H1泵叶轮耐气蚀磨损涂层材料的应用

　　摘　要：H1泵是本公司黄河取水的关键设备，为解决黄河水泥沙对H1泵碳钢叶轮气蚀磨损严重的问题，我们采用了等离子热喷涂技术和钨钴硬质合金粉末，在叶轮表面喷涂耐蚀耐磨涂层。经试用，可延长叶轮使用寿命4倍以上，节约了备件和检修费用。
　　关键词：H1泵；气蚀磨损；等离子喷涂；钨钴合金；涂层
　　1　H1泵叶轮气蚀磨损的情况
　　长铝公司老厂生产用水主要取自黄河水。大流量、高扬程的H1泵是从黄河提水的关键设备。由于黄河水泥沙含量高，每立方米少则几十公斤，多则上百公斤，洪峰季节可达半吨左右，对H1泵过流部件气蚀磨损非常严重。一个碳钢材质的叶轮使用500小时，气蚀磨损得犬牙交错残缺不全，使水泵的工作效率大大降低，由于叶轮使用寿命短，更换和检修频繁，直接影响着我公司生产用水的供给。
　　2　H1泵气蚀磨损的分析及解决方法
　　黄河中下游的水里不仅含有大量的泥土，而且还含有大量的沙粒，其硬度较高。由于H1泵高速旋转使含泥沙和气体的黄河水对叶轮产生气蚀和冲刷磨损。解决的方法虽然很多，但Z根本的是从叶轮本身的材质上下功夫。如采用贵金属不锈钢等材料制造叶轮，虽然可以比碳钢延长使用寿命，但价格昂贵，工艺复杂。为了探讨黄河泥沙对叶轮气蚀磨损难题的解决途径，公司于1993年组织专人攻关，根据叶轮气蚀磨损情况和国内外的先进技术，考虑到既要节省贵金属材料，又要提高叶轮的使用寿命，我们采用了热喷涂技术制做硬合金涂层进行比较，证明此方案可行。
　　3　涂层材料选配和喷涂工艺设计
　　3.1 涂层材料选配
　　考虑到黄河泥沙含量大、硬度高，对叶轮过流面有很强的冲击作用，因此涂层材料既要有足够的硬度，又要有一定的韧性。经分析权衡，选定镍基合金作为底层料，钨钴合金粉末作为工作层材料，粉末粒度均为320目。
　　3.2 喷涂工艺选择
　　热喷涂的工作方法主要有三种：火焰、爆震、等离子。电弧喷涂虽然温度较高，但不能喷涂金属粉末；火焰喷涂由于温度低，不能喷涂高熔点的金属；等离子喷涂设备可以达到15000℃的高温，能够熔化所有金属、合金和陶瓷材料，具有涂层与基体结合强度高、孔隙率低等优点。因此，选用60kW等离子喷涂设备，其喷涂工艺参数见表1。
　　3.3 涂层设计
　　⑴工件情况，叶轮基材45^#钢。尺寸Φ800mm，重300kg。
　　⑵喷涂部位和厚度:局部喷涂，叶轮外顶部、叶片、两侧面顶部向圆心100mm，总喷涂面积约为1.6m²，喷涂厚度0.8～1.0mm，其中底层0.2mm，工作层0.6～0.8mm。
　　⑶喷层顺序：步选用刚玉对叶轮施涂面进行喷砂处理；第二步喷粘结底层；第三步喷涂工作层；第四步对涂层进行封孔处理。
　　4　应用效果和经济效益分析
　　钨钴镍硬质合金涂层叶轮经过现场实际运行，累计使用2700多小时，因泵其它方面异常打开检查，涂层大部分完好，叶轮侧面因原砂眼缺陷，面涂层有手掌大小面积税落，但不影响使用。因泵轴损坏，连同叶轮一同拆下，涂层叶轮没有再用。就按2700小时计算，它比碳钢材质叶轮使用寿命已提高4倍以上，比不锈钢材质叶轮使用寿命提高115倍以上，达到了预期的目的，得到了我公司机动部和生产调度部的充分肯定，并在1996年1月30日在中国长城铝业报上进行了报道。现摘录如下：
　　“1995年，公司在科技攻关上，着力于攻克生产中的薄弱环节，如：黄河水源使用泵，设备磨蚀厉害，备件消耗大，检修频繁，一直是生产中的薄弱环节。为此，我们引进了水头泵房H1型泵新型耐磨涂料的研制，经现场使用，叶轮耐磨涂料已运行2700多小时，效果很好”。
　　H1泵叶轮硬质合金涂层的使用不仅减少了该泵的检修次数，而且直接节约备件检修费用。据初步计算，每使用一个钨钴镍硬质合金涂层叶轮，可以为企业节约2万元左右的费用。
　　5　结语
　　⑴热喷涂的突出优点是，在不改变工件基材的前提下，在工件工作面或过流面上制做所需要的金属、合金、陶瓷、塑料等涂层，解决工件耐磨、耐蚀、耐热、提高绝缘、导电、防辐射、氧化等难题，改变工件性能，使整个工件的使用寿命大大延长，从而可直接节约备件和检修费用。
　　⑵通过试用证明，采用等离子热喷涂技术和钨钴镍硬质合金为H1泵叶轮制做耐气蚀磨损涂层的方法是可行的，在黄河流域有推广价值。
　　⑶叶轮钨钴镍硬质合金涂层经现场初试虽然获得成功，但并不完善，仍需在涂层材料的选用上和涂层制造工艺上下功夫。如在涂层选材上采用金属陶瓷等，在涂层制做工艺上采用等离子喷焊等手段，以增加涂层的厚度和张度，其叶轮的使用寿命将会更加理想。