摘要:本文对水轮机密封转动支架的密封表面采用了等离子喷涂金属陶瓷的表面强化处理工艺,提高了密封表面的耐蚀抗磨损能力，延长了水轮机密封转动支架的密封表面的使用寿命，在水轮机过水表面强化方面进行了实际应用方面的有益探讨。实践证明，该涂层可以提高转动支架密封表面的耐磨损能力,改善密封效果、降低维护费用,减少停机维修时间。在水电行业具有应用推广价值。
关键词；陶瓷涂层，水轮机，密封，磨损，腐蚀
一．前言
水轮机密封转动支架上的密封表面与橡胶密封圈组成的摩擦副，其主要作用是封水,因为江水混浊且含有大量泥砂，水的压力流速均高。与转动支架配合的是橡胶密封圈，接触宽度为90mm，直径1515mm工作时的线速度可达300~400m/min，对密封面冲击压力较大，密封表面工作条件恶劣，所以表面磨损严重。
转动支架通常采用普通钢材制造，运行周期短磨损锈蚀严重，易造成漏水失效。使用周期一般在150天左右.。维修费用大、更换麻烦，针对该密封装置的工作原理分析，工况条件及组合磨损状况，结合国内外喷涂技术及现有生产能力及使用情况，决定采用等离子喷涂金属陶瓷工艺，即在原转动支架普通钢铁材料工作表面用等离子喷涂工艺制造一层金属氧化物陶瓷涂层，来解决转动支架密封表面的磨损和锈蚀问题，经安装使用达到了预期目的，该密封支架的使用效果非常理想。涂层表面硬度高达900~1100HV，由于涂层表面光滑（表面粗糙度可达0.8）减小了磨擦系数，降低了运行阻力，密封效果非常好，检修期由原来地150天延长至两年以上。提高使用寿命5倍（目前使用良好），缩短了检修及维护的周期降低了工人的劳动强度，保证了水轮机的连续安全运转，取得很好的经济效益。
二.转动支架的结构与工况如图
密封表面与充气密封胶圈接触，轴径密封表面线速度300~400m/min，作用封水，由于密封表面是与橡胶及水相接触，因此要求具有耐磨防锈蚀功能。
三．涂层材料的选择
针对该工况为大幅降低磨擦系数，提高抗磨损能力，及防锈的要求。选择了抗磨损/耐腐蚀性好且摩擦系数低的陶瓷涂层作为工作层.
陶瓷涂层是金属元素和非金属元素组成的化合物，由其制成的涂层具有高熔点、高硬度、化学稳定性好、耐腐蚀磨损系数低等特性，
工况参数
根据JB/T7703-95标准，选用耐磨性好，摩擦系数低且耐腐蚀性能优异的P7411金属陶瓷材料及相应的打底材料Ni/Ａl复合粉。
厚度0.4mm---75r/min(354m/min)
四．喷涂工艺及设备
等离子喷涂是目前金属陶瓷涂层制备的最佳工艺，其焰流温度可达（10000℃），可以将陶瓷的优异性能完全的复制到耐磨表面上。根据等离子喷涂及工件的结构特点制定喷涂方案及工艺路线。
涂层结构基础示意图
欲涂表面加工至如图二尺寸，由于工件为4瓣组成，因此将涂层设计为封闭结构的4部分。其做法为合体后用立车加工而后将工件分瓣，在每瓣合缝处用氩弧焊封焊一道厚度大于1mm，宽度大于4mm的不锈钢材料。注意在焊接时要保护好合缝面不受损坏,从而保证转动支架合缝后的整体形状精度。而后采用喷砂的方法处理欲喷涂表面，使欲喷涂表面粗糙度达到Sa2.5级后立即将各瓣组合成一体上立车校形后进行喷涂。
该涂层设计厚度为0.3~0.5mm，其中打底过渡层的厚度为0.08~0.12mm（Ni/Ａl），由于陶瓷与基材间的膨胀系数相差较大且陶瓷与基体结合力不好，因此采用喷过渡层的方法来减小基体与陶瓷涂层之间的膨胀系数差别数量，改善金属陶瓷与基体间的结合强度。
等离子喷涂的工作原理是将开放电弧进行机械压缩，使得喷枪嘴单位面积上的能量密度增大，其压缩后的电弧中心温度可高达10000℃，利用该温度将金属陶瓷粉末加热到半融化状态，同时利用焰流的高速使半熔化状态的金属陶瓷粒子以较高的速度冲击向工件表面，堆积形成具有耐磨/耐蚀的特殊功能性涂层。
等离子喷涂的主要工艺参数。
喷涂后采用磨削的方法处理喷涂表面，以达到图纸设计的尺寸和粗糙度的要求，因为涂层较硬故须采用金刚石砂轮磨削。涂层表面在磨削过程中一般情况下没有火花出现，故在磨削时要十分小心，进给的位置及进给量要严格按照涂层磨削工艺文件规定的参数执行，同时在磨削过程中要给予充分的液体冷却，防止涂层由于过热而受力脱落失效。
经过多次反复试验，终于在普通钢材表面上采用等离子喷涂金属氧化物陶瓷涂层的水轮机转动密封支架试制成功。经装机试验表明，该装置运行平稳，转动轻快，封水严密温升小阻力明显降低，经一个周期检测表明--金属氧化物陶瓷涂层表面完好无损，运行密封安全可靠，受到用户好评，目前该支架已运行2年仍完好无损，其使用寿命成倍提高且减少停机换胶圈的麻烦。其经济效益十分可观。
五．结论
1. 采用等离子喷涂工艺在普通金属基体表面上喷涂金属氧化物陶瓷涂层，获得了具有硬度高，耐磨损、耐腐蚀、磨擦系数低的特殊工作表面且涂层与基体有着良好的结合强度，生产运行安全可靠。
2. 该涂层有机地将金属材料的强韧性、可加工性等和陶瓷涂层的高硬度、高耐磨性、磨擦系数小等特点结合起来，充分发挥了两类材料的综合优势，同时满足了产品对结构性能和表面性能的苛刻需求，使金属陶瓷涂层与转动支架完美的结合到了一起，经使用证明该工艺技术是先进并合理的，应用是成功的。为该技术在水电行业的推广应用展示出了美好的前景.
