水泵的汽蚀、磨蚀防腐蚀涂层的研究进展

Posted 2023-01-11 水泵

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水泵的汽蚀、磨蚀及其联合作用的破坏一直是水泵运行、维护及管理工作中的一个重要问题，传统的表面保护材料及工艺已远远不能满足水泵抗汽蚀、磨蚀的要求。为了增强水泵过流部件表面抗汽蚀、磨蚀的能力，除了采用不锈钢或其它硬质合金制造叶片、叶轮室外，还对表面保护技术进行不断的试验研究。本文对其进展叙述如下：
表面保护技术研究现状
表面保护技术简介
非金属涂层的研究我国在20世纪60、70年代就开始将环氧树脂及其复合物应用于水泵进行抗磨蚀保护。在20世纪80年代又相继开发了复合龙涂层、聚氨酯类涂层仿陶瓷涂层以及橡胶涂层等非金属涂层。另外有一些使用速钛胶、橡胶、搪瓷、陶瓷、玻璃等材料形成的非金属涂层，由于加工工艺复杂等原因使用较少。20世纪90年代，在工业领域还引进了美国DEVCON 修复剂、ARC复合涂料、人造橡胶涂层等高分子聚合物材料。这些非金属涂层材料在泵站恶劣的使用环境下，往往因涂层与金属基体结合能力差以及材料本身硬度不够，很难达到预期的抗汽蚀、抗磨蚀效果。
金属涂层的研究
在水泵抗磨蚀表面保护技术中还广泛采用金属表面保护层。使用最多的是焊条堆焊和线材喷涂。利用不锈钢焊条的堆焊法可保证焊层与基体有很高的结合强度，但堆焊法冲淡率大，焊层厚而不匀且加工余量大，对工作基体材料的可焊性要求高。经堆焊法处理的水泵叶片表面，一般在堆焊处未发生汽蚀破坏前，在堆焊点周围又迅速发生新的汽蚀破坏，直至堆焊层底部。线材喷涂所形成的不锈钢雾状颗粒涂层以机械结合为主，不太适用于水泵冲击载荷和抗汽蚀的修复。对于一些大型的水泵工件，如大口径(直径3米以上)轴流泵叶轮室，可以在表面镶嵌一层不锈钢板来增加抗磨蚀能力。但这种方法需将工件送至大型水泵厂专门加工、车削、镶嵌、焊接、费用贵、周期长，非一般泵泵站所能实施。合金粉末喷涂是在线材喷涂基础上发展起来的。与堆焊法相比，成型美观平整，厚度易于控制，冲淡率小，方法简便，热源易得，加工不受气候、场地的限制。但由于喷涂层是由高速喷射到基体表面的半熔融状态的合金粉末微粒一层一层地有规则地叠加形成的，属于层状结构，其物理特性具有方向性，而且在喷涂过程中，每颗粉末微粒均出现凝结、收缩、变形等现象而在涂层中发展一种内应力，因此合金粉末喷涂一般只用于汽蚀和磨蚀不太严重的中小型水泵的表面保护。
表面保护材料和工艺的要求
表面保护材料的技术要求抗磨蚀涂层必须具有
(1)很高的强度和硬度以抵抗汽蚀、磨蚀的破坏；
(2)具有一家的韧性，以吸收冲击能量；
(3)具有很高的粘结强度，以保证涂层在泵内30-35米每秒的高速水流冲击下不会剥落；
(4)涂层材料必须价格适中，才能保证在大中型泵站及量大面广的农村中小型泵站中推广使用；
(5)涂层材料应无毒，非易燃、易爆品，便于保管运输，不污染周围环境。
加工工艺要求为了保证表面保护技术的推广和应用，加工工艺必须做到：
(1)工艺简单，能够为不同程度的操作者所掌握；
(2)加工中所用的工具(器具)应是在市场中易于购得或是一般泵站维修工作中所必备，且价格适中，无需特殊和昂贵的设备
(3)工艺应不受季节和周围环境的影响，保证泵站在冬、春季维修期内能够进行；
(4)涂层不需要特殊的保温养护，涂覆后能快速固化或投入使用，以缩短维修同期。
合金粉末喷焊技术的进展
喷焊防护技术是随着低熔点粉末材料的研制成功而在喷涂和堆焊基础上发展起来的一种金属表面保护技术。由于喷层经历重熔过程，涂层致密无孔，表面光滑平整，具有节约材料、质量好、效率高的优点，喷焊层表面硬度可高达HRC60-70，可以几倍甚至十几倍的延长水泵过流部件的使用寿命。
喷焊合金粉末材料的优化
优化要点为了保证喷焊层的质量，防止工件变形和涂层裂纹的产生，涂层材料研究优化的技术路线为：
(1)通过配比优化，改变硬化相的颗粒尺寸、数量及结晶晶粒度的大小，以获得合理的组织结构形态及分布状态。
(2)根据水泵汽蚀、磨蚀的特点，有针对性地调整材料的性能指标，既保证材料优异的抗磨蚀性，又可最大限度地抑制或减少裂纹的产生，提高可焊性。
(3)确定合理的技术参数和工艺参数，改善涂层使用条件下的拘束状态。