磨損是機(jī)械零件失效的主要三種形式(磨損、腐蝕、斷裂)之一,統(tǒng)計(jì)資料顯示,全球消費(fèi)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(wèn)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(jī)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(duì)高速運(yùn)動(dòng)時(shí)產(chǎn)生氣泡,氣泡在破滅瞬間產(chǎn)生極大的沖擊力,這種現(xiàn)象反復(fù)作用,使機(jī)件表面產(chǎn)生疲勞破壞出現(xiàn)麻點(diǎn),并擴(kuò)展為泡沫狀空穴。如水輪機(jī)、水泵機(jī)件等。
沖蝕磨損是由夾帶硬質(zhì)顆粒的流體以一定速度沖擊切削刮擦機(jī)件表面引起的磨損。如各種沙泵、渣漿泵、水輪機(jī)、管道輸送構(gòu)件等
涂層耐磨性是指涂層表面抵抗某種機(jī)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(guān)。
一般來(lái)說(shuō)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(guān)系,軟涂層能減小摩擦,軟機(jī)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(zhǎng)的壽命,一般可以增加涂層的厚度來(lái)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(huì)產(chǎn)生很大的界面應(yīng)力,可以導(dǎo)致涂層產(chǎn)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(rèn)為顆粒級(jí)配對(duì)涂層耐磨性有較大的影響,只有選取可以使涂層原料達(dá)到緊密的堆積級(jí)配,才能獲取高質(zhì)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(dāng)涂層中加入不同粒徑的顆粒時(shí),大顆粒作為涂層的內(nèi)部骨架,保持涂層的形狀;小顆粒填充到大顆粒空隙內(nèi)形成緊密堆積,使得涂層內(nèi)部缺陷減小。
襄樊市聯(lián)基膠粘劑廠試驗(yàn)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?yàn)榍蛐晤w粒的粒徑越小,表面積越大,與基料結(jié)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(guò)相互擴(kuò)散而聯(lián)結(jié)起來(lái),它對(duì)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(shí)具有耐磨性。此外骨料與基料之間存在一最優(yōu)配比,當(dāng)涂層中的顆粒骨料較少時(shí),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(nèi)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(dāng)顆粒骨料加入量過(guò)多,基料對(duì)顆粒骨料的粘接強(qiáng)度下降,從而使顆粒骨料在磨損時(shí)容易脫落。
目前國(guó)內(nèi)市場(chǎng)上常用的陶瓷耐磨涂料就是一種簡(jiǎn)單的耐磨涂層,它通過(guò)采用無(wú)定向鋼纖維合定向網(wǎng)狀措施,在金屬基材和定向鋼構(gòu)件或龜甲網(wǎng)上形成10mm-30mm的耐磨涂層,有效的增加了材料本身的強(qiáng)度和韌性,可以抵御物料的高速?zèng)_擊力和剪切應(yīng)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(yīng)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(shè)備和管道內(nèi)部長(zhǎng)期受到物料或高濃度含塵氣體的沖刷。詳如:各種運(yùn)輸機(jī)料斗,立磨選粉機(jī)出口,磨機(jī)出口風(fēng)管,選粉機(jī)與球磨機(jī)溜槽、下料斗,各種閥門內(nèi)腔,閘板,輸送管道及彎頭等。
粉料在立磨、選粉機(jī)及管道中輸送時(shí),由于受到高速氣流帶動(dòng),粉料和襯里涂層間產(chǎn)生強(qiáng)烈的摩擦,內(nèi)襯涂層收到長(zhǎng)時(shí)間的沖擊和沖刷,會(huì)不斷降低內(nèi)襯涂層厚度,從而導(dǎo)致使用壽命縮短。因此要求涂層材料有較高的機(jī)械強(qiáng)度和抗沖擊能力。目前國(guó)內(nèi)只有少數(shù)廠家的陶瓷耐磨涂料可以達(dá)到這樣的水平,絕大部分生產(chǎn)廠家都是由耐火材料行業(yè)改行而來(lái),產(chǎn)品也是耐火澆注料稍加改進(jìn)而成,自身沒有核心技術(shù),產(chǎn)品在實(shí)際使用過(guò)程普遍存在開裂脫落現(xiàn)象,搞得很多工程甲方進(jìn)退兩難,甚至有的甲方已對(duì)此項(xiàng)技術(shù)失去信心。