專利名稱：使用抗腐蝕/磨損性合金作為涂層金屬表面的裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于如海水、化學(xué)藥品等腐蝕性環(huán)境中的裝置或設(shè)備的構(gòu)件。處理如海水或化學(xué)藥品的腐蝕性流體的泵必然包括遭受因流體中包含的砂子或碎屑(scale)引起的漿液侵蝕并在所述漿液侵蝕條件下操作的結(jié)構(gòu)滑動(dòng)接觸部分。本發(fā)明涉及用于阻止由于腐蝕和磨損/侵蝕引起構(gòu)件損壞的涂層金屬材料，也涉及包括涂覆有該涂層金屬材料的構(gòu)件的流體機(jī)械，如泵或水輪。
背景技術(shù)：
在如海水或化學(xué)藥品的腐蝕性環(huán)境中使用的流體機(jī)械如泵或水輪，遭受處理流體中包含的砂子或碎屑而引起的漿液侵蝕，與流體接觸的該機(jī)械的主要結(jié)構(gòu)構(gòu)件，如外殼或葉輪，通常由不銹鋼制成。不銹鋼具有優(yōu)良的抗腐蝕性以及性能價(jià)格比。
然而，滑動(dòng)構(gòu)件，如用于葉輪或軸承的襯環(huán)，可能遭受磨損而損壞，有時(shí)當(dāng)被處理的流體含有固體如砂子或碎屑時(shí)，會(huì)遭受漿液侵蝕而嚴(yán)重?fù)p壞。此外，滑動(dòng)構(gòu)件包括滑動(dòng)面或與機(jī)械本體連接的連接部分，必然包括與面對(duì)的構(gòu)件之間的狹窄的間隙。由于外面的流體很難置換間隙內(nèi)的流體，所以在表面可能發(fā)生點(diǎn)腐蝕，并且由于在間隙內(nèi)、外表面之間產(chǎn)生的原電池效應(yīng)，也可發(fā)生縫隙腐蝕。對(duì)在流動(dòng)海水中表現(xiàn)出優(yōu)良抗腐蝕性的奧氏體不銹鋼來說，縫隙腐蝕的產(chǎn)生是個(gè)嚴(yán)重的問題。由于當(dāng)泵在不操作時(shí)，間隙部分的內(nèi)外之間的流體很難置換，經(jīng)歷頻繁停止操作的泵的滑動(dòng)構(gòu)件會(huì)遭受點(diǎn)腐蝕或縫隙腐蝕的損壞，在短的使用時(shí)間后就需替換。
為構(gòu)件提供局部抗侵蝕性(抗磨損/侵蝕性)的通常使用的方法是在表面涂覆硬質(zhì)材料，這已經(jīng)證明是非常成功的。為此目的，代表的材料包括Co基合金，名為斯特萊特硬質(zhì)合金(stellite alloy)，和Ni基合金，名為科爾莫諾伊合金(Colmonoy alloy)。
然而，這些材料并不具有抗縫隙腐蝕性，當(dāng)它們應(yīng)用于在含有海水等環(huán)境中使用并具有間隙的構(gòu)件時(shí)，會(huì)發(fā)生快速的腐蝕。
另一方面，具有優(yōu)良抗縫隙腐蝕性的材料包括Ni基合金如因科內(nèi)爾625和哈斯特洛伊C，這些合金通過堆焊局部涂覆在構(gòu)件表面以阻止由于點(diǎn)腐蝕或縫隙腐蝕的損壞。然而，與上述硬質(zhì)涂層材料相比，這些材料具有較低的硬度，不能承受磨損或侵蝕。
同時(shí)獲得抗磨損/侵蝕性和抗腐蝕性的方法是制備由碳化物粉末和Ni基合金粉末組成的燒結(jié)體，Ni基合金粉末如上述因科內(nèi)爾625。然而，該方法由于在制備大的和復(fù)雜形狀構(gòu)件時(shí)的技術(shù)上和經(jīng)濟(jì)的困難，同時(shí)也由于在作為結(jié)構(gòu)構(gòu)件使用時(shí)的強(qiáng)度問題，尚沒有發(fā)展為實(shí)際應(yīng)用。
如果待處理的流體是腐蝕性的，如海水或化學(xué)藥品，并且包含固體如砂子或碎屑，滑動(dòng)構(gòu)件，如泵的葉輪襯環(huán)或軸承，會(huì)遭受磨損或漿液侵蝕而損壞。此外，滑動(dòng)構(gòu)件的滑動(dòng)面或與泵體連接的部分伴有在結(jié)構(gòu)上必要的間隙部分，在長(zhǎng)時(shí)間的使用中在該間隙中會(huì)發(fā)生點(diǎn)腐蝕或縫隙腐蝕。因此，適于處理含有如砂子或碎屑的固體的腐蝕性流體的泵的滑動(dòng)構(gòu)件必須應(yīng)同時(shí)具有抗磨損/侵蝕性和抗腐蝕性。由于只是有限部分需要具有上述的性能，優(yōu)選的是通過局部施用涂層材料，在基質(zhì)材料局部上涂覆理想的材料。

發(fā)明內(nèi)容
考慮以上方面，本發(fā)明人通過在開發(fā)以較低成本防止磨損/侵蝕和點(diǎn)腐蝕和縫隙腐蝕的方法同時(shí)尤其關(guān)注涂層金屬材料的研究中得到如下的認(rèn)識(shí)理解(a)-(f)。
(a)堆積或覆蓋在間隙部分表面的腐蝕保護(hù)金屬材料優(yōu)選具有低的熔點(diǎn)(等于或低于不銹鋼)，以在堆焊過程中提供好的工作效率。在涂層材料中必須排除空隙或孔洞的產(chǎn)生和引入如氧化物的雜質(zhì)。由于經(jīng)濟(jì)原因涂層材料優(yōu)選即使薄層也能提供足夠的腐蝕保護(hù)。最理想的，Ni基合金滿足以上的所有要求。
(b)雖然在海水中單獨(dú)的Ni不能提供足夠的抗點(diǎn)腐蝕和抗縫隙腐蝕性，但添加適量Cr和Mo能提供優(yōu)良的抗點(diǎn)腐蝕和抗縫隙腐蝕性。
(c)需要硬質(zhì)材料以避免由于滑動(dòng)接觸或漿液侵蝕引起的磨損，因此，金屬陶瓷適于作為表面涂層，金屬陶瓷是金屬和碳化物的復(fù)合物。優(yōu)選通過涂層材料的各組分在堆焊過程中發(fā)生反應(yīng)而沉積碳化物，而不是通過堆焊碳化物和金屬材料的現(xiàn)成混合物來制備金屬陶瓷。
(d)適量添加具有低的形成碳化物的自由能的V與C一起能在堆焊過程中提供上述穩(wěn)定的碳化物沉積，以及還有部分Cr和Mo的碳化物沉積，從而獲得優(yōu)良的抗磨損/磨蝕性。
(e)硅作為氧化劑，還提高熔融金屬的流動(dòng)性。
(f)由于在堆焊(overlay)金屬中Fe對(duì)Ni的部分置換并不使抗點(diǎn)腐蝕或抗縫隙腐蝕性變劣，所以適量添加Fe能降低堆焊金屬的成本，以及提高可加工性。
本發(fā)明目的在于提供具有優(yōu)良抗磨損性和抗腐蝕性的流體機(jī)械構(gòu)件。
根據(jù)第一發(fā)明的裝置，包括需要具有抗腐蝕性和抗磨損性的構(gòu)件。構(gòu)件的至少一部分由Ni-Cr-Mo-V-C基合金制成，該合金以重量計(jì)基本上由23～50％Cr；7-20％V；不小于1.6％且不大于(0.236V％+2)％的C；不大于40％且不小于選自(11-0.1×Cr％)％和(125-4×Cr％)％中任一個(gè)的Mo；和余量的Ni和不可避免的雜質(zhì)組成。Cr、V、和Mo的總量不大于90％。
根據(jù)第二發(fā)明的裝置，包括需要具有抗腐蝕性和抗磨損性的構(gòu)件。構(gòu)件的至少一部分由Ni-Cr-Mo-V-C基合金制成，該合金以重量計(jì)基本上由23～50％Cr；7-20％V；0.5～4.5％Si和不小于1.6％且不大于(0.236V％+2)％的C；不大于40％且不小于選自(11-0.1×Cr％)％和(125-4×Cr％)％中任一個(gè)的Mo；和余量的Ni和不可避免的雜質(zhì)組成。Cr、V、和Mo的總量不大于90％。
根據(jù)第三發(fā)明的裝置，包括需要具有抗腐蝕性和抗磨損性的構(gòu)件。構(gòu)件的至少一部分由Ni-Cr-Mo-V-C基合金制成，該合金以重量計(jì)基本上由2.5～25％Fe，23～50％Cr；7-20％V；0.5～4.5％Si和不小于1.6％且不大于(0.236V％+2)％的C；不大于40％且不小于選自(11-0.1×Cr％)％和(125-4×Cr％)％中任一個(gè)的Mo；和余量的Ni和不可避免的雜質(zhì)組成。Fe、Cr、V、和Mo的總量不大于90％。
所述構(gòu)件可以是組成泵的泵構(gòu)件。所述構(gòu)件具有由上述Ni-Cr-Mo-V-C基合金組成的涂層部分。所述構(gòu)件可以是組成水輪的水輪構(gòu)件，而且該構(gòu)件具有由上述Ni-Cr-Mo-V-C基合金組成的涂層部分。
所述構(gòu)件可以是組成流體機(jī)械的流體機(jī)械構(gòu)件。該構(gòu)件具有由上述Ni-Cr-Mo-V-C基合金組成的涂層部分。所述構(gòu)件也可以是具有軸承和沿該軸承可滑動(dòng)的軸套部分的流體機(jī)械構(gòu)件。軸承和軸套部分的至少之一可包括由上述Ni-Cr-Mo-V-C基合金組成的涂層部分。


圖1是測(cè)試件的正視圖；圖2是測(cè)試件的垂直剖面圖；圖3是顯示重復(fù)陽極極化曲線的典型例子的示意圖；圖4是根據(jù)本發(fā)明軸承裝置的示意圖；圖5是根據(jù)本發(fā)明可動(dòng)槳葉的示意圖；圖6是根據(jù)本發(fā)明形成有涂層的排泄泵的剖面圖；圖7是根據(jù)本發(fā)明形成有涂層的葉輪的例子的剖面圖；和圖8是包括圖7所示葉輪的泵的剖面圖。
實(shí)施發(fā)明的最優(yōu)方式用于根據(jù)本發(fā)明裝置適合作為涂層材料的合金包括如上所述量的鉻(Cr)、鉬(Mo)、釩(V)、碳(C)、硅(Si)和鐵(Fe)，以下描述限定該組成的原因。
(a)鉻通過添加到Ni，Cr是使材料具有鈍化能力的元素，以提高鈍性，并降低熔點(diǎn)。Cr也是碳化物形成元素以獲得由于碳化物沉積導(dǎo)致的涂層的硬化。根據(jù)本發(fā)明涂覆材料的涂層包含包括基質(zhì)金屬相和碳化物沉積相的兩相，金屬相決定抗腐蝕性能。Cr存在于上述的兩相中，由于在涂覆過程中很難控制生成的Cr碳化物的量，所以，通過考慮碳化物沉積消耗的量，決定增強(qiáng)鈍化和降低熔點(diǎn)所需的Cr添加量是必要的。
因此，僅通過考慮鈍性提高和熔點(diǎn)降低的主要效果，而不考慮由于碳化物沉積而導(dǎo)致的硬度提高的次要效果，確定Cr組成。由于低于23％的Cr的添加不能提供理想的效果，大于50％的過量添加對(duì)鈍性的增強(qiáng)并不能提供顯著的提高，所以Cr含量限定為23-50％。
(b)鉬Mo對(duì)于防止在海水中的縫隙腐蝕是非常有效的。此外，Mo與Cr相似，也是碳化物形成元素以提供由于碳化物沉積導(dǎo)致的涂層硬化。因此，類似地確定Mo組成，即通過考慮鈍性提高和熔點(diǎn)降低的主要效果，而不考慮由于碳化物沉積而導(dǎo)致的硬度提高的次要效果。下限的決定與Cr組分有關(guān)。因?yàn)樾∮?1-0.1×Cr％的添加或小于125-4×Cr％的添加不能提供理想的縫隙腐蝕保護(hù)效果。另一方面，大于40％的添加對(duì)抗縫隙腐蝕性的改善并不能提供顯著的提高。所以Mo含量限定為既不小于(11-0.1×Cr％)％也不小于(125-4×Cr％)％且不大于40％。
(c)釩V是具有低于Cr或Mo的碳化物形成自由能的元素，因此，能提供更有效的碳化物沉積引起的硬化效果。然而小于7％的添加不能提供理想的硬化效果，大于20％的添加表現(xiàn)出抗腐蝕性的惡化，因此添加量限定為7-20％。
(d)碳C是通過與V、Cr或Mo結(jié)合沉積碳化物以硬化涂層的元素，主要消耗于碳化釩沉積。小于1.6％的添加不能提供涂層理想的硬化效果。另一方面，對(duì)涂層中包含的全部V形成碳化釩的C的化學(xué)計(jì)量的量是V％×12.011(C的原子量)/50.942(V的原子量)＝0.236×V％。然而，除V以外，C也與Cr和Mo形成碳化物而被消耗，所以對(duì)涂層中包含的全部V形成碳化釩而言，0.236×V％的碳含量是不足夠的。因此，C的含量限定為不小于1.6％且不大于(0.236×V+2)％。
(e)硅Si是與氧具有強(qiáng)親和性的元素，以至于通過與涂層中氧結(jié)合能有效的消除氧化物，同時(shí)促進(jìn)順利的熔融金屬流動(dòng)。然而小于0.5％的添加不能提供上述理想的效果，而大于4.5％的添加對(duì)上述效果不能提供顯著的提高。因此，Si含量限定為0.5-4.5％。
(f)鐵由于Fe是能減少涂層成本、以及提高其可加工性的元素，所以添加量根據(jù)上述的性能的需要決定。由于純V是高熔點(diǎn)和昂貴的，所以優(yōu)選V以鐵釩(FeV)添加，這也是包含F(xiàn)e的另一個(gè)原因。由于小于2.5％的添加量不能提供上述理想的效果，而大于25％的添加會(huì)惡化抗腐蝕性，F(xiàn)e含量限定為2.5-25％。
在施用這些涂層金屬材料的過程中，潛在的能引起縫隙腐蝕的細(xì)小空隙應(yīng)該從基質(zhì)金屬和涂層間的邊界或從涂層本身中消除。這樣的涂覆方法包括通過等離子轉(zhuǎn)移電弧焊過程進(jìn)行的粉末狀材料堆焊；粉末狀材料熱噴涂；使用所述材料的填充焊條，通過鎢極惰性氣體保護(hù)焊過程或埋弧焊過程的堆焊；或包括噴涂粉末狀材料或施用粉末狀合金和有機(jī)粘結(jié)劑的混合物，然后加熱熔融該材料的自熔(self-fluxing)合金涂層方法。
根據(jù)本發(fā)明的涂覆有覆層金屬的構(gòu)件，當(dāng)作為用于處理如海水或化學(xué)藥品的腐蝕性的單相或多相流體的泵或水輪的滑動(dòng)構(gòu)件時(shí)具有顯著的效果，然而這并不意味著限制本發(fā)明的應(yīng)用。侵蝕一般分類為單相液流的雨水侵蝕，包括氣體和固體的雙相流的砂侵蝕；包括固體和液體的雙相流的漿液侵蝕；包括氣體和液體的雙相流的空蝕。本發(fā)明的合金對(duì)上述所有的情況提供優(yōu)良的抗侵蝕性。例如，如果在處理腐蝕性流體的泵的、產(chǎn)生孔洞的葉輪區(qū)域上涂覆所述合金，其由于具有優(yōu)良的抗腐蝕性和抗磨損/侵蝕性能防止空蝕的產(chǎn)生。
另外，本發(fā)明涂覆有合金的構(gòu)件也可作為除泵之外的裝置或裝置中的、需同時(shí)具有抗腐蝕性和抗磨損/侵蝕性的構(gòu)件。例如，它有利的適用于暴露在高溫包括有氯或硫的氣體環(huán)境中的并置于遭受由分散的未燃燃料(scattered slugs)和焙燒殘?jiān)鲎惨鹎治g的位置上的構(gòu)件。也有利地應(yīng)用于在熱電廠或核電廠中輸送冷卻水的特別需要抗腐蝕性的泵或管道的構(gòu)件。
也可有利地應(yīng)用于化工廠等和使用高腐蝕性試劑和固體催化劑的流化床反應(yīng)器內(nèi)部元件的構(gòu)件，或化學(xué)反應(yīng)器中需要抗腐蝕性和抗磨損性的軸承或攪拌器的槳葉的構(gòu)件。
表1

(實(shí)施方式1)本發(fā)明將通過優(yōu)選的實(shí)施方式與比較例的比較加以描述。表1顯示了本發(fā)明和比較例的涂層金屬材料的組成和縫隙腐蝕測(cè)試和硬度測(cè)試的測(cè)試結(jié)果。
首先通過霧化過程制備如表1所示的每一種組成的粉末，然后進(jìn)行分級(jí)，調(diào)整為顆粒尺寸10-50μm的范圍。每一種粉末經(jīng)過如下的步驟處理以提供具有堆焊涂層的樣品。
在60mm寬、100mm長(zhǎng)和10mm厚的SUS304板表面上通過等離子轉(zhuǎn)移電弧焊過程形成兩個(gè)3mm堆焊層。然后，通過機(jī)加工樣品去除1mm厚的表面部分，以暴露第二涂覆金屬層。預(yù)先對(duì)涂層表面和截面進(jìn)行EPMA分析以確定基體板元素沒有通過稀釋混合到該第二層中，以至暴露的涂層表面屬于具有與涂層金屬材料相同組成的合金。
從樣品上切掉30mm2的測(cè)試塊用以縫隙腐蝕的測(cè)試。如圖1正視圖和圖2垂直剖面圖所示，10mm2聚四氟乙烯板4通過螺栓6和螺母7并經(jīng)由丙烯酸樹脂板5固定在方形測(cè)試塊3涂層一側(cè)表面的中心部分。然后測(cè)試塊3的前表面和周圍表面覆蓋有機(jī)硅樹脂2以制成測(cè)試樣品。
通過檢測(cè)滲入到測(cè)試塊3和聚四氟乙烯板4間細(xì)小間隙的溶液引起的縫隙腐蝕進(jìn)行所述測(cè)試，測(cè)試樣品浸入3％NaCl溶液，并重復(fù)測(cè)量陽極極化。圖3顯示了獲得的重復(fù)陽極極化曲線的典型例子的示意圖。曲線A、B和C各自描述了電位以預(yù)定速率由自發(fā)電位向高(noble)方向變化直到電流達(dá)到6mA(前進(jìn)路線)，以及向低(ignoble)方向反向變化(返回路線)的狀態(tài)。圖3中，曲線A描述了前進(jìn)和返回路線沒有顯著區(qū)別的情況，這表明具有優(yōu)良的抗縫隙腐蝕性。曲線C描述了在前進(jìn)和返回路線間極化行為根本不同的情況。這里，即使在電位從高向轉(zhuǎn)向低向后，腐蝕電流根本沒有下降，所以腐蝕一旦開始，就不會(huì)自動(dòng)停止，因此，很容易發(fā)生產(chǎn)生縫隙腐蝕的情況。曲線B描述了介于上述A和C情況間的中間狀態(tài)。
對(duì)上述各種測(cè)試樣品，考察了重復(fù)陽極極化曲線并歸類到圖3中曲線A、B和C的上述三類。結(jié)果通過符號(hào)A、B和C顯示在表1中。此外，對(duì)每個(gè)樣品的間隙形成部分的外觀進(jìn)行考察以檢查任何縫隙腐蝕的產(chǎn)生，結(jié)果也通過符號(hào)顯示在表1中，○表示無縫隙腐蝕產(chǎn)生，×表示有明顯的縫隙腐蝕產(chǎn)生，和△表示多次觀察的某些中有縫隙腐蝕的產(chǎn)生。因此，表1顯示了具有符號(hào)○的樣品具有優(yōu)良的抗縫隙腐蝕性，具有符號(hào)×的樣品具有差的抗縫隙腐蝕性，和具有符號(hào)△的樣品有時(shí)候具有差的抗縫隙腐蝕性。
在切出腐蝕測(cè)試塊后，在測(cè)試樣品上切出合適的測(cè)試塊用以硬度測(cè)試。通過首先檢查涂層截面，然后使用Micro-Vickers硬度測(cè)試儀檢測(cè)第二層厚度中心處的硬度來進(jìn)行硬度測(cè)試。測(cè)量重量設(shè)定為500g。對(duì)上述各種測(cè)試樣品的Vickers硬度(Hv)測(cè)試結(jié)果如表1所示。我們采用Hv400kgf/mm2作為表現(xiàn)出抗磨損性或抗侵蝕性所必需的硬度的標(biāo)準(zhǔn)值，當(dāng)測(cè)試樣品硬于標(biāo)準(zhǔn)值，在表1中標(biāo)記○。這意味著標(biāo)有○的測(cè)試樣品具有優(yōu)良的抗磨損性或抗侵蝕性。
表1清楚的顯示了涂覆有本發(fā)明材料的堆焊涂層樣品1-28顯示了優(yōu)良的抗縫隙腐蝕性，同時(shí)具有優(yōu)良的抗磨損性和抗侵蝕性，具有其組成在本發(fā)明范圍之外的涂層材料的樣品1-22顯示出差的抗縫隙腐蝕性，或差的抗磨損性和抗侵蝕性的任一種。
在去掉表面層前檢查本發(fā)明測(cè)試樣品的外觀，所有的樣品具有平滑的堆焊表面，顯示出優(yōu)良的堆焊性能。
(實(shí)施方式2)由SUS304(一種奧氏體不銹鋼)制成具有62mmφ外徑、51mmφ內(nèi)徑、和65mm長(zhǎng)的圓筒構(gòu)件。通過Ni-Cr-Mo-V-C基合金粉末的等離子轉(zhuǎn)移電弧焊在構(gòu)件外表面涂覆1.5mm厚的涂層，該合金粉末包括29％Cr(重量計(jì)，以下同)、11Mo％、1％Si，16％V、5％C和余量的Ni和不可避免的雜質(zhì)，然后對(duì)其進(jìn)行加工去掉表面層以制成具有64.4mmφ外徑，53mmφ內(nèi)徑，和63mm長(zhǎng)的圓筒構(gòu)件。
盡管這個(gè)實(shí)施方式使用SUS 304(一種奧氏體不銹鋼)作為基體金屬，但本發(fā)明并不限制基體金屬，以至只要和海水相容的其它材料也可使用。此外，盡管上述實(shí)施方式在涂覆金屬材料時(shí)使用等離子轉(zhuǎn)移電弧焊方法，但這也不意味著限制涂覆方法，以至只要在涂層和基體金屬之間的界面或涂層內(nèi)部不產(chǎn)生引起縫隙腐蝕的孔隙或孔洞的其它方法也可使用。也可使用自熔合金涂層方法，包括通過熱噴涂粉末材料、或在構(gòu)件表面施用粉末狀合金和有機(jī)粘結(jié)劑的混合物，然后加熱熔融該材料。在這些方法中，從涂層長(zhǎng)期可靠性觀點(diǎn)，等離子轉(zhuǎn)移電弧焊或鎢極惰性氣體保護(hù)焊是理想的。圖4顯示了根據(jù)本發(fā)明軸承裝置的剖面示意圖，采用上述圓筒構(gòu)件作為與SiC軸承裝配的軸承軸套8。軸承軸套8固定在軸10周圍，包括通過根據(jù)本發(fā)明步驟制備的涂層8a，軸承9固定在軸承座11上。
(實(shí)施方式3)圖5是顯示由SCS16(一種奧氏體不銹鑄鋼)制成的可動(dòng)槳葉的示意圖。依靠操作條件，槳葉端部處的負(fù)壓部分可結(jié)構(gòu)性的遭受縫隙腐蝕的損壞。當(dāng)機(jī)器長(zhǎng)時(shí)間停止操作時(shí)，在槳葉端部和外殼間的間隙也會(huì)遭受縫隙腐蝕。因此，通過磨床去掉所述部分的局部14至1mm深度后，通過Ni-Cr-Mo-V-C基合金粉末的等離子轉(zhuǎn)移電弧焊在其上面提供1.5mm厚涂覆金屬層，所述合金粉末包括29％Cr，11Mo％，1％Si，16％V，5％C和余量的Ni和不可避免的雜質(zhì)。通過機(jī)加工去掉表面部分來完成1mm厚的涂層，以在所述部分上形成具有涂層的可動(dòng)槳葉。與實(shí)施方式1相似，基體金屬材料或涂覆方法并不限于上述的那些材料或方法。
(實(shí)施方式4)圖6顯示了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方式的排泄泵。數(shù)23描述了用于排廢水的葉輪，數(shù)24描述了用于從驅(qū)動(dòng)部分傳輸轉(zhuǎn)動(dòng)的主軸，數(shù)25描述了連到主軸的軸套，數(shù)26描述了與軸套25滑動(dòng)接觸并用于支撐主軸24的軸承，和數(shù)27描述了用以容納上述元件和提供其中的廢水的流體通道的外殼。根據(jù)實(shí)施方式2的軸承被安裝作為軸承26。在泵內(nèi)可能發(fā)生腐蝕或磨損的流體通道部分，施用根據(jù)本發(fā)明的涂覆金屬材料。
(實(shí)施方式5)圖7顯示了流體機(jī)械結(jié)構(gòu)構(gòu)件的例子，即具有通過本發(fā)明涂層而提高抗?jié){液侵蝕性和抗空穴腐蝕性的泵的轉(zhuǎn)子或葉輪。
如圖7所示，葉輪30包括具有用以接受旋轉(zhuǎn)軸的軸向孔洞31的輪轂32；從輪轂32徑向向外延伸的盤形主板(primary plate)33；與主板33軸向隔開的環(huán)形輪蓋(shroud)34；和在主板和輪蓋之間圍繞軸向孔洞的O-O軸角度等距布置的整體形成的多個(gè)槳葉35。這些主板33、輪蓋34和槳葉35限定了流體通道36。流體通道36的徑向內(nèi)部部分37提供入口部分，徑向外部部分38提供出口部分。環(huán)形輪蓋34包括軸向延伸的徑向內(nèi)部部分34a和徑向擴(kuò)展部分34b，軸向延伸部分34a限定了葉輪30的入口39。當(dāng)通過葉輪30的旋轉(zhuǎn)輸送流體時(shí)，如果葉輪在含有污泥的水中旋轉(zhuǎn)，水中的污泥顆粒與葉輪30表面碰撞，特別是限定葉輪30流體通道36的主板33內(nèi)表面，輪蓋34的內(nèi)表面42和槳葉35的兩側(cè)的表面，即壓力側(cè)表面43和吸入側(cè)表面44，并刮擦這些表面，以至這些表面被嚴(yán)重的磨損。另外，如果在如海水或化學(xué)藥品的腐蝕性環(huán)境中使用，它們也將遭受腐蝕引起的磨損。因此，將根據(jù)本發(fā)明的涂層材料有利地施用在這些希望的區(qū)域限定葉輪30流體通道36的內(nèi)表面41、42；壓力側(cè)表面43和吸入側(cè)表面44；輪蓋34的外表面；和主板34的后表面47。
在如水輪或泵的流體機(jī)械中使用具有如上所述涂層的根據(jù)本發(fā)明的葉輪30。圖8顯示了以立式泵50作為流體機(jī)械例子的剖面圖。如圖8所示，泵50包括限定用于容納根據(jù)本發(fā)明葉輪30的泵室52的外殼51；具有垂直軸的主軸57和固定在其下端的葉輪30；與外殼上端相連的用以支撐相對(duì)于外殼可旋轉(zhuǎn)的主軸57的主軸承58；和用以阻止流體從外殼51和主軸57之間滲漏的密封裝置59。外殼51通過已知方法固定在圓筒基座60上。外殼51包括上部的盤狀端板53、用以限定其中的螺旋出口室55的殼體54，和管形蓋56。圓筒形通流管61連接在蓋56的下端。
當(dāng)上述泵通過主軸37及固定在其下端的葉輪30的旋轉(zhuǎn)而運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，流體抽入通流管61中向葉輪入口39流動(dòng)如圖箭頭X所示，通過葉輪39的通道36輸送，以從出口38徑向排出到出口室55中。在出口室中的流體從出口的排出(在這里沒有示出)。
適用于上述涂覆金屬材料的合金能通過任何熱噴涂方法熱噴涂在基體材料的表面上以在基體材料上形成抗腐蝕和抗磨損層。該涂層可施用于作為構(gòu)件使用的基體材料，該構(gòu)件需要具有抗腐蝕性、抗磨損性、和抗砂侵蝕性或抗?jié){液侵蝕性，例如在如泵、水輪或壓縮機(jī)的旋轉(zhuǎn)機(jī)械中的例如葉輪、外殼、槳葉、軸承或密封件。在基體材料上抗磨損層的形成能提供提高的抗磨損性，以至使用該材料的機(jī)械如泵、水輪和壓縮機(jī)能具有較長(zhǎng)的壽命。
如上所述，本發(fā)明能提供的工業(yè)應(yīng)用的優(yōu)勢(shì)如下僅通過在滑動(dòng)構(gòu)件任何表面上提供薄的涂覆金屬層，即能可靠地防止由于滑動(dòng)接觸的磨損、由于引入砂子或碎屑的侵蝕，和點(diǎn)腐蝕或縫隙腐蝕。
由于部分的涂覆就足夠了，所以該工藝是非常經(jīng)濟(jì)的。
通過阻止構(gòu)件的損壞，能提供裝置或裝置在如海水或化學(xué)藥品的腐蝕性環(huán)境中長(zhǎng)期的使用。
也能延長(zhǎng)涂覆有根據(jù)本發(fā)明合金的機(jī)械元件如葉輪、軸承、外殼等的壽命和使用這些元件的流體機(jī)械的壽命。
權(quán)利要求
1.包括要求具有抗腐蝕性和抗磨損性的構(gòu)件的裝置，至少所述構(gòu)件的一部分由Ni-Cr-Mo-V-C基合金制成，該合金以重量計(jì)基本組成為23～50％Cr；7-20％V；不小于1.6％且不大于(0.236V％+2)％的C；不大于40％且不小于(11-0.1×Cr％)％和(125-4×Cr％)％中任一個(gè)的Mo；和余量的Ni和不可避免的雜質(zhì)，其中Cr，V，和Mo的總量不大于90％。
2.包括要求具有抗腐蝕性和抗磨損性的構(gòu)件的裝置，至少所述構(gòu)件的一部分由Ni-Cr-Mo-V-C基合金制成，該合金以重量計(jì)基本組成為23～50％Cr；7-20％V；0.5～4.5％Si和不小于1.6％且不大于(0.236V％+2)％的C；不大于40％且不小于(11-0.1×Cr％)％和(125-4×Cr％)％中任一個(gè)的Mo；和余量的Ni和不可避免的雜質(zhì)，其中Cr，V，和Mo的總量不大于90％。
3.包括要求具有抗腐蝕性和抗磨損性的構(gòu)件的裝置，至少所述構(gòu)件的一部分Ni-Cr-Mo-V-C基合金制成，該合金以重量計(jì)基本組成為2.5～25％Fe；23～50％Cr；7-20％V；0.5～4.5％Si和不小于1.6％且不大于(0.236V％+2)％的C；不大于40％且不小于(11-0.1×Cr％)％和(125-4×Cr％)％中任一個(gè)的Mo；和余量的Ni和不可避免的雜質(zhì)，其中Fe，Cr，V，和Mo的總量不大于90％。
4.根據(jù)權(quán)利要求1-3任一項(xiàng)的裝置，其中所述構(gòu)件是組成泵的泵構(gòu)件和所述構(gòu)件具有由所述Ni-Cr-Mo-V-C基合金組成的涂層部分。
5.根據(jù)權(quán)利要求1-3任一項(xiàng)的裝置，其中所述構(gòu)件是組成水輪的水輪構(gòu)件和所述構(gòu)件具有由所述Ni-Cr-Mo-V-C基合金組成的涂層部分。
6.根據(jù)權(quán)利要求1-3任一項(xiàng)的裝置，其中所述構(gòu)件是組成流體機(jī)械的流體機(jī)械構(gòu)件和所述構(gòu)件具有由所述Ni-Cr-Mo-V-C基合金組成的涂層部分。
7.根據(jù)權(quán)利要求1-3任一項(xiàng)的裝置，其中所述裝置是具有軸承和沿所述軸承可滑動(dòng)的軸套部分的流體機(jī)械，其中所述軸承和軸套部分的至少之一包括由所述Ni-Cr-Mo-V-C基合金組成的涂層部分。
全文摘要
適合于能在需要具有抗腐蝕性和抗磨損性的環(huán)境中使用的裝置。該裝置具有構(gòu)件，至少所述構(gòu)件的一部分由Ni－Cr－Mo－V－C基合金制成，該合金以重量計(jì)基本組成為23～50％Cr；7－20％V；不小于1.6％且不大于(0.236V％+2)％的C；不大于40％且不小于(11－0.1×Cr％)％和(125－4×Cr％)％中任一個(gè)的Mo；和余量的Ni和不可避免的雜質(zhì)。Cr、V、和Mo的總量不大于90％。
文檔編號(hào)C22C27/06GK1860244SQ20048002816
公開日2006年11月8日 申請(qǐng)日期2004年3月26日 優(yōu)先權(quán)日2003年10月20日
發(fā)明者杉山憲一, 川村聰, 中浜修平, 長(zhǎng)坂浩志, 高山博和 申請(qǐng)人:株式會(huì)社荏原制作所