一种高耐蚀性镍基合金涂层的制备方法与流程

本发明属于表面工程领域，具体涉及一种工件外壁涂层超音频感应加热熔覆方法。

背景技术：

很多高酸性油气田中的环境具有高温、高硫化氢、高二氧化碳且高氯离子的特点。在如此苛刻的工况下，金属材料容易发生氢致开裂和硫化物应力腐蚀开裂等腐蚀形式，造成材料的极大浪费，引发巨大的灾难性事故，从而影响经济的可持续发展。因此，针对高酸性油气田耐蚀涂层的研究显得十分迫切。专利cn104988495a(张伟，于鹤龙，汪勇，赵锐，吉小超，张攀，张梦清，一种套筒类工件内壁感应熔覆再制造方法)提供了一种铁基套筒类合金工件内壁感应熔覆再制造方法，但主要是针对材料耐磨性能的研究。专利cn102560476a(席生岐，王春昌，一种金属管内壁涂层感应加热熔结方法)提供了一种金属管内壁涂层感应加热熔结方法且涉及到耐磨耐蚀性能的研究，但是该专利中涂层的服役环境并不具备高酸性油气田的环境特点。而本发明主要采用超音频感应熔覆的方法，制备了适用于高酸性油气田环境的高耐蚀性镍基合金涂层。该涂层不仅具有优良的耐蚀性能，而且可以极大的降低成本。

技术实现要素：

为了解决上述现有技术存在的问题，本发明的目的是在于制备一种低成本且耐蚀性能优异的涂层。该方法通过对感应熔覆电流和时间的精确控制，使涂层与基体快速形成冶金结合，从而获得高性能的镍基合金涂层。

本发明提供的工件外壁感应熔覆再制造方法，包括如下步骤：

a)对工件外表面进行预处理；

b)在工件外表面预涂覆镍基合金粉末；

c)通过超音频感应熔覆设备制备出镍基合金外涂层；

d)对感应熔覆制备的涂层进行机械加工与性能检测。

优选的，所述步骤a)对圆管类基体进行外表面打磨与清洁处理，去除基体外表面剥落层、污染物、氧化层、疲劳层和划痕，使工件与合金粉末结合的更好。

所述步骤b)具体为：将镍基合金粉末与粘结剂混合，制成膏状物，均匀涂于所述工件外表面，之后对工件进行烘干处理，使粘结剂挥发，并使镍基合金粉末与工件外表面形成物理结合。所述镍基合金粉末的成分(wt％)为：

19.0-25.5cr，16.0-22.0fe，6.0-8.0mo，co≤6.0，0.5-2.5cu，w≤2.5，si≤1.0，mn≤1.0，余量为ni。

优选的，将经过步骤b)处理的工件固定在旋转工作台上，使用超音频感应加热装置，通过调节感应电流大小及感应熔覆时间，对所述预涂覆在工件外表面的镍基合金粉末进行感应加热熔覆。获得具有冶金结合且性能优异的外壁涂层后，关闭电源，待感应加热线圈冷却到室温关闭循环水。

优选的，所述感应熔覆工艺参数为：感应熔覆电流1000-1300a、感应熔覆时间50-90s、频率20-70khz、所述旋转工作台的旋转速度为20-60r/min。

优选的，所述步骤d)具体为：对制备的镍基合金涂层进行机械加工获得一定尺寸的样品，通过sem检测涂层的冶金结合程度，通过电化学测试和高温高压浸泡实验检测涂层的耐蚀性。

利用本发明可通过表面技术生产出镍基合金涂层，其优点是：

自熔合金超音频感应熔覆操作容易控制，速度快，加热均匀，涂层质量高；涂层与基体之间有一条白亮带(dtb-扩散转移带)，标志着两者为冶金结合，涂层结合力较强；超音频感应熔覆工艺加热深度浅，这对保持工件基材性能，减少工件变形都是有利的；超音频感应熔覆工艺噪音小，劳动强度低，极大改善了工作环境。

涂层的耐蚀性能具体体现：该种方法制备的涂层在试验温度为120℃，h2s分压为3.6mpa，co2分压为1.8mpa，nacl含量为14wt％的溶液中浸泡96h后，测得该涂层的年腐蚀速率仅为0.01233mm/a，对照金属材料耐腐蚀性标准，其耐蚀等级为四级。

附图说明

图1为本发明提供的一种工件感应熔覆形成的过渡层的bse图像。

图2为本发明提供的一种工件外表面镍基合金涂层的bse图像。

具体实施方式

下面用具体实施方式对本发明作更详细的说明。

实施例1：

本实施例一种工件外表面感应熔覆方法，工件外径为65mm，高度为33mm，预涂覆镍基自熔合金粉末涂层厚度为1.0-3.0mm，包括如下步骤：

步骤1：对工件外表面进行打磨与清洁处理，去除基体外表面剥落层、污染物、氧化层、疲劳层和划痕，使工件与合金粉末形成良好的结合。

步骤2：将水玻璃与去离子水按照质量比3：2混合后加热至80℃，制成粘结剂。将镍基合金粉末与粘结剂按照质量比10：1混合并搅拌均匀，制成膏状物。将制得的膏状物均匀涂覆于经过步骤1处理后的工件外表面，厚度均匀。将工件放入鼓风干燥箱中进行烘干处理，烘干温度设置为120℃，时间2h，使预置涂层内部的粘接剂挥发；

步骤3：感应加热前准备工作，包括如下步骤：

(1)将步骤2干燥后的工件置于耐火砖上，并一起放在升降台上；

(2)选取外径为75mm，厚度为5mm的感应加热线圈，将步骤2所述的的工件置于感应加热线圈中心位置；

(3)打开循环水；

步骤3：通过超音频感应熔覆设备制备出镍基合金外涂层，包括如下步骤：

(1)根据镍基自熔合金粉末涂层的熔点确定感应加热温度，设定感应加热电流为1000-1200a；

(2)设定感应加热线圈的加热频率为20-70khz；

(3)启动旋转台，以20-60r/min的速度旋转；

(4)打开感应加热线圈的加热电源，加热时间为55-75s；

(5)关闭电源；

(6)待感应加热线圈冷却至室温，关闭循环水。

步骤4：待感应熔覆制备的涂层冷却到室温时，取出工件，检查工件外表面涂层尺寸与质量。

实施例2：

本实施例一种工件外表面感应熔覆方法，工件外径为65mm，高度为50mm，预涂覆镍基自熔合金粉末涂层厚度为1.0-3.0mm，包括如下步骤：

步骤1：对工件外表面进行打磨与清洁处理，去除基体外表面剥落层、污染物、氧化层、疲劳层和划痕，使工件与合金粉末形成良好的结合。

步骤2：将水玻璃与去离子水按照质量比3：2混合后加热至80℃，制成粘结剂。将镍基合金粉末与粘结剂按照质量比10：1混合并搅拌均匀，制成膏状物。将制得的膏状物均匀涂覆于经过步骤1处理后的工件外表面，厚度均匀。将工件放入鼓风干燥箱中进行烘干处理，烘干温度设置为150℃，时间2h，使预置涂层内部的粘接剂挥发；

步骤3：感应加热前准备工作，包括如下步骤：

(1)将步骤2干燥后的工件置于耐火砖上，并一起放在升降台上；

(2)选取外径为75mm，厚度为5mm的感应加热线圈，将步骤2所述的的工件置于感应加热线圈中心位置；

(3)打开循环水；

步骤3：通过超音频感应熔覆设备制备出镍基合金外涂层，包括如下步骤：

(1)根据镍基自熔合金粉末涂层的熔点确定感应加热温度，设定感应加热电流为1100-1300a；

(2)设定感应加热线圈的加热频率为20-70khz；

(3)启动旋转台，以20-60r/min的速度旋转；

(4)打开感应加热线圈的加热电源，加热时间为60-90s；

(5)关闭电源；

(6)待感应加热线圈冷却至室温，关闭循环水。

步骤4：待感应熔覆制备的涂层冷却到室温时，取出圆管，检查工件外表面涂层尺寸与质量。

可以理解的是，以上实施方式仅仅是为了说明本发明的原理而采用的示例性实施方式，然而本发明并不局限于此。对于本领域内的普通技术人员而言，在不脱离本发明的精神和实质的情况下，可以做出各种变型和改进，这些变型和改进也视为本发明的保护范围。