磨損是機械零件失效的主要三種形式(磨損、腐蝕、斷裂)之一,統(tǒng)計資料顯示,全球消費能源的30%-40%損失在摩擦磨損上,提高材料耐磨性能是有效解決問題的途徑之一,提高材料耐磨性能的最主要方法就是在磨損機件表面制備耐磨涂層。
本文著重分析抵抗氣蝕磨損合沖蝕磨損的耐磨涂層。
氣蝕磨損是由于流體在與零件作相對高速運動時產生氣泡,氣泡在破滅瞬間產生極大的沖擊力,這種現(xiàn)象反復作用,使機件表面產生疲勞破壞出現(xiàn)麻點,并擴展為泡沫狀空穴。如水輪機、水泵機件等。
沖蝕磨損是由夾帶硬質顆粒的流體以一定速度沖擊切削刮擦機件表面引起的磨損。如各種沙泵、渣漿泵、水輪機、管道輸送構件等
涂層耐磨性是指涂層表面抵抗某種機械作用的能力,與涂層的硬度、附著力、柔韌性等物理性能密切相關。
一般來說涂層硬度越高耐磨性越好,但硬度和耐磨性并非完全正比關系,軟涂層能減小摩擦,軟機體上的硬涂層能防止微觀犁削和宏觀犁削的發(fā)生。為使涂層在同等磨損條件下具有更長的壽命,一般可以增加涂層的厚度來提高壽命,但以氣蝕和沖蝕磨損而言,涂層與基材的界面在外部載荷的作用下會產生很大的界面應力,可以導致涂層產生裂紋或剝落,因此涂層并不是越厚越好。
襄樊市聯(lián)基膠粘劑廠認為顆粒級配對涂層耐磨性有較大的影響,只有選取可以使涂層原料達到緊密的堆積級配,才能獲取高質量的涂層。以為單一粒徑的顆粒形成的涂層,其顆粒間存在的空隙較多。當涂層中加入不同粒徑的顆粒時,大顆粒作為涂層的內部骨架,保持涂層的形狀;小顆粒填充到大顆粒空隙內形成緊密堆積,使得涂層內部缺陷減小。
襄樊市聯(lián)基膠粘劑廠試驗所得球形顆粒的耐磨性能優(yōu)于片狀和不規(guī)則立體形狀顆粒的耐磨性,尤其是球徑小的顆粒與基料更易形成致密的涂層。因為球形顆粒的粒徑越小,表面積越大,與基料結合得更牢固。
粘接基料的作用是使顆粒骨料與金屬基材在界面處通過相互擴散而聯(lián)結起來,它對涂層有著決定性的影響,因此必須選擇粘接性好的基料,并同時具有耐磨性。此外骨料與基料之間存在一最優(yōu)配比,當涂層中的顆粒骨料較少時,顆粒骨料周圍有較多的基料,由于磨粒的硬度大于基料的硬度,涂層的磨損主要發(fā)生在基料上,涂層磨損較大。隨顆粒骨料的增加,涂層內部的缺陷大大減小,涂層的硬度提高,磨損主要發(fā)生在顆粒骨料上。當顆粒骨料加入量過多,基料對顆粒骨料的粘接強度下降,從而使顆粒骨料在磨損時容易脫落。
目前國內市場上常用的陶瓷耐磨涂料就是一種簡單的耐磨涂層,它通過采用無定向鋼纖維合定向網狀措施,在金屬基材和定向鋼構件或龜甲網上形成10mm-30mm的耐磨涂層,有效的增加了材料本身的強度和韌性,可以抵御物料的高速沖擊力和剪切應力造成的破損和剝落。在電力、水泥、礦山等行業(yè)得到了推廣應用。以物流輸送行業(yè)為例,不管是制粉系統(tǒng)、除塵排灰系統(tǒng)、輸煤熟料系統(tǒng),煙道系統(tǒng),還是在水泥行業(yè)生料、熟料、粉磨粘系統(tǒng),有諸多設備和管道內部長期受到物料或高濃度含塵氣體的沖刷。詳如:各種運輸機料斗,立磨選粉機出口,磨機出口風管,選粉機與球磨機溜槽、下料斗,各種閥門內腔,閘板,輸送管道及彎頭等。
粉料在立磨、選粉機及管道中輸送時,由于受到高速氣流帶動,粉料和襯里涂層間產生強烈的摩擦,內襯涂層收到長時間的沖擊和沖刷,會不斷降低內襯涂層厚度,從而導致使用壽命縮短。因此要求涂層材料有較高的機械強度和抗沖擊能力。目前國內只有少數(shù)廠家的陶瓷耐磨涂料可以達到這樣的水平,絕大部分生產廠家都是由耐火材料行業(yè)改行而來,產品也是耐火澆注料稍加改進而成,自身沒有核心技術,產品在實際使用過程普遍存在開裂脫落現(xiàn)象,搞得很多工程甲方進退兩難,甚至有的甲方已對此項技術失去信心。