摘要:本文對水輪機密封轉動支架的密封表面采用了等離子噴涂金屬陶瓷的表面強化處理工藝,提高了密封表面的耐蝕抗磨損能力，延長了水輪機密封轉動支架的密封表面的使用壽命，在水輪機過水表面強化方面進行了實際應用方面的有益探討。實踐證明，該涂層可以提高轉動支架密封表面的耐磨損能力,改善密封效果、降低維護費用,減少停機維修時間。在水電行業具有應用推廣價值。
　　關鍵詞；陶瓷涂層，水輪機，密封，磨損，腐蝕
　　一．前言
　　水輪機密封轉動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,因為江水混濁且含有大量泥砂，水的壓力流速均高。與轉動支架配合的是橡膠密封圈，接觸寬度為90mm，直徑1515mm工作時的線速度可達300~400m/min，對密封面沖擊壓力較大，密封表面工作條件惡劣，所以表面磨損嚴重。
　　轉動支架通常采用普通鋼材制造，運行周期短磨損銹蝕嚴重，易造成漏水失效。使用周期一般在150天左右.。維修費用大、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，結合國內外噴涂技術及現有生產能力及使用情況，決定采用等離子噴涂金屬陶瓷工藝，即在原轉動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，來解決轉動支架密封表面的磨損和銹蝕問題，經安裝使用達到了預期目的，該密封支架的使用效果非常理想。涂層表面硬度高達900~1100HV，由于涂層表面光滑（表面粗糙度可達0.8）減小了磨擦系數，降低了運行阻力，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），縮短了檢修及維護的周期降低了工人的勞動強度，保證了水輪機的連續安全運轉，取得很好的經濟效益。
　　二.轉動支架的結構與工況如圖
　　                                
　　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，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、高硬度、化學穩定性好、耐腐蝕磨損系數低等特性，
　　
　　工況參數

                                 
　　根據JB/T7703-95標準，選用耐磨性好，摩擦系數低且耐腐蝕性能優異的P7411金屬陶瓷材料及相應的打底材料Ni/Ａl復合粉。
　　厚度0.4mm---75r/min(354m/min)
　　
　　四．噴涂工藝及設備
　　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（10000℃），可以將陶瓷的優異性能完全的復制到耐磨表面上。根據等離子噴涂及工件的結構特點制定噴涂方案及工藝路線。
　　涂層結構基礎示意圖
　　                                         
　　欲涂表面加工至如圖二尺寸，由于工件為4瓣組成，因此將涂層設計為封閉結構的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。注意在焊接時要保護好合縫面不受損壞,從而保證轉動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到Sa2.5級后立即將各瓣組合成一體上立車校形后進行噴涂。
　　該涂層設計厚度為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相差較大且陶瓷與基體結合力不好，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差別數量，改善金屬陶瓷與基體間的結合強度。
　　等離子噴涂的工作原理是將開放電弧進行機械壓縮，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10000℃，利用該溫度將金屬陶瓷粉末加熱到半融化狀態，同時利用焰流的高速使半熔化狀態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。

                                  
　　噴涂后采用磨削的方法處理噴涂表面，以達到圖紙設計的尺寸和粗糙度的要求，因為涂層較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，故在磨削時要十分小心，進給的位置及進給量要嚴格按照涂層磨削工藝文件規定的參數執行，同時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。
　　經過多次反復試驗，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轉動密封支架試制成功。經裝機試驗表明，該裝置運行平穩，轉動輕快，封水嚴密溫升小阻力明顯降低，經一個周期檢測表明--金屬氧化物陶瓷涂層表面完好無損，運行密封安全可靠，受到用戶好評，目前該支架已運行2年仍完好無損，其使用壽命成倍提高且減少停機換膠圈的麻煩。其經濟效益十分可觀。
　　五．結論
　　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、磨擦系數低的特殊工作表面且涂層與基體有著良好的結合強度，生產運行安全可靠。
　　2. 該涂層有機地將金屬材料的強韌性、可加工性等和陶瓷涂層的高硬度、高耐磨性、磨擦系數小等特點結合起來，充分發揮了兩類材料的綜合優勢，同時滿足了產品對結構性能和表面性能的苛刻需求，使金屬陶瓷涂層與轉動支架完美的結合到了一起，經使用證明該工藝技術是先進并合理的，應用是成功的。為該技術在水電行業的推廣應用展示出了美好的前景.