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          淄博瀚聲金屬表面工程有限公司
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          耐磨陶瓷涂層在化工泵中的應用

           
          1、往復泵柱塞噴涂陶瓷涂層
           往復泵是化工部門廣泛應用的一種機械,它是通過柱塞的往復運動來輸送化工液體介質的。通過改變柱塞每次行程的位移量(稱沖程)或改變柱塞的行程速度(程沖次),可達到輸送液體化工介質的目的。能準確控制兩種以上液體的配比或混合比輸送的往復泵,是往復泵的特殊形式,稱為計量泵。它是實現化工生產液體加料控制的“一桿秤”,對于保證化工、醫藥、化肥等產品生產、電站鍋爐加藥泵等的順利運行起著重要的“把關”作用 。例如,一套30萬噸化肥的生產設備中,就需要300多臺計量泵。
           高壓往復泵和高壓計量泵的柱塞,其工況條件十分復雜,使用條件千差萬別。其使用壽命與所輸送的化學液體介質的成分、濃度、酸堿度(PH值)、溫度、壓力、流量、流速、沖程、沖次、運行狀態、對偶摩擦副材料的性能等諸多因素有關,還與裝配精度、同心度等條件有關。由于柱塞表面與密封填料的摩擦磨損,特別是當介質的腐蝕性大,產生腐蝕產物形成腐蝕磨損時,使其壽命短,容易產生泄漏而停機維修。傳統的鍍鉻柱塞或熱處理淬火的柱塞,壽命短的只能使用一個月左右,成為柱塞式往復計量泵的關鍵易損部件。
           采用等離子噴涂工藝,可在碳鋼、低合金鋼、不銹鋼、鈦合金等柱塞基體上,噴涂耐蝕耐磨陶瓷涂層,經磨削加工,制成陶瓷涂覆的新型柱塞,它具有如下特點。
          ①          具有復合材料結構 : 能把金屬及合金材料的強韌性和陶瓷材料的高耐磨、耐蝕性有機地結合起來。
          ②          容易選擇和調整陶瓷涂層材料 : 根據輸送化工溶液的成分、濃度、酸堿度、溫度等的不同,可以容易的選擇耐蝕、耐麼性能優異的陶瓷涂層材料。
          ③          能耗小 : 陶瓷涂層具有摩擦系數小,不會發生粘著的特點,因而可以減少摩擦功耗,能耗小。
          ④          對填料函或對偶件的磨損小、維修少。
          ⑤          使用壽命長 , 對比鍍鉻柱塞的壽命提高3~6倍。
          ⑥          減少污染  取代鍍鉻,可以從根本上解決鍍鉻帶來的環境污染問題。
          圖9-19示出了噴涂陶瓷涂層的柱塞。
          圖9-19  噴涂陶瓷涂層的柱塞
          表9-3列出了噴涂陶瓷涂層柱塞的主要技術指標及使用壽命對比。
                   9-3    噴涂陶瓷涂層柱塞的主要技術指標及使用壽命對比
                    主 要 技 術 指 標
               使用壽命對比/h
          涂層厚度/mm
          涂層硬度
          (HV100)
          結合強度/MPa
          磨削精度
          磨后粗糙度Ra/µm
          摩擦系數    ∫
          耐蝕性
          液胺泵
          胺泵
          鍍鉻
          噴陶瓷
          鍍鉻
          噴陶瓷
          0.3
          800~1200
          >15
          6級
          <0.63
          0.05~0.11
          優異
          600~800
          >5600
          300~500
          2800
          往復泵、計量泵廣泛應用于石油、化工、化纖、醫藥、食品、冶金、電力、艦船等部門。采用陶瓷涂覆柱塞取代傳統的鍍鉻柱塞,效益顯著,大有作為。
           
          2、機械密封動環 
            機械密封(亦稱端面密封),是輸送各類液體介質用旋轉機械的先進動密封部件。它通常由機械密封動環和靜環組成一對旋轉摩擦副。靜環常用磨擦系數小、化學性能十分穩定的填充石墨制造;而動環在傳統上則是采用手工堆焊CoCrw硬質合金或鑲嵌硬質合金環的方法制造。在使用過程中,動環相對于靜環做高速旋轉,并利用彈簧的壓力使動環和靜環密封面緊密配合,以防止被輸送的液體介質泄露。
           因此,輸送腐蝕性液體介質的端面密封涂層必須具有高硬度、耐摩擦磨損、耐腐蝕、摩擦系數小、對靜環的摩擦力小、摩損少等特點。等離子噴涂或火焰噴涂陶瓷涂層的機械密封動環具有均勻的微細顆粒組織,涂層致密,氣孔率低,涂層與基體的結合強度和涂層自身的結合強度良好,能夠磨削并研磨至鏡面粗糙度(Ra0.05~0.03µm)。試驗結果表明,等離子噴涂陶瓷涂層的機械密封動環與石墨密封靜環組成的摩擦副在旋轉摩擦過程中表現出特有的自密封能力,在它們的表面牢牢地粘附著一層石墨薄膜,起減摩自潤滑作用;有改善了表面粗糙度,填充了涂層空隙,因而顯示出優異的耐腐蝕磨損性能。
          圖9-20 示出了噴涂陶瓷涂層的離心泵用機械密封動環。
          圖9-20   噴涂陶瓷涂層的離心泵用機械密封動環
          表9-4列出了噴涂Al2O3+13%TiO2 陶瓷涂層的機械密封動環、堆焊CoCrW硬質合金動環與石墨靜環在兩種典型化工溶液中使用的現場裝機試驗結果。由表可知,噴涂陶瓷涂層的機械密封動環的使用壽命比原用手工堆焊CoCrW硬質合金動環提高3倍左右。
          表9-4   噴涂陶瓷涂層與堆焊硬質合金機械密封動環的現場裝機試驗結果
          密封環材料
          工作介質
          溫度℃
          壓力/MPa
          累計運行時間/h
          磨損量/mm
          動環涂層
          靜環
          進口
          出口
          端面
          動環
          靜環
          Al2O3+13%TiO2
           
          CoCrW(堆焊)
          石墨
          (M106K)
          石墨
          (M106K)
          60%HAC+40%
          醋酸乙烯
          60%HAC+40%
          醋酸乙烯
          97
           
          97
          0.02
           
          0.02
          0.45
           
          0.45
          0.3~0.6
          0.3~0.6
          5040
           
          1728
          0.04
           
          0.80
          1.15
           
          1.5
          Al2O3+13%TiO2
           
          CoCrW(堆焊)
           
          石墨
          (M106K)
          石墨
          (M106K)
          醋酸醛化液
           
          醋酸醛化液
           
          30~40
          30~40
          0.015
           
          0.015
          0.32
           
          0.32
          0.3~0.6
          0.3~0.6
          8832
           
          2400
          0.02
           
          0.24
          0.2
           
          1.93
             
              采用熱噴涂工藝制造機械密封動環還特別適合噴涂大型、異形和非標準密封件的單件或小批量生產。特別是噴涂Ф1000mm以上的特大型機械密封動環,比鑲嵌硬質合金環的綜合效益突出得多。
              噴涂陶瓷涂層的機械密封環,廣泛的適用于化肥、化纖、石化、冶金、醫藥、食品、航船、機械等行業的液體輸送旋轉機械的旋轉軸與旋轉平面的密封,如各類離心泵、反應釜、壓縮機、透平機、工程機械、裝甲車及潛艇等用的旋轉機械動密封,對降低甚至消除化工液體介質的“跑、冒、滴、漏”,確保安全生產,提高生產效率,減少維修等,有重要作用。
            3、軸密封用軸套
              軸套和葉輪、機械密封件合稱為化工用離心式輸液泵的三大基礎條件。軸套的作用一是保護泵的主軸免受或減小腐蝕、磨損;二是與填料墊圈緊密接觸,形成環形徑向密封面,防止化工介質徑向泄露。
              軸套隨泵軸高速旋轉過程中,其與密封圈(如聚四氟乙烯、石棉等)緊密接觸的部位遭受摩擦磨損,并受到所輸送化工介質的腐蝕,尤其是當化工介質中含有結晶顆粒(如化肥)時,就對密封面形成含磨料的腐蝕磨損。為了耐化工介質腐蝕,軸套材料往往選用耐蝕不銹鋼、耐蝕合金、Ti合金等制造,這些材料往往耐磨性特別是耐磨料磨損腐蝕的性能差,導致軸套表面產生磨痕甚至溝槽,過早使密封失效,產生“跑、冒、滴、漏”,而不得不停機維修、更換。
           軸套是比較簡單的旋轉軸類零件,根據不同的工況和技術要求,容易選擇適宜的具有優異耐磨耐蝕性能的陶瓷或金屬陶瓷涂層材料進行噴涂。超音速火焰噴涂、等離子噴涂、爆炸噴涂、絲材電弧噴涂、粉末火焰噴涂工藝都可以選用,材料和工藝適用性很廣。也可以采用火焰噴焊、感應重熔工藝噴焊鎳基自熔性合金焊層。采用熱噴涂工藝,即可在新品軸套表面制備高耐磨耐蝕預保護涂層,有益于對舊件進行修復。能夠提高使用壽命5~10倍以上,是行之有效的基礎零部件的表面強化技術。                                      
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