摘要:本文對水輪機(jī)密封轉(zhuǎn)動(dòng)支架的密封表面采用了等離子噴涂金屬陶瓷的表面強(qiáng)化處理工藝,提高了密封表面的耐蝕抗磨損能力，延長了水輪機(jī)密封轉(zhuǎn)動(dòng)支架的密封表面的使用壽命，在水輪機(jī)過水表面強(qiáng)化方面進(jìn)行了實(shí)際應(yīng)用方面的有益探討。實(shí)踐證明，該涂層可以提高轉(zhuǎn)動(dòng)支架密封表面的耐磨損能力,改善密封效果、降低維護(hù)費(fèi)用,減少停機(jī)維修時(shí)間。在水電行業(yè)具有應(yīng)用推廣價(jià)值。
　　關(guān)鍵詞；陶瓷涂層，水輪機(jī)，密封，磨損，腐蝕
　　一．前言
　　水輪機(jī)密封轉(zhuǎn)動(dòng)支架上的密封表面與橡膠密封圈組成的摩擦副，其主要作用是封水,因?yàn)榻�水混濁且含有大量泥砂，水的壓力流速均高。與轉(zhuǎn)動(dòng)支架配合的是橡膠密封圈，接觸寬度為90mm，直徑1515mm工作時(shí)的線速度可達(dá)300~400m/min，對密封面沖擊壓力較大，密封表面工作條件惡劣，所以表面磨損嚴(yán)重。
　　轉(zhuǎn)動(dòng)支架通常采用普通鋼材制造，運(yùn)行周期短磨損銹蝕嚴(yán)重，易造成漏水失效。使用周期一般在150天左右.。維修費(fèi)用大、更換麻煩，針對該密封裝置的工作原理分析，工況條件及組合磨損狀況，結(jié)合國內(nèi)外噴涂技術(shù)及現(xiàn)有生產(chǎn)能力及使用情況，決定采用等離子噴涂金屬陶瓷工藝，即在原轉(zhuǎn)動(dòng)支架普通鋼鐵材料工作表面用等離子噴涂工藝制造一層金屬氧化物陶瓷涂層，來解決轉(zhuǎn)動(dòng)支架密封表面的磨損和銹蝕問題，經(jīng)安裝使用達(dá)到了預(yù)期目的，該密封支架的使用效果非常理想。涂層表面硬度高達(dá)900~1100HV，由于涂層表面光滑（表面粗糙度可達(dá)0.8）減小了磨擦系數(shù)，降低了運(yùn)行阻力，密封效果非常好，檢修期由原來地150天延長至兩年以上。提高使用壽命5倍（目前使用良好），縮短了檢修及維護(hù)的周期降低了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，保證了水輪機(jī)的連續(xù)安全運(yùn)轉(zhuǎn)，取得很好的經(jīng)濟(jì)效益。
　　二.轉(zhuǎn)動(dòng)支架的結(jié)構(gòu)與工況如圖
　　                                
　　密封表面與充氣密封膠圈接觸，軸徑密封表面線速度300~400m/min，作用封水，由于密封表面是與橡膠及水相接觸，因此要求具有耐磨防銹蝕功能。
　　三．涂層材料的選擇
　　針對該工況為大幅降低磨擦系數(shù)，提高抗磨損能力，及防銹的要求。選擇了抗磨損/耐腐蝕性好且摩擦系數(shù)低的陶瓷涂層作為工作層.
　　陶瓷涂層是金屬元素和非金屬元素組成的化合物，由其制成的涂層具有高熔點(diǎn)、高硬度、化學(xué)穩(wěn)定性好、耐腐蝕磨損系數(shù)低等特性，
　　
　　工況參數(shù)

                                 
　　根據(jù)JB/T7703-95標(biāo)準(zhǔn)，選用耐磨性好，摩擦系數(shù)低且耐腐蝕性能優(yōu)異的P7411金屬陶瓷材料及相應(yīng)的打底材料Ni/Ａl復(fù)合粉。
　　厚度0.4mm---75r/min(354m/min)
　　
　　四．噴涂工藝及設(shè)備
　　等離子噴涂是目前金屬陶瓷涂層制備的最佳工藝，其焰流溫度可達(dá)（10000℃），可以將陶瓷的優(yōu)異性能完全的復(fù)制到耐磨表面上。根據(jù)等離子噴涂及工件的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)制定噴涂方案及工藝路線。
　　涂層結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)示意圖
　　                                         
　　欲涂表面加工至如圖二尺寸，由于工件為4瓣組成，因此將涂層設(shè)計(jì)為封閉結(jié)構(gòu)的4部分。其做法為合體后用立車加工而后將工件分瓣，在每瓣合縫處用氬弧焊封焊一道厚度大于1mm，寬度大于4mm的不銹鋼材料。注意在焊接時(shí)要保護(hù)好合縫面不受損壞,從而保證轉(zhuǎn)動(dòng)支架合縫后的整體形狀精度。而后采用噴砂的方法處理欲噴涂表面，使欲噴涂表面粗糙度達(dá)到Sa2.5級后立即將各瓣組合成一體上立車校形后進(jìn)行噴涂。
　　該涂層設(shè)計(jì)厚度為0.3~0.5mm，其中打底過渡層的厚度為0.08~0.12mm（Ni/Ａl），由于陶瓷與基材間的膨脹系數(shù)相差較大且陶瓷與基體結(jié)合力不好，因此采用噴過渡層的方法來減小基體與陶瓷涂層之間的膨脹系數(shù)差別數(shù)量，改善金屬陶瓷與基體間的結(jié)合強(qiáng)度。
　　等離子噴涂的工作原理是將開放電弧進(jìn)行機(jī)械壓縮，使得噴槍嘴單位面積上的能量密度增大，其壓縮后的電弧中心溫度可高達(dá)10000℃，利用該溫度將金屬陶瓷粉末加熱到半融化狀態(tài)，同時(shí)利用焰流的高速使半熔化狀態(tài)的金屬陶瓷粒子以較高的速度沖擊向工件表面，堆積形成具有耐磨/耐蝕的特殊功能性涂層。
　　等離子噴涂的主要工藝參數(shù)。

                                  
　　噴涂后采用磨削的方法處理噴涂表面，以達(dá)到圖紙?jiān)O(shè)計(jì)的尺寸和粗糙度的要求，因?yàn)橥繉虞^硬故須采用金剛石砂輪磨削。涂層表面在磨削過程中一般情況下沒有火花出現(xiàn)，故在磨削時(shí)要十分小心，進(jìn)給的位置及進(jìn)給量要嚴(yán)格按照涂層磨削工藝文件規(guī)定的參數(shù)執(zhí)行，同時(shí)在磨削過程中要給予充分的液體冷卻，防止涂層由于過熱而受力脫落失效。
　　經(jīng)過多次反復(fù)試驗(yàn)，終于在普通鋼材表面上采用等離子噴涂金屬氧化物陶瓷涂層的水輪機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)密封支架試制成功。經(jīng)裝機(jī)試驗(yàn)表明，該裝置運(yùn)行平穩(wěn)，轉(zhuǎn)動(dòng)輕快，封水嚴(yán)密溫升小阻力明顯降低，經(jīng)一個(gè)周期檢測表明--金屬氧化物陶瓷涂層表面完好無損，運(yùn)行密封安全可靠，受到用戶好評，目前該支架已運(yùn)行2年仍完好無損，其使用壽命成倍提高且減少停機(jī)換膠圈的麻煩。其經(jīng)濟(jì)效益十分可觀。
　　五．結(jié)論
　　1. 采用等離子噴涂工藝在普通金屬基體表面上噴涂金屬氧化物陶瓷涂層，獲得了具有硬度高，耐磨損、耐腐蝕、磨擦系數(shù)低的特殊工作表面且涂層與基體有著良好的結(jié)合強(qiáng)度，生產(chǎn)運(yùn)行安全可靠。
　　2. 該涂層有機(jī)地將金屬材料的強(qiáng)韌性、可加工性等和陶瓷涂層的高硬度、高耐磨性、磨擦系數(shù)小等特點(diǎn)結(jié)合起來，充分發(fā)揮了兩類材料的綜合優(yōu)勢，同時(shí)滿足了產(chǎn)品對結(jié)構(gòu)性能和表面性能的苛刻需求，使金屬陶瓷涂層與轉(zhuǎn)動(dòng)支架完美的結(jié)合到了一起，經(jīng)使用證明該工藝技術(shù)是先進(jìn)并合理的，應(yīng)用是成功的。為該技術(shù)在水電行業(yè)的推廣應(yīng)用展示出了美好的前景.