潛水泵是如何利用涂層化解外界帶來(lái)的腐蝕和磨蝕
一、背景
幾乎所有涉及液體的工業(yè)過(guò)程都在某個(gè)環(huán)節(jié)中用到了泵。從深海油氣開(kāi)采到DNA測(cè)序，都需要利用泵來(lái)完成各種各樣的生產(chǎn)任務(wù)。然而，無(wú)論泵的設(shè)計(jì)或尺寸如何，每種應(yīng)用的關(guān)鍵所在都是可靠性和效率。最大限度地減少停機(jī)時(shí)間和運(yùn)行成本，對(duì)于現(xiàn)代工業(yè)至關(guān)重要。
對(duì)于那些使用大型工業(yè)泵的用戶來(lái)說(shuō)，他們面臨的特殊挑戰(zhàn)包括以下兩點(diǎn)，第一，通常都是在惡劣的環(huán)境條件下工作的；第二，要在持續(xù)遭受腐蝕和磨蝕威脅的同時(shí)維持泵的優(yōu)良性能。隨著對(duì)這些生產(chǎn)過(guò)程以及用于解決生產(chǎn)過(guò)程中的難題的技術(shù)愈來(lái)愈了解，用戶可以實(shí)施更具成本效益的泵整修程序。
二、腐蝕
通常，把零件表面與流過(guò)泵的反應(yīng)流體之間所發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)定義為腐蝕。腐蝕可分為兩大類(lèi)：一般或均勻腐蝕以及局部腐蝕，后者如點(diǎn)蝕和縫隙腐蝕。非不銹鋼材料主要受到均勻腐蝕的影響，而那些形成氧化物層粘附在物體表面并使表面鈍化的金屬則容易發(fā)生局部腐蝕。
三、磨蝕
當(dāng)用于傳輸含有磨損性物質(zhì)（如沙子）的液體時(shí)，泵會(huì)遭受?chē)?yán)重的磨蝕，并且其中流速高的區(qū)域磨損尤為嚴(yán)重。這種現(xiàn)象在石油和天然氣工業(yè)中屢見(jiàn)不鮮。在此類(lèi)應(yīng)用場(chǎng)合中，通常使用注射泵來(lái)迫使水流回油田中，從而維持將油提升到地表所需的壓力。水流中夾帶的砂粒會(huì)對(duì)泵造成磨損，而高工作壓力更使磨蝕問(wèn)題雪上加霜。
從純粹的設(shè)計(jì)觀點(diǎn)來(lái)看，為了最大程度地減少磨蝕，該領(lǐng)域的泵制造商有以下兩種方案可供選擇：減小泵內(nèi)每一處的流速或者按照這樣一種方式來(lái)設(shè)計(jì)泵，使液體流過(guò)密合運(yùn)轉(zhuǎn)間隙處的流速較低。在磨蝕-腐蝕現(xiàn)象明顯的情況下，最好的解決方案是采用特殊的涂層。然而，在大多數(shù)情況下，應(yīng)用所要求的規(guī)范限制了上述任何一種解決方案的實(shí)施。在這些應(yīng)用中，實(shí)踐證明可行的解決方案，是在泵的選定區(qū)域涂上一層具有高耐磨蝕性的涂料。
四、磨蝕—腐蝕
在既有磨蝕又有腐蝕的工況下，惡化機(jī)理可能變得非常復(fù)雜，并且取決于基材的類(lèi)型和流體的化學(xué)性質(zhì)。腐蝕會(huì)導(dǎo)致基材表面形成弱粘附性的氧化物層，使基材變得容易遭受磨蝕，另一種可能的情況則是，腐蝕會(huì)破壞鈍化層，導(dǎo)致材料表面活化，進(jìn)而加速了腐蝕。在這種情況下，表面保護(hù)機(jī)制往往是最好且唯一的選擇。
五、防護(hù)涂層
搞清楚以下兩個(gè)問(wèn)題顯得十分重要：首先，應(yīng)用防護(hù)涂層是否真的能夠提高泵的性能和使用壽命，其次，涂層的成本是否確實(shí)低于材料升級(jí)的成本。諸如熔結(jié)環(huán)氧這類(lèi)聚合物涂層可以應(yīng)用于使用流化床或靜電涂敷的泵組件。只要涂層不被破壞，它們就能夠起到很好的防腐蝕作用。作為一種聚合物涂層，它被限制用于低流速條件下，并且通常用于潔凈的水應(yīng)用中，在這樣的應(yīng)用環(huán)境中，它還可以通過(guò)平滑泵表面來(lái)改善液壓性能。然而，適用于管道的涂層可能不適用于泵應(yīng)用，因?yàn)樵诒脩?yīng)用中，流速高得多，狹窄的通道使流量變得集中，而且運(yùn)動(dòng)部件難以保護(hù)。所以，一些通常用于管道內(nèi)的方法（如電防腐），很多都不適用于泵。
在這些情況下，將涂層應(yīng)用在一些預(yù)計(jì)流量會(huì)增大的特定區(qū)域，或者預(yù)計(jì)會(huì)出現(xiàn)碰撞損傷的位置（如90度彎曲）。通常使用諸如空氣等離子噴涂（APS）或高速氧燃料（HVOF）等噴涂方法來(lái)涂敷堅(jiān)硬的涂層。具體選擇哪種噴涂方法將取決于所需的涂層厚度和涂料成分。通過(guò)使用高速氧焰方法而沉積的硬質(zhì)合金涂層非常耐磨。優(yōu)選使用結(jié)合了鈷，鎳或鈷-鉻基質(zhì)的碳化鎢。由于粉末和熱噴涂工藝的改進(jìn)，材料不僅具有良好的耐磨性和韌性，而且具有良好的耐腐蝕性。熱噴涂方法可以應(yīng)用于大多數(shù)基材，但它是一種“視線”工藝，這使得復(fù)雜形狀部件（如葉輪）的涂敷變得很困難。隨著涂層技術(shù)的不斷進(jìn)步，終端用戶將能夠選擇可在制造過(guò)程中涂覆的定制涂層。 然而，即使使用最先進(jìn)的涂層，也需要對(duì)涂覆工藝進(jìn)行研發(fā)，以便利用這些工藝將涂料涂覆到鑄造葉輪和蝸殼的復(fù)雜內(nèi)表面上。因此，這仍然是泵設(shè)計(jì)的“圣杯”，一旦克服了這個(gè)挑戰(zhàn)，工業(yè)泵的可靠性和使用壽命將會(huì)得到進(jìn)一步提高。