水泵抗汽蝕、磨損防護(hù)技術(shù)的研究進(jìn)展

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摘要：水泵的汽蝕、磨蝕及其聯(lián)合作用的破壞一直是水泵運(yùn)行、維護(hù)及管理工作中的一個重要問題，傳統(tǒng)的表面保護(hù)材料及工藝已遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足水泵抗汽蝕、磨蝕的要求。為了增強(qiáng)水泵過流部件表面抗汽蝕、磨蝕的能力，除了采用不銹鋼或其它硬質(zhì)合金制造葉片、葉輪室外，還對表面保護(hù)技術(shù)進(jìn)行不斷的試驗研究。

　　關(guān)鍵詞：汽蝕 磨損 性能 試驗

　　水泵的汽蝕、磨蝕及其聯(lián)合作用的破壞一直是水泵運(yùn)行、維護(hù)及管理工作中的一個重要問題，傳統(tǒng)的表面保護(hù)材料及工藝已遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足水泵抗汽蝕、磨蝕的要求。為了增強(qiáng)水泵過流部件表面抗汽蝕、磨蝕的能力，除了采用不銹鋼或其它硬質(zhì)合金制造葉片、葉輪室外，還對表面保護(hù)技術(shù)進(jìn)行不斷的試驗研究。本文對其進(jìn)展敘述如下：

　　表面保護(hù)技術(shù)研究現(xiàn)狀

　　表面保護(hù)技術(shù)簡介

　　非金屬涂層的研究我國在20世紀(jì)60、70年代就開始將環(huán)氧樹脂及其復(fù)合物應(yīng)用于水泵進(jìn)行抗磨蝕保護(hù)。在20世紀(jì)80年代又相繼開發(fā)了復(fù)合龍涂層、聚氨酯類涂層仿陶瓷涂層以及橡膠涂層等非金屬涂層。另外有一些使用速鈦膠、橡膠、搪瓷、陶瓷、玻璃等材料形成的非金屬涂層，由于加工工藝復(fù)雜等原因使用較少。20世紀(jì)90年代，在工業(yè)領(lǐng)域還引進(jìn)了美國DEVCON　修復(fù)劑、ARC復(fù)合涂料、人造橡膠涂層等高分子聚合物材料。這些非金屬涂層材料在泵站惡劣的使用環(huán)境下，往往因涂層與金屬基體結(jié)合能力差以及材料本身硬度不夠，很難達(dá)到預(yù)期的抗汽蝕、抗磨蝕效果。

　　金屬涂層的研究

　　在水泵抗磨蝕表面保護(hù)技術(shù)中還廣泛采用金屬表面保護(hù)層。使用最多的是焊條堆焊和線材噴涂。利用不銹鋼焊條的堆焊法可保證焊層與基體有很高的結(jié)合強(qiáng)度，但堆焊法沖淡率大，焊層厚而不勻且加工余量大，對工作基體材料的可焊性要求高。經(jīng)堆焊法處理的水泵葉片表面，一般在堆焊處未發(fā)生汽蝕破壞前，在堆焊點(diǎn)周圍又迅速發(fā)生新的汽蝕破壞，直至堆焊層底部。線材噴涂所形成的不銹鋼霧狀顆粒涂層以機(jī)械結(jié)合為主，不太適用于水泵沖擊載荷和抗汽蝕的修復(fù)。對于一些大型的水泵工件，如大口徑（直徑3米以上）軸流泵葉輪室，可以在表面鑲嵌一層不銹鋼板來增加抗磨蝕能力。但這種方法需將工件送至大型水泵廠專門加工、車削、鑲嵌、焊接、費(fèi)用貴、周期長，非一般泵泵站所能實施。合金粉末噴涂是在線材噴涂基礎(chǔ)上發(fā)展起來的。與堆焊法相比，成型美觀平整，厚度易于控制，沖淡率小，方法簡便，熱源易得，加工不受氣候、場地的限制。但由于噴涂層是由高速噴射到基體表面的半熔融狀態(tài)的合金粉末微粒一層一層地有規(guī)則地疊加形成的，屬于層狀結(jié)構(gòu)，其物理特性具有方向性，而且在噴涂過程中，每顆粉末微粒均出現(xiàn)凝結(jié)、收縮、變形等現(xiàn)象而在涂層中發(fā)展一種內(nèi)應(yīng)力，因此合金粉末噴涂一般只用于汽蝕和磨蝕不太嚴(yán)重的中小型水泵的表面保護(hù)。

　　表面保護(hù)材料和工藝的要求

　　表面保護(hù)材料的技術(shù)要求抗磨蝕涂層必須具有

　?。?）很高的強(qiáng)度和硬度以抵抗汽蝕、磨蝕的破壞；

　?。?）具有一家的韌性，以吸收沖擊能量；

　?。?）具有很高的粘結(jié)強(qiáng)度，以保證涂層在泵內(nèi)30-35米每秒的高速水流沖擊下不會剝落；

　?。?）涂層材料必須價格適中，才能保證在大中型泵站及量大面廣的農(nóng)村中小型泵站中推廣使用；

　　（5）涂層材料應(yīng)無毒，非易燃、易爆品，便于保管運(yùn)輸，不污染周圍環(huán)境。

　　加工工藝要求為了保證表面保護(hù)技術(shù)的推廣和應(yīng)用，加工工藝必須做到：

　?。?）工藝簡單，能夠為不同程度的操作者所掌握；

　?。?）加工中所用的工具（器具）應(yīng)是在市場中易于購得或是一般泵站維修工作中所必備，且價格適中，無需特殊和昂貴的設(shè)備；

　?。?）工藝應(yīng)不受季節(jié)和周圍環(huán)境的影響，保證泵站在冬、春季維修期內(nèi)能夠進(jìn)行；

　?。?）涂層不需要特殊的保溫養(yǎng)護(hù)，涂覆后能快速固化或投入使用，以縮短維修同期。

　　合金粉末噴焊技術(shù)的進(jìn)展

　　噴焊防護(hù)技術(shù)是隨著低熔點(diǎn)粉末材料的研制成功而在噴涂和堆焊基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一種金屬表面保護(hù)技術(shù)。由于噴層經(jīng)歷重熔過程，涂層致密無孔，表面光滑平整，具有節(jié)約材料、質(zhì)量好、效率高的優(yōu)點(diǎn)，噴焊層表面硬度可高達(dá)HRC60-70，可以幾倍甚至十幾倍的延長水泵過流部件的使用壽命。

　　噴焊合金粉末材料的優(yōu)化

　　優(yōu)化要點(diǎn)為了保證噴焊層的質(zhì)量，防止工件變形和涂層裂紋的產(chǎn)生，涂層材料研究優(yōu)化的技術(shù)路線為：

　?。?）通過配比優(yōu)化，改變硬化相的顆粒尺寸、數(shù)量及結(jié)晶晶粒度的大小，以獲得合理的組織結(jié)構(gòu)形態(tài)及分布狀態(tài)。

　?。?）根據(jù)水泵汽蝕、磨蝕的特點(diǎn)，有針對性地調(diào)整材料的性能指標(biāo)，既保證材料優(yōu)異的抗磨蝕性，又可最大限度地抑制或減少裂紋的產(chǎn)生，提高可焊性。

　　（3）確定合理的技術(shù)參數(shù)和工藝參數(shù)，改善涂層使用條件下的拘束狀態(tài)。