针对输送含尘气体的风机叶片耐磨性提升需求，碳化钨（WC）喷涂与激光熔覆是两种高效表面强化技术。以下是具体实施方案与技术对比：
1. 碳化钨喷涂技术（HVOF为主）
1.1 工艺原理
- 喷涂方法：
- 超音速火焰喷涂（HVOF）：燃料（煤油/H₂）燃烧产生超音速流（速度＞2000m/s），将WC-Co粉末（粒径15-45μm）加速喷射至基体。
- 等离子喷涂（APS）：适用于复杂曲面，但结合强度略低（约HVOF的70%）。
1.2 涂层特性优化
- 材料配方：
- WC-12%Co：平衡耐磨性与韧性（硬度≥1200HV，抗冲蚀性优于纯WC）。
- WC-10%Co-4%Cr：提升耐腐蚀性（适用于含硫烟气）。
- 涂层结构：
- 梯度涂层：底层80%WC+20%Co（高结合强度），表层92%WC+8%Co（高耐磨）。
- 厚度控制：200-400μm（过厚易开裂，需通过残余应力仿真确定）。
1.3 工艺参数关键点
| 参数 | 典型值 | 影响 |
|---|
| 喷涂距离 | 150-300mm | 过近易过热，过远颗粒动能不足 |
| 送粉速率 | 30-60g/min | 影响涂层致密度（孔隙率＜2%） |
| 基体预热温度 | 80-120℃（防热应力裂纹） | |
1.4 后处理
- 封孔处理：
- 精加工：
- 金刚石砂轮抛光至Ra≤0.8μm，降低表面粗糙度对气动效率的影响。
2. 激光熔覆技术
2.1 工艺原理
- 激光-粉末同步沉积：
- 高功率激光（1-3kW）熔化基体表面，同步送WC粉末（粒径50-150μm），形成冶金结合层。
2.2 熔覆层设计
- 复合粉末：
- WC/Ni基合金（如Ni60A+30%WC）：Ni基体提升韧性，WC颗粒（体积分数20-40%）提供耐磨性。
- 纳米WC增强：添加5%纳米WC（50nm），硬度提升15-20%。
- 稀释率控制：
- 保持5-10%的基体熔入量，避免WC分解（＞1400℃时WC→W₂C+C）。
2.3 关键工艺参数
| 参数 | 典型值 | 作用 |
|---|
| 激光功率 | 2kW（光纤激光器） | 功率密度＞10⁴ W/cm² |
| 扫描速度 | 5-10mm/s | 速度过低易导致WC分解 |
| 搭接率 | 30-40% | 确保涂层连续无缺陷 |
2.4 优势与局限
- 优势：
- 冶金结合（结合强度＞400MPa，远高于喷涂的50-100MPa）。
- 可修复局部磨损区域（如叶片前缘）。
- 局限：
- 热影响区（HAZ）可能引起基体变形（需有限元模拟优化热输入）。
3. 耐磨性对比与选型
3.1 性能对比
| 指标 | HVOF碳化钨涂层 | 激光熔覆WC复合层 |
|---|
| 硬度 | 1000-1300HV | 800-1100HV（Ni基体拉低） |
| 结合强度 | 50-100MPa | 300-500MPa |
| 耐冲蚀性 | 优（失重＜0.1mg/g） | 良（失重0.2-0.3mg/g） |
| 适用颗粒尺寸 | ＜50μm | ＜200μm（抗大颗粒冲击） |
| 成本 | ¥800-1200/m² | ¥1500-2000/m² |
3.2 选型建议
- 高浓度细粉尘（如粉煤灰）：优先HVOF喷涂（高硬度、低成本）。
- 含大颗粒或腐蚀性气体（如矿渣）：选择激光熔覆WC-Ni基（抗冲击+耐蚀）。
4. 实施流程与案例
4.1 操作步骤
- 表面预处理：
- 喷砂（Sa3级，Ra≥6.3μm）+ 丙酮清洗去油。
- 涂层/熔覆制备：
- HVOF喷涂3-4遍（每层厚度≈80μm） 或 激光熔覆单道厚度0.3-0.5mm。
- 质量检测：
- 超声波检测（结合强度）、显微硬度计（HV0.3载荷）。
4.2 某电厂引风机叶片改造案例
- 工况：140℃烟气含飞灰（SiO₂＞60%），原叶片寿命6个月。
- 方案：HVOF喷涂WC-12Co（300μm）。
- 效果：
- 磨损率从0.5mm/1000h降至0.02mm/1000h。
- 寿命延长至4年，维护成本下降70%。
5. 注意事项
- 热应力管理：
- 喷涂前基体预热，熔覆后缓冷（必要时进行去应力退火）。
- 边缘处理：
- 叶片前缘需加厚涂层（≥500μm）或设计阶梯状熔覆层。
- 环保要求：
- WC粉末喷涂需配备除尘设备（WC粉尘职业接触限值＜0.05mg/m³）。
通过合理选择工艺参数与材料组合，碳化钨涂层或熔覆层可使风机叶片在含尘气体中的寿命提升5-10倍，同时保持气动效率（经风洞测试，涂层叶片效率损失＜2%）。
