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、陰極保護等[1]。由于離心式風機葉輪表面工作環境特殊，因此決定采用熱噴涂技術。熱噴涂技術可快速、有效地使優良涂料在大面積的基體上沉積。由于其具有較好的致密性，與母材有較高的結合強度且工藝簡單高效，已經廣泛應用在能源、化工、航天以及軍工等領域[2]。

在此次噴涂過程中采用新型噴涂工藝超音速電弧噴涂對葉輪表面進行噴涂處理，其噴涂效果好，涂層的結合度、密度、硬度以及氧化物質量分數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、導電塊、導電嘴、空氣噴嘴、壓縮空氣、工件和涂層構成。工藝流程如圖2所示[4]。其中噴砂是不可少缺的前預處理手段，即用一定粒度的砂粒借助壓縮空氣所賦予的動力，沖擊預處理工件的表面，使其達到要求的清潔度和粗糙度的表面處理工藝。噴砂材料選用質堅有棱角的砂料，莫氏硬度為7.3 以上，粒度為2.0～3.3 mm。使用前應經篩選，砂內黏土及1.0 mm 以下細粉含量不應大于5%，不得含有油污；含水量不應大于1%，防止受潮、雨淋或混入雜質。將涂層構件加熱到一定溫度后，然后急速冷卻。重復以上過程可以使涂層脫落，在噴涂過程中要避免為了達到相應的結合強度，以及避免改變母材的性能，此過程不能持續太久，循環次數應保持在10 次以內。

圖1 工藝原理示意圖

圖2 噴涂工藝流程圖

1 熱噴涂過程

某污泥干化車間中2 臺離心式廢棄處理風機主要用于抽吸污泥干化車間內部環境，保持車間處于負壓環境，減少異味氣體擴散到周圍環境中，實現污泥無害化處。

2019 年4 月23 日分布式控制系統（DCS）顯示，2#風機的前后軸震動加劇，峰值甚至達到了6.9 mm/s，軸溫逼近71.63 ℃，其當時的監測數據如圖3 及圖4所示。如表1 所示，風機數據已經超過了大型離心式風機良好運行的范圍2.8 mm/s和公司要求的4.5 mm/s。值長下令停機，切換至1#風機。

圖4 噴涂后2#離心風機的監測數據

表1 軸流式或離心式風機震動標準

對2#風機進行了拆卸后發現，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則的、非線性的。正是因為這些局部腐蝕、磨損以及保護層的脫落，造成了設備局部不平衡，逐漸發展并致使葉輪整體平衡失效。為了避免潛在的危險以及日后出現類似的情況，噴涂工藝必須滿足相應的要求。葉輪表面經過前期吹掃、噴砂預處理后，在6 h 內進行了噴涂。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表面進行清除后實施噴涂。在實際噴涂過程中采用超音速電弧噴涂，噴涂時受熱面的最高表面溫升不應大于100 ℃，噴涂不會改變葉輪材料性能，可以反復多次實施超音速電弧噴涂。噴涂材料選用SR-M1（用于抗磨），SR-F1(用于抗腐蝕)。噴涂結束且指標合格后，還需要再次對動平衡進行校準。

2 效果檢驗

在噴涂過程中嚴格控制工況，除銹銹等級達到白級（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。所獲涂層質量需達到如下指標：涂層總厚度為0.6～0.8 mm，局部位置厚度可達1.0 mm 以上（涂層過渡區除外）；涂層孔隙率不大于15%；涂層硬度不低于HRC 50；涂層的結合強度不低于35 MPa。若涂層的結合強度太差，則在發生沖擊時，涂層與母材結合處會成為應力集中點，加劇基涂層脫層。而沖擊是一個瞬時的能量施加過程，界面層很薄。若結合強度高，材料受沖擊時分子鏈段運動能力弱或者是次級松弛無法快速響應則表現為脆性；反之，結合弱，則會有一定的緩沖；當結合強度高于35 MPa 時，葉輪表面的涂層會具有較好的附著力。

基于DCS 數據對噴涂后的效果進行了驗證。從2019 年5 月開始到2019 年6 月，2#離心式廢氣處理風機軸溫顯示出平穩的運行曲線，風機震動整體運行良好，震動幅度≤2.8 mm/s。個別點震動達到了優秀的標準，震動幅度≤1.5 mm/s。

3 結論

（1）通過拆卸震動異常的離心式風機發現，局部銹蝕、磨損以及保護層脫落是造成大型離心式風機的動平衡失效主要原因。

（2）采用超音速電弧噴涂，嚴格把控噴涂過程和篩選涂層材料，也可以通過修復大型葉輪局部腐蝕和磨損，使軸震動達到優秀的標準。

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