陶瓷复合技术在风机中的应用

在电力、钢铁、水泥、造纸等行业中大量使用的风机设备，因输送的气体介质中含有大量的硬质粉尘颗粒和酸性气体，这些设备的过流部件，受到强烈的冲刷腐蚀，尤其是其心脏部件叶轮，在其叶片的末端运行线速度达到160米每秒，磨损速度比其它部位更为严重。据统计，使用普通的碳钢或一般耐磨钢16Mn制造的叶轮，一般使用寿命只有半年，最短的只有几十天，虽然使用过各种表面防磨措施如堆焊，喷涂，喷焊、涂覆高分子耐磨材料等，使用寿命也难以得到显著提高。比较常用的方法中，以堆焊使用比较多，效果尚可，一般能使用一年以上而不需要大面积修理。其缺点是由于堆焊输入大量热量，如果控制不好，会导致叶轮变形，而且不能反复修理使用。热喷涂喷焊也有同样的问题，而大大限制了它们的应用。

1,如何将陶瓷复合技术使用在转动的风机叶片上？有何优点和缺点？

当将陶瓷使用于高速转动的风机转子上时，必须考虑几个重要的因素。第一，必须要求胶粘剂有足够的粘贴强度以确保几倍甚至几十倍于向心力的保险系数。第二，由于陶瓷的膨胀系数只有金属的一半，因此必须合理确定胶粘剂的膨胀系数，陶瓷片的大小，以得到合理的胶粘层的应力匹配，不致在使用过程中因温度升高而导致陶瓷与金属基体之间开裂而脱落。叶轮不同部位磨损程度不同，因此必须考虑使用不同厚度及不同材质的陶瓷，以得到不同部位有相同的使用寿命。第四，必须考虑到陶瓷可能的脱落给叶轮安全运行带来的影响。

基于上述考虑，我们采用了特殊的陶瓷片材料，设计了特殊的形状，特殊的胶粘剂，并制定了严格的粘贴工艺（具体施工工艺见附件）以确保陶瓷片的脱落可能性降低到最小的限度。

与传统的堆焊、喷焊、喷涂工艺相比，陶瓷复合工艺除了有优异的耐磨性能外，还具有重量轻，施工工艺简单，维修方便，没有输入热量，不会对叶轮形状产生变形影响，不会对金属基体产生不利的影响，包括热变形，裂纹等。

2、使用陶瓷复合技术后，与金属材料及表面处理技术相比，叶轮的使用寿命会有多大提高？

一般叶轮防磨措施有堆焊，喷焊等，厚度一般在1～3㎜范围内，使用寿命比叶轮本体制造材料高3倍以上，绝对耐磨寿命可以达到一年以上。相比之下，如果复合陶瓷层，设计的陶瓷厚度为1.5mm（相当于0.5mm的金属重量），考虑到胶粘剂的老化影响，在120℃以下，陶瓷复合层的设计寿命为5年。150℃以下设计寿命为三年。影响复合层使用寿命的关键因素是胶粘剂的老化寿命，温度越低，胶粘剂耐老化时间越长，整个复合层寿命也越长。在使用过程中，只要胶粘层不老化，陶瓷层的厚度几乎没有磨损。在使用年限超过了胶粘层老化极限后，可以将陶瓷层清理除掉，可以继续复合陶瓷层而继续使用。根据过去八年的使用经验，使用在排粉机上的叶轮，已安全运行了6年以上，几乎没有任何影响叶轮平衡的脱落现象，比原来的半年使用寿命提高了近十倍以上。

3、为何叶轮上使用的陶瓷片尺寸只有10×10×1.5mm? 每平方米的重量是多少？

由于陶瓷片优异的耐磨性能，使用厚度为1.5mm的陶瓷，完全可以胜任绝大多数叶轮的工作场合，因此，虽然开始时使用过厚度为3㎜的陶瓷片，但实际运行发现，几年的运行，陶瓷片的厚度几乎没有改变，因此最终采用了标准的1.5mm厚度的瓷片。由于陶瓷的膨胀系数只有金属的一半，在室温下粘贴的陶瓷片会在叶轮使用温度下（一般在100℃）由于复合层膨胀不均匀而导致瓷片脱落，因此除了设计合理的胶粘剂膨胀系数，获得合理的膨胀匹配以外，尽量减小陶瓷片的平面尺寸，以便合理降低复合层的应力集中，减少陶瓷片因结合层出现应力而脱落的现象。实践证明，利用现有的胶粘剂，当陶瓷尺寸增加一倍，结合层的强度便降低一倍。由于叶轮上的瓷片在运行过程中受到强烈的向心力的作用，陶瓷片重量越大，如果粘接强度不够，导致脱落的可能性也越大。经过近十年的实际运行和研究，认为采用10×10×1.5mm规格的陶瓷片就有最佳的经济性和工艺性能。

4,使用粘贴技术会有脱落的可能性吗？陶瓷脱落是否会影响叶轮的平衡问题？最严重的后果是什么？

任何耐磨层包括堆焊、喷焊、喷涂等，最后的损坏形式都是磨损，当磨损到一定的程度不能满足尺寸要求时便失去效用。与这些涂层不同，由于陶瓷的优异的耐磨性能，以及其与基体金属的结合方式，决定了陶瓷复合层不可能以磨损的方式失效，而是以最终陶瓷片逐渐脱落而失效。陶瓷优异的耐磨性能决定了其在使用过程当中，厚度的减薄可以忽略不计，而胶粘层却会在使用过程当中逐渐老化，结合强度逐渐降低，从而导致瓷片脱落。

同时由于操作人员的操作技能，施工现场条件等，都会影响粘贴质量，因此除了粘贴剂老化因素外，这些都会导致陶瓷片局部无规律的脱落。

因施工工艺及施工人员因素造成的可能脱落，可以通过加强施工管理，增加对施工人员的培训而得到解决。因胶粘层的老化而产生的脱落则可以通过及时的检查控制，及时更换而得到解决。

如果出现陶瓷脱落，其最严重的后果是，象堆焊或喷焊层磨损后，设备有可能产生震动，而必须停机处理。不过这种情况从没有出现过。大多数情况是在例行检修时发现问题，同时修补然后投入使用。一个极端的情况是，如果叶轮强烈震动，首先是有瓷片已经脱落，说明粘贴有问题，胶层强度不够，其它部位的胶粘层同样有问题。这样当叶轮强烈震动时，其它部位的陶瓷会加速脱落，如果陶瓷全部脱落，则叶轮又有可能恢复动静平衡，不会产生更为严重的其他问题。

根据过去八年的使用经验，在正常使用情况下，五年之内陶瓷的磨损量不会超过0.2mm。因此，1.5mm厚的瓷片至少可以使用30年以上。在温度小于120℃的情况下，胶粘剂的老化并不明显，至少可以使用10年以上。当温度超过160℃，胶粘剂存在一定的老化现象，但五年之内没有脱落现象。

根据过去的经验，如果陶瓷出现了脱落现象，一般不会影响到叶轮的平衡问题。第一，陶瓷的重量很小，每平方米有10000片，但只有5.5公斤，。每个叶轮也就2平方米，平均分布在12～16个叶片上。按照概率统计， 在同一个叶片上出现大面积脱落的可能性为几乎为零，如果一个叶片上出现脱落，必然也会在其他叶片上出现脱落，结果会保持叶轮的总体平衡。实际上过去八年中共有几百台套的叶轮粘贴复合陶瓷，没有一台因为陶瓷的脱落而导致叶轮失去动静平衡，从而导致设备停运的现象。大多数是在设备正常检修情况下发现陶瓷有零星脱落，在马上修补处理以后又继续投入使用，有时不用修理也可以继续使用。

5、如果叶轮的工作温度超过了粘贴技术使用的上限温度，应该采用哪种复合工艺？

由于使用胶粘复合陶瓷工艺的最高使用温度为160℃，当超过这个温度时，胶粘层会因迅速老化而导致陶瓷层脱落。这种情况下可以采用焊接或镶嵌的工艺进行陶瓷复合处理。

进行焊接或镶嵌陶瓷复合处理时一般要求用户提供叶轮的图纸，或型号，由我方与风机制造厂合作，将陶瓷的焊接或镶嵌工艺与叶轮的制造结合起来。由于使用温度较高，要求使用不同的陶瓷材料，陶瓷形状，焊接或镶嵌工艺，以及不同的胶粘填料。使用这种工艺，叶轮的最高使用温度可以达到350～500℃。

6、对于电厂典型的2000直径的排粉机叶轮，如果使用20钢或16Mn钢制造，平均寿命为1年，那么在复合1.5mm的陶瓷后，平均使用寿命会提高多少？

电厂典型的20D直径排粉机叶轮，一般使用20钢16Mn钢制造，如果不进行防磨处理，使用寿命可能只有半年甚至更短。如果进行堆焊或喷焊处理，可以使用一年到两年。复合上1.5mm的陶瓷后，寿命可以提高到5年以上。在预期使用寿命内，三年免费维修，五年之内提供维修服务。

7、如果一台排粉机叶轮已经磨损，不能继续使用，是否可以进行陶瓷表面处理以便继续使用？

如果叶轮已经磨损，一般情况下需要更换叶片，重新恢复到新叶轮的尺寸后才可以进行表面陶瓷复合处理。但如果使用时间不长，叶片表面比较平整，只要不影响陶瓷的粘贴，仍然可以进行陶瓷表面处

8、新购买的叶轮已经进行了表面堆焊或喷焊处理，是否可以在表面上进行陶瓷表面处理？

新购买的叶轮如果已进行了堆焊或喷焊处理，如果表面平整，可以直接进行陶瓷复合处理。但如果表面不平整，特别是喷焊了高硬度的炭化钨材料，由于表面很难处理，一般不能直接粘贴陶瓷，可以在使用半年或一年以后，更换新叶片后再粘贴陶瓷。当然为了一劳永逸地解决磨损问题，可以直接更换叶片进行陶瓷复合处理。

9、一般一个叶轮都需要对哪些表面部位进行粘贴处理？有多大的粘贴面积？

一个叶轮的磨损部位主要包括叶片的入出口部位，*近焊缝的底盘，铆钉，轮毂等。叶片的粘贴部位一般为从底盘焊缝处的三分之二叶片宽度，*近入口部位可以适当宽些。叶片入口使用特殊设计的U型卡子，铆钉使用环型或碗型陶瓷保护。以电厂常用的20D排粉机叶轮为例，平均粘贴面积为2平方米，整个增加的重量为12公斤。

10、粘贴一台叶轮的费用大概是多少？性能价格比如何？

根据不同型号的叶轮，使用不同的陶瓷材料和粘贴工艺，粘贴一台叶轮的费用大约相当于一台新叶轮价格到三分之二，但可以确保寿命平均提高五倍以上，性能价格超过5倍以上。三年内免费维修，五年内有条件维修。

11、粘贴陶瓷之前，对叶轮应该了解那些主要参数？

对一台叶轮进行粘贴复合陶瓷之前，应该了解以下几个主要的参数：第一，使用温度，160℃以下一般可以使用粘贴的工艺，超过这个温度使用焊接或镶嵌的办法 ；第二，叶片的厚度，以便确定使用何种规格的入口端卡子。一般叶片的厚度为8，10，12，14几种，可以使用标准卡子，否则应重新加工新卡子，特别是机翼型的叶轮，几乎每一个都不一样。第三，原来的材质，使用寿命。一般来讲，粘粘贴陶瓷后使用寿命的提高取决于原来的材质和使用寿命。一般情况下，确保贴陶瓷后性能价格比提高一倍以上，要么寿命相同，价格低一半，要么价格相同，寿命提高一倍。第四，叶轮使用时是否有腐蚀问题，如果有，则必须考虑防腐问题，同时提高价格。

12,是否可以到现场进行粘贴复合处理？

由于要对叶轮进行表面喷砂处理，才能保证良好的粘贴性能，因此一般不在现场进行粘贴复合处理。但如果现场可以喷砂，或者叶轮尺寸足够大，也没有作过其它防磨处理，允许角磨机打磨处理，同时可以提供一个干净，有铲车或天车、不受其它干扰的场地，也可以在现场进行加工。

13、粘贴复合陶瓷的叶轮在运输和安装过程中应注意什么事项？

由于陶瓷韧性很差，胶粘剂的耐热能力只用200℃，因此在运输安装过程当中严禁对陶瓷表面磕碰，必须进行合理的保护。尤其是在安装过程中，在对叶轮加热时，陶瓷区域的温度不能超过200℃。如果因磕碰导致陶瓷脱落或松动，必须进行修补。如果是因温度过高，导致陶瓷胶层老化，则必须检查胶层受影响的区域，清除掉受影响区域，重新粘贴陶瓷后再可以使用。

14、如果使用过程中，叶轮工作温度短时升高，是否会对陶瓷层有影响？

粘贴工艺的适合工作温度是160℃，如果在使用过程中短时（几十分钟）超温，只要不超过200℃，一般不会影响胶层的结合强度。在正常停机检查中如果发现胶层颜色没有大的变化，或感觉结合强度没有下降，可以继续使用

15、如果叶轮除了磨损问题以外，还受严重的腐蚀问题，是否可以采用陶瓷复合处理的办法处理？

如果叶轮同时受磨损及腐蚀影响，可以在磨损部位粘贴陶瓷，陶瓷本身有良好的防腐性能。而在非磨损的腐蚀部位，可以涂敷防腐涂料。根据不同的腐蚀介质，选择不同的防腐涂料。

16、排粉机叶轮复合粘贴陶瓷最成功的例子有哪些？最长使用时间是多少？