330um，而叶轮表面的涂层厚度为240um。本发明的技术内容及技术特点已揭示如上，然而可以理解，在本发明的创作思想下，本领域的技术人员可以对上述结构和材料作各种变化和改进，包括这里单独披露或要求保护的技术特征的组合，明显地包括这些特征的其它组合。这些变形和/或组合均落入本发明所涉及的技术领域内，并落入本发明权利要求的保护范围。此外，不应该将权利要求书中的任何参考标记构造为限制本发明的范围。
权利要求
1.一种抗气蚀涂层材料，其特征在于，所述材料由硬质金属元素Co、W、N1、Cr、T1、V、Nb、Fe,非金属元素C、B、Si,以及稀土元素Er、Y、Pr组成,各元素按重量百分比计为:C:1-2% ；B:2-3% ；Si:1-3% ；Ni:11-13% ；Cr:12-15% ；W:13-16% ；Ti:3-5% ；V:2-3% ；Nb:1-2% ；Er:0.2-0.5% ；Y:0.4-0.7% ；Pr:0.3-0.5% ；Fe < 5% ； 其余为Co和不可避免的杂质。
2.如权利要求1所述的抗气蚀涂层材料，其特征在于，所述材料以所述元素的化合物或者单质的形式混合。
3.如权利要求2所述的抗气蚀涂层材料，其特征在于，所述Pr的质量百分比为0.4-0.5%。
4.如权利要求3所述的抗气蚀涂层材料，其特征在于，所述Y的质量百分比为0.5-0.6%。
5.如权利要求1至4任一项所述的抗气蚀涂层材料，其特征在于，所述抗气蚀涂层材料为粉末状。
6.如权利要求5所述的抗气蚀涂层材料，其特征在于，粉末状的所述材料的平均颗粒度为l-2um。
7.一种抗气蚀涂层的制备方法，使用如权利要求1至6中任一项所述的抗气蚀涂层材料进行制备，其特征在于，所述方法包括: 使用超声速火焰熔化所述材料；以及 将融化的所述材料喷射沉积至待沉积表面。
8.如权利要求7所述的 抗气蚀涂层的制备方法，其特征在于，所述方法还包括: 在所述待沉积表面辅以冷却气体。
9.如权利要求8所述的抗气蚀涂层的制备方法，其特征在于，粘结在所述待沉积表面上的涂层厚度为200 400um。
10.如权利要求7所述的抗气蚀涂层的制备方法，其特征在于，在制备所述涂层之前，对所述待沉积表面用丙酮进行清理。
11.一种高速燃油离心泵，其特征在于，所述高速燃油离心泵的主要工作表面具有抗气蚀涂层，所述抗气蚀涂层使用的是如权利要求1至6中任一项所述的抗气蚀涂层材料。
12.如权利要求11所述的高速燃油离心泵，其特征在于，所述主要工作表面包括所述高速燃油离心泵的内壁表面和叶轮表面。
13.如权利要求12所述的高速燃油离心泵，其特征在于，所述内壁表面上的抗气蚀涂层厚度为300 400um，所述叶轮表面上的抗气蚀涂层厚度为200 300um。
14.如权利要求11至13任一项所述的高速燃油离心泵，其特征在于，所述抗气蚀涂层通过如下方法制备: 使用超声速火焰熔化所述抗气蚀涂层材料；以及 将融化的所述抗气蚀涂层材料喷射沉积至所述高速燃油离心泵的所述主要工作表目。
15.如权利要求14所述的高速燃油离心泵，其特征在于，所述方法还包括: 在所述主要工作表全辅以冷却气体。
16.如权利要求15所述的高速燃油离心泵，其特征在于，在制备所述抗气蚀涂层之前，对所述主要工作表面 用丙酮进行清理。
全文摘要
本发明涉及高速燃油离心泵技术，目的是提供一种抗气蚀涂层材料，所述材料由硬质金属元素Co、W、Ni、Cr、Ti、V、Nb、Fe，非金属元素C、B、Si，以及稀土元素Er、Y、Pr组成，各元素按重量百分比计为C1-2％；B2-3％；Si1-3％；Ni11-13％；Cr12-15％；W13-16％；Ti3-5％；V2-3％；Nb1-2％；Er0.2-0.5％；Y0.4-0.7％；Pr0.3-0.5％；Fe＜5％；其余为Co和不可避免的杂质。该涂层材料硬度高、热强性好，且改善了强度、韧性和耐腐蚀性。本发明还提供一种具有抗气蚀涂层的高速燃油离心泵。
文档编号C23C4/06GK103205607SQ20121001447
公开日2013年7月17日 申请日期2012年1月17日 优先权日2012年1月17日
发明者张 荣, 魏芳, 张佳利 申请人:中航商用航空发动机有限责任公司