水泵抗汽蝕、磨損防護技術的研究進展

水泵抗汽蝕、磨損防護技術的研究進展

水泵的汽蝕、磨蝕及其聯(lián)合作用的破壞一直是水泵運行、維護及管理工作中的一個重要問題，傳統(tǒng)的表面保護材料及工藝已遠遠不能滿足水泵抗汽蝕、磨蝕的要求。為了增強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，還對表面保護技術進行不斷的試驗研究。本文對其進展敘述如下：
表面保護技術研究現(xiàn)狀
表面保護技術簡介
非金屬涂層的研究我國在20世紀60、70年代就開始將環(huán)氧樹脂及其復合物應用于水泵進行抗磨蝕保護。在20世紀80年代又相繼開發(fā)了復合龍涂層、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，由于加工工藝復雜等原因使用較少。20世紀90年代，在工業(yè)領域還引進了美國DEVCON　修復劑、ARC復合涂料、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，很難達到預期的抗汽蝕、抗磨蝕效果。
金屬涂層的研究
在水泵抗磨蝕表面保護技術中還廣泛采用金屬表面保護層。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械結(jié)合為主，不太適用于水泵沖擊載荷和抗汽蝕的修復。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)應力，因此合金粉末噴涂一般只用于汽蝕和磨蝕不太嚴重的中小型水泵的表面保護。
表面保護材料和工藝的要求
表面保護材料的技術要求抗磨蝕涂層必須具有
（1）很高的強度和硬度以抵抗汽蝕、磨蝕的破壞；（2）具有一家的韌性，以吸收沖擊能量；（3）具有很高的粘結(jié)強度，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；（4）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）涂層材料應無毒，非易燃、易爆品，便于保管運輸，不污染周圍環(huán)境。
加工工藝要求為了保證表面保護技術的推廣和應用，加工工藝必須做到：
（1）工藝簡單，能夠為不同程度的操作者所掌握；（2）加工中所用的工具（器具）應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備；（3）工藝應不受季節(jié)和周圍環(huán)境的影響，保證泵站在冬、春季維修期內(nèi)能夠進行；（4）涂層不需要特殊的保溫養(yǎng)護，涂覆后能快速固化或投入使用，以縮短維修同期。
合金粉末噴焊技術的進展
噴焊防護技術是隨著低熔點粉末材料的研制成功而在噴涂和堆焊基礎上發(fā)展起來的一種金屬表面保護技術。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，噴焊層表面硬度可高達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)化的技術路線為：（1）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)。（2）根據(jù)水泵汽蝕、磨蝕的特點，有針對性地調(diào)整材料的性能指標，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）確定合理的技術參數(shù)和工藝參數(shù)，改善涂層使用條件下的拘束狀態(tài)。