基于熱噴涂工藝的葉輪防腐耐磨處理

施 捷* 胡曉亮 俞 燕 馮園中

（新嘉愛斯熱電有限公司）

0 引言

目前常用的表面防腐耐磨技術(shù)主要包括采用緩蝕劑、涂鍍層材料、耐腐蝕合金、不銹鋼、玻璃鋼或塑料、陰極保護(hù)等[1]。由于離心式風(fēng)機(jī)葉輪表面工作環(huán)境特殊，因此決定采用熱噴涂技術(shù)。熱噴涂技術(shù)可快速、有效地使優(yōu)良涂料在大面積的基體上沉積。由于其具有較好的致密性，與母材有較高的結(jié)合強(qiáng)度且工藝簡(jiǎn)單高效，已經(jīng)廣泛應(yīng)用在能源、化工、航天以及軍工等領(lǐng)域[2]。

在此次噴涂過(guò)程中采用新型噴涂工藝超音速電弧噴涂對(duì)葉輪表面進(jìn)行噴涂處理，其噴涂效果好，涂層的結(jié)合度、密度、硬度以及氧化物質(zhì)量分?jǐn)?shù)均得到了很大地提高[3]。其工藝原理圖如圖1 所示，主要由電源、金屬絲、送絲滾輪、導(dǎo)電塊、導(dǎo)電嘴、空氣噴嘴、壓縮空氣、工件和涂層構(gòu)成。工藝流程如圖2所示[4]。其中噴砂是不可少缺的前預(yù)處理手段，即用一定粒度的砂粒借助壓縮空氣所賦予的動(dòng)力，沖擊預(yù)處理工件的表面，使其達(dá)到要求的清潔度和粗糙度的表面處理工藝。噴砂材料選用質(zhì)堅(jiān)有棱角的砂料，莫氏硬度為7.3 以上，粒度為2.0～3.3 mm。使用前應(yīng)經(jīng)篩選，砂內(nèi)黏土及1.0 mm 以下細(xì)粉含量不應(yīng)大于5%，不得含有油污；含水量不應(yīng)大于1%，防止受潮、雨淋或混入雜質(zhì)。將涂層構(gòu)件加熱到一定溫度后，然后急速冷卻。重復(fù)以上過(guò)程可以使涂層脫落，在噴涂過(guò)程中要避免為了達(dá)到相應(yīng)的結(jié)合強(qiáng)度，以及避免改變母材的性能，此過(guò)程不能持續(xù)太久，循環(huán)次數(shù)應(yīng)保持在10 次以內(nèi)。

圖1 工藝原理示意圖

圖2 噴涂工藝流程圖

1 熱噴涂過(guò)程

某污泥干化車間中2 臺(tái)離心式廢棄處理風(fēng)機(jī)主要用于抽吸污泥干化車間內(nèi)部環(huán)境，保持車間處于負(fù)壓環(huán)境，減少異味氣體擴(kuò)散到周圍環(huán)境中，實(shí)現(xiàn)污泥無(wú)害化處。

2019 年4 月23 日分布式控制系統(tǒng)（DCS）顯示，2#風(fēng)機(jī)的前后軸震動(dòng)加劇，峰值甚至達(dá)到了6.9 mm/s，軸溫逼近71.63 ℃，其當(dāng)時(shí)的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)如圖3 及圖4所示。如表1 所示，風(fēng)機(jī)數(shù)據(jù)已經(jīng)超過(guò)了大型離心式風(fēng)機(jī)良好運(yùn)行的范圍2.8 mm/s和公司要求的4.5 mm/s。值長(zhǎng)下令停機(jī)，切換至1#風(fēng)機(jī)。

圖4 噴涂后2#離心風(fēng)機(jī)的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)

表1 軸流式或離心式風(fēng)機(jī)震動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)

對(duì)2#風(fēng)機(jī)進(jìn)行了拆卸后發(fā)現(xiàn)，葉輪表面遭受不同程度的腐蝕和磨損。這些腐蝕和磨損是不規(guī)則的、非線性的。正是因?yàn)檫@些局部腐蝕、磨損以及保護(hù)層的脫落，造成了設(shè)備局部不平衡，逐漸發(fā)展并致使葉輪整體平衡失效。為了避免潛在的危險(xiǎn)以及日后出現(xiàn)類似的情況，噴涂工藝必須滿足相應(yīng)的要求。葉輪表面經(jīng)過(guò)前期吹掃、噴砂預(yù)處理后，在6 h 內(nèi)進(jìn)行了噴涂。噴涂前檢查待噴涂面上未留有余灰，用噴槍的壓縮空氣再次對(duì)表面進(jìn)行清除后實(shí)施噴涂。在實(shí)際噴涂過(guò)程中采用超音速電弧噴涂，噴涂時(shí)受熱面的最高表面溫升不應(yīng)大于100 ℃，噴涂不會(huì)改變?nèi)~輪材料性能，可以反復(fù)多次實(shí)施超音速電弧噴涂。噴涂材料選用SR-M1（用于抗磨），SR-F1(用于抗腐蝕)。噴涂結(jié)束且指標(biāo)合格后，還需要再次對(duì)動(dòng)平衡進(jìn)行校準(zhǔn)。

2 效果檢驗(yàn)

在噴涂過(guò)程中嚴(yán)格控制工況，除銹銹等級(jí)達(dá)到白級(jí)（Sa3），管道表面氧化皮、銹、油污等附著物被完全去除，顯露出金屬光澤。所獲涂層質(zhì)量需達(dá)到如下指標(biāo)：涂層總厚度為0.6～0.8 mm，局部位置厚度可達(dá)1.0 mm 以上（涂層過(guò)渡區(qū)除外）；涂層孔隙率不大于15%；涂層硬度不低于HRC 50；涂層的結(jié)合強(qiáng)度不低于35 MPa。若涂層的結(jié)合強(qiáng)度太差，則在發(fā)生沖擊時(shí)，涂層與母材結(jié)合處會(huì)成為應(yīng)力集中點(diǎn)，加劇基涂層脫層。而沖擊是一個(gè)瞬時(shí)的能量施加過(guò)程，界面層很薄。若結(jié)合強(qiáng)度高，材料受沖擊時(shí)分子鏈段運(yùn)動(dòng)能力弱或者是次級(jí)松弛無(wú)法快速響應(yīng)則表現(xiàn)為脆性；反之，結(jié)合弱，則會(huì)有一定的緩沖；當(dāng)結(jié)合強(qiáng)度高于35 MPa 時(shí)，葉輪表面的涂層會(huì)具有較好的附著力。

基于DCS 數(shù)據(jù)對(duì)噴涂后的效果進(jìn)行了驗(yàn)證。從2019 年5 月開始到2019 年6 月，2#離心式廢氣處理風(fēng)機(jī)軸溫顯示出平穩(wěn)的運(yùn)行曲線，風(fēng)機(jī)震動(dòng)整體運(yùn)行良好，震動(dòng)幅度≤2.8 mm/s。個(gè)別點(diǎn)震動(dòng)達(dá)到了優(yōu)秀的標(biāo)準(zhǔn)，震動(dòng)幅度≤1.5 mm/s。

3 結(jié)論

（1）通過(guò)拆卸震動(dòng)異常的離心式風(fēng)機(jī)發(fā)現(xiàn)，局部銹蝕、磨損以及保護(hù)層脫落是造成大型離心式風(fēng)機(jī)的動(dòng)平衡失效主要原因。

（2）采用超音速電弧噴涂，嚴(yán)格把控噴涂過(guò)程和篩選涂層材料，也可以通過(guò)修復(fù)大型葉輪局部腐蝕和磨損，使軸震動(dòng)達(dá)到優(yōu)秀的標(biāo)準(zhǔn)。

（3）超音速電弧噴涂由于其良好的致密性，較強(qiáng)的結(jié)合強(qiáng)度，還可以用于電廠鍋爐水冷壁、過(guò)熱器表面的腐蝕和磨損防護(hù)。