[科普中国]-喷涂风机

喷涂风机即将喷涂技术应用于风机叶片。增压轴流式风机叶轮在工作中受到煤粉等的冲磨和烟气等的侵蚀，容易发生磨蚀。为延长叶轮寿命，通过电弧喷涂的方法在叶片的工作面上形成特殊材料的喷涂层，使叶轮表面具有耐磨、耐蚀等性能。

简介增压轴流式风机是发电厂锅炉烟道中起排烟作用的钢结构件，其工作条件长期处于煤粉、硫等杂质恶劣环境中，并受烟气等有害物质的侵蚀，经煤粉、烟尘、泥沙和漂浮物等的冲磨，容易发生磨蚀。电弧喷涂是热喷涂技术的一个重要分支，在制备防腐蚀涂层、耐磨损涂层、耐高温抗氧化涂层等方面具有独特的优越性，并且具有能源消耗低、生产效率高、涂层结合强度高和生产成本低等特点。为延长叶轮寿命，减少维修次数，通过电弧喷涂防磨、防腐处理，也就是将熔融状态的喷涂材料，通过高速气流使其雾化并喷射在叶片的工作面上，形成特殊材料的喷涂层，使叶轮表面具有耐磨、耐蚀、耐热和抗氧化等优良性能，并且母材受热程度较低。母材受热较少，并且可以控制，因此热喷涂过程不改变母材的金属组织，避免了由于受热而产生的叶轮变形及其他损伤。1

涂层的形成过程利用燃烧于两根连续送进的被喷涂金属线材之间的电弧作为热源来使金属线材熔化，用高速气流把熔化的金属雾化成微粒，并使雾化金属粒子加速，雾化粒子射流高速沉积到叶片表面形成涂层。首先是喷涂材料被加热熔化阶段，接着是熔滴雾化阶段，然后是熔化或软化的颗粒向前喷射进入飞行阶段。在飞行过程中，颗粒先是被加速，而后随着飞行距离的增加而减速，当这些具有一定温度和速度的颗粒接触叶片表面时，便以一定的动能冲击叶片表面，产生强烈的碰撞，即喷敷阶段。在产生碰撞瞬间，颗粒的动能转化成热能传给叶片，并沿凹凸不平的表面产生变形，变形的颗粒迅速冷凝并产生收缩，呈扁平黏结在叶片表面。喷涂的粒子束接连不断地冲击叶片表面，产生碰撞－变形－冷凝收缩的过程，变形颗粒与叶片表面之间，以及颗粒与颗粒之间互相交错地黏结在一起，从而形成涂层。由于喷涂材料粒子的撞击以及冷却时的收缩，便造成了喷涂层的内应力。由于喷涂材料与周围空气相互作用，而被氧化或氮化，所以涂层中含有氧化物和氮化物。喷涂粒子的堆叠方式便形成了涂层中各种封闭的、穿透的或表面的孔隙。1

涂层结合形式喷涂层与叶片表面的结合方式主要是机械结合，即撞成扁平状并随叶片表面起伏的颗粒，由于和凹凸不平的表面互相嵌合，便形成机械结合。当高温高速的金属喷涂粒子与洁净的金属叶片表面紧密接触，其距离达到晶格常数的范围以内时，便会产生金属键结合方式。喷涂放热型复合材料时在喷涂层与叶片表面之间的界面上，有可能在微观局部范围内形成 “微焊接”的结合方式。1

喷涂工艺（1）喷涂材料及设备

被喷涂叶轮叶片是 Q345钢，采用喷涂硬度较高的4Cr13喷焊丝，叶片面形成1 ～ 2mm 厚，硬度较高的耐磨、耐腐的防磨层，并且4Cr13焊丝与叶片结合力强，喷涂面平展、粒子细，具有外形美观、成形快等优点。喷涂设备有电弧喷涂枪，具有平特性或略带上升外特性的直流电源、送丝机、空气压缩机、空气滤清器、储气罐和减压器等。

（2）表面预处理

电弧喷涂工艺中表面预处理是一项非常重要的工作，包括表面清洗、表面预加工和表面粗糙化等。

表面清洗：喷涂前应先去除叶片表面的氧化皮及油污，直到露出清洁光亮的金属表面为止。如有飞溅液和油污时，用氢氧化钠、热碱等冲洗，然后用清水或有机溶剂进行冲洗。进行以上处理后，还应将叶片加热到100～260℃，使油脂渗出表面，利用火焰烘烤油脂将其除去。加热温度及保温时间可以根据具体情况而定，直到叶片在加热时不冒青烟为止。

表面预加工：利用磨削除去叶轮制作焊接时产生的飞溅，修正不均匀表面，保证叶片边角的平滑过渡，以防在边角处由于较大的内应力而使喷涂层剥离。

表面粗糙化：采用喷砂方法，选用的喷砂材料为金钢砂，粒径在2.0～4.0mm，粒度1mm左右。用于喷砂的空气为无水、无油的洁净压缩空气，空气压力为0.5～0.7MPa，流量为1.6～2.0m3/ min；喷砂前应将叶片温度提高到 100℃ 左右，喷砂后叶片表面粗糙度值 Ra=3.2～12.5μm。通常用肉眼观察判断喷砂结果，即在较强光线下，从各角度观察砂面均无反射亮斑时，认为合格。喷砂后用压缩空气或干净毛毡将粘在叶片表面的碎砂粒吹净，为防止污染及氧化，应尽快进行喷涂，喷砂与喷涂时间的间隔一般应小于 6h。

（3）喷涂工艺及操作方法

喷涂结合底层：用镍包铝向叶片打底，这种方法可以提高工作层与叶片之间的结合强度，叶片较薄的地方特别适用这种法。

喷涂工作层：风机叶轮叶片工作层的厚度一般较大，应采取逐次加厚的方法进行喷涂，每次喷涂的厚度应≤0.15mm，工作层的厚度一般≤1～2mm，喷枪与叶片距离150～200mm。喷涂操作时，喷涂射流的轴线与被喷涂叶片表面的夹角应>45°，因为小角度喷涂时，喷涂粒子与叶片表面结合不良，喷涂结合强度低。在喷涂叶片过程中，叶片的温度应当