基于热喷涂工艺的叶轮防腐耐磨处理

时间：2024-05-22

施捷* 胡晓亮俞燕冯园中

（新嘉爱斯热电有限公司）

0 引言

目前常用的表面防腐耐磨技术主要包括采用缓蚀剂、涂镀层材料、耐腐蚀合金、不锈钢、玻璃钢或塑料、阴极保护等[1]。由于离心式风机叶轮表面工作环境特殊，因此决定采用热喷涂技术。热喷涂技术可快速、有效地使优良涂料在大面积的基体上沉积。由于其具有较好的致密性，与母材有较高的结合强度且工艺简单高效，已经广泛应用在能源、化工、航天以及军工等领域[2]。

在此次喷涂过程中采用新型喷涂工艺超音速电弧喷涂对叶轮表面进行喷涂处理，其喷涂效果好，涂层的结合度、密度、硬度以及氧化物质量分数均得到了很大地提高[3]。其工艺原理图如图1 所示，主要由电源、金属丝、送丝滚轮、导电块、导电嘴、空气喷嘴、压缩空气、工件和涂层构成。工艺流程如图2所示[4]。其中喷砂是不可少缺的前预处理手段，即用一定粒度的砂粒借助压缩空气所赋予的动力，冲击预处理工件的表面，使其达到要求的清洁度和粗糙度的表面处理工艺。喷砂材料选用质坚有棱角的砂料，莫氏硬度为7.3 以上，粒度为2.0～3.3 mm。使用前应经筛选，砂内黏土及1.0 mm 以下细粉含量不应大于5%，不得含有油污；含水量不应大于1%，防止受潮、雨淋或混入杂质。将涂层构件加热到一定温度后，然后急速冷却。重复以上过程可以使涂层脱落，在喷涂过程中要避免为了达到相应的结合强度，以及避免改变母材的性能，此过程不能持续太久，循环次数应保持在10 次以内。

图1 工艺原理示意图

图2 喷涂工艺流程图

1 热喷涂过程

某污泥干化车间中2 台离心式废弃处理风机主要用于抽吸污泥干化车间内部环境，保持车间处于负压环境，减少异味气体扩散到周围环境中，实现污泥无害化处。

2019 年4 月23 日分布式控制系统（DCS）显示，2#风机的前后轴震动加剧，峰值甚至达到了6.9 mm/s，轴温逼近71.63 ℃，其当时的监测数据如图3 及图4所示。如表1 所示，风机数据已经超过了大型离心式风机良好运行的范围2.8 mm/s和公司要求的4.5 mm/s。值长下令停机，切换至1#风机。

图4 喷涂后2#离心风机的监测数据

表1 轴流式或离心式风机震动标准

对2#风机进行了拆卸后发现，叶轮表面遭受不同程度的腐蚀和磨损。这些腐蚀和磨损是不规则的、非线性的。正是因为这些局部腐蚀、磨损以及保护层的脱落，造成了设备局部不平衡，逐渐发展并致使叶轮整体平衡失效。为了避免潜在的危险以及日后出现类似的情况，喷涂工艺必须满足相应的要求。叶轮表面经过前期吹扫、喷砂预处理后，在6 h 内进行了喷涂。喷涂前检查待喷涂面上未留有余灰，用喷枪的压缩空气再次对表面进行清除后实施喷涂。在实际喷涂过程中采用超音速电弧喷涂，喷涂时受热面的最高表面温升不应大于100 ℃，喷涂不会改变叶轮材料性能，可以反复多次实施超音速电弧喷涂。喷涂材料选用SR-M1（用于抗磨），SR-F1(用于抗腐蚀)。喷涂结束且指标合格后，还需要再次对动平衡进行校准。

2 效果检验

在喷涂过程中严格控制工况，除锈锈等级达到白级（Sa3），管道表面氧化皮、锈、油污等附着物被完全去除，显露出金属光泽。所获涂层质量需达到如下指标：涂层总厚度为0.6～0.8 mm，局部位置厚度可达1.0 mm 以上（涂层过渡区除外）；涂层孔隙率不大于15%；涂层硬度不低于HRC 50；涂层的结合强度不低于35 MPa。若涂层的结合强度太差，则在发生冲击时，涂层与母材结合处会成为应力集中点，加剧基涂层脱层。而冲击是一个瞬时的能量施加过程，界面层很薄。若结合强度高，材料受冲击时分子链段运动能力弱或者是次级松弛无法快速响应则表现为脆性；反之，结合弱，则会有一定的缓冲；当结合强度高于35 MPa 时，叶轮表面的涂层会具有较好的附着力。

基于DCS 数据对喷涂后的效果进行了验证。从2019 年5 月开始到2019 年6 月，2#离心式废气处理风机轴温显示出平稳的运行曲线，风机震动整体运行良好，震动幅度≤2.8 mm/s。个别点震动达到了优秀的标准，震动幅度≤1.5 mm/s。