浅谈耐磨热喷涂技术在轴流泵轴套的试验应用
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摘要：本文主要介绍了耐磨热喷涂技术在轴流泵轴套中的应用，解决了过流部件磨蚀、磨损快、更换快及使用寿命短等实际问题，通过对两种不同工艺抗磨轴套的应用对比，总结了相关工艺流程，取得了良好效果，值得借鉴与推广。
Abstract: This paper mainly introduces the spraying technology application in the axial flow pump bushing wear resistant thermal, solves the flow components abrasion, wear fast, fast replacement and short service life of practical problems, through the application of the comparison of the two different process antiwear sleeve, summarizes the related technological process, and achieved good effect, worthy of reference and promotion.
Keywords: thermal spraying; bushings; application
中图分类号：TU74文献标识码：A 文章编号：2095-2104（2012）
1前言
热喷涂技术作为一种新的表面防护和强化工艺，在近20年得到了迅速发展，已成为金属表面工程领域一个十分活跃的分支。热喷涂技术工艺，设备造价低，操作简便，在机械、水利、冶金等行业中的应用越来越广泛，如电站阀门、磨煤机、泵轮叶片、轧辊等表面需要高耐磨性的材料，以及一些零部件的修复都可采用这种方法。等离子喷涂和超音速喷涂工艺，由于其设备造价高,在工业生产应用中受到一定限制。耐磨轴套安装在抽水泵的转动轴上，作用是保护传递扭矩的动力轴。工作环境要求，本部件不仅承受水中泥砂磨损、卵石冲击，而且承受泥水腐蚀、空泡侵蚀等多种作用。国外发达国家已经将耐磨热喷涂等先进制造技术应用在水利工程的耐磨轴套上，而国内对此技术还大多应用在军工行业，民用生产的同类部件在实际应用中，大都存在着耐磨、耐蚀性能差，使用寿命短等问题。
2耐磨轴套制造工艺
2.1 确定工艺方案
热喷涂(焊)是当今材料防护领域广为应用的一种实用技术,它能够改善材料的物理和化学性能,以提高产品的综合性能。应用氧乙炔火焰喷焊镍基合金Ni60中加WC粉末制备的耐磨涂层,在生产应用中取得了明显的效果。因为热喷涂的结合强度远远大于电镀工艺的结合强度，而且更耐磨，便成了替代轴套表面电镀的新工艺。
2.2 确定工艺路线
钢背材料时效 机加工 热喷焊 精加工产品
a、选用标准冷拉管材作为钢背基材，时效后进行机加工；
b、预加工管料的内外圆及端面，各留一定的精加工余量；
c、对轴套外圆实施热喷焊，单边均匀堆厚1mm左右；
d、进行喷焊后的精加工。
3热喷涂耐磨技术机理
我们对Ni60(WC)镍基合金涂层的显微组织进行了分析研究[1]。将Ni60粉末中加入20%的WC粉末,混合均匀后,用火焰喷涂的方法喷涂在低碳钢基体上,再用火焰进行重熔一次,即得到要求的耐磨涂层。
在喷焊过程中,由于WC的熔点较高,W和C元素扩散距离较短,局部区域内C及合金元素含量较高,在冷却时首先析出先共晶组织，涂层中的其他部分的C含量并不高,并且涂层中含有大量的开启C相区的合金元素Ni,因而组织中也结晶出雏晶奥氏体。在涂层的组织中,初晶奥氏体具有较强的吸收冲击功的能力,共晶组织则起到骨架的作用,增大了材料的强度；而先共晶化合物,硬度较高,作为硬质点则起到质点强化作用。因此,该涂层既有较高的硬度,又有能较多的吸收冲击功,从而有较好的耐磨性。
从实验结果表明,涂层组织中同时存在亚共晶组织、共晶组织和过共晶组织,这三种组织的有机结合,使涂层既有高硬度的硬质点,又有能大量吸收冲击功的奥氏体,从而使涂层具有高耐磨性[2]；涂层与基体的结合界面上无夹杂物、夹渣、气孔等缺陷,并且界面两侧的元素发生了扩散,形成冶金结合,结合良好。
图1 涂层的显微组织 图2 涂层与基体结合区的显微组织
4耐磨轴套的机械加工
热喷涂涂层的镍基金属属于难加工材料，具有较高的宏观硬度，并在组织中存在着碳化物，硬度高，对刀具的红硬性要求极高。耐磨性能太好，对磨削加工的刃具提出更高的要求。轴套的外圆有很高的精度要求，因为涂层硬度HRC60以上，单边厚度1mm以上，无法车削，采用表面磨削工艺，普通砂轮在磨削加工中很快被消耗掉，无法满足加工要求，最后选用了高耐磨性的金刚石砂轮完成了精加工。同时，轴套内孔、长度都有形位公差和尺寸要求，需磨削外圆后精加工，所以在进行机械加工时需要采用冲击韧性好的硬质合金刀具，且切削量和切削速度都不能过高。
5两种抗磨工艺应用试验对比
1998年以前，交口抽渭灌区泵站的水泵轴套均采用国内通用的表面镀铬工艺措施，无法解决水利施工中的磨损、腐蚀快、更换快等实际问题。为了解决轴套等过流部件磨损过快这一问题，2000年交口抽渭管理局与兴平408厂合作，首次采用耐磨热喷涂工艺技术，对灌区田市泵站2台56ZLB-85轴流泵轴套进行热喷涂试验，2010年对轴套进行测量，磨损量仅为0.10mm，磨损速度仅为0.01mm/年，按照磨损程度推算，轴套可继续使用8—10年，由此可见抗磨试验效果比较显著。据交口抽渭灌区田市站抽水站水泵运行检修资料统计：该泵轴套采用传统镀铬工艺，使用寿命仅为4800h（1年）左右，每根轴套成本费4000元，每年需要吊轴更换轴套1-2次，使用周期短和检修强度大；采用热喷涂轴套费用约为25000元，使用寿命约为48000h（10年），不但延长了使用寿命，还降低了劳动强度。采用传统镀铬工艺每年需要更换轴套2次，采用热喷涂工艺使用寿命是采用传统镀铬工艺的10倍，使用期更换轴套需要人工费约18000元、需要购买轴套80000元，两项共需费用98000元。采用热喷涂轴套虽然一次性投资大需25000元，但使用年限长，而且免维护，经测算：采用热喷涂工艺比使用传统工艺节约费用73000元/台。总之，新的制造工艺采用表面强化热喷涂技术后，在轴套使用年限、维护强度、节约费用等方面较传统喷涂工艺优势比较明显。两种工艺运行及维护情况见下表。
6结论及建议
6.1结论
实践证明，该耐磨热喷涂技术不仅保证了长效使用的优点、节约了费用，还大大减轻了劳动强度，减少了检修次数等。
6.2建议
在水利工程中对水泵的叶片(叶轮)、口环、导叶体等金属过流部件或部位，采用热喷涂技术进行表面强化或表面修复，确保水利工程设施功能的正常发挥。
参考文献
[1] 陈炳贻.热喷涂技术的发展[J].材料保护,1994,27(12):19222.
[2] 胡传.热喷涂原理及应用[M].北京:中国科学技术出版社,1994:80285.
申报职称：高 级
姓名：董建波
工作单位：陕西省交口抽渭管理局