热喷涂技术及其应用

热喷涂技术及其应用热喷涂技术是表面防护和强化的技术之一,利用某种热源,如电弧、等离子弧、燃烧火焰等将粉末状或丝状的金属和非金属涂层材料加热到熔融或半熔融状态,然后借助焰流本身的动力或外加的高速气流雾化并以一定的速度喷射到经过预处理的基体材料表面,与基体材料结合而形成具有各种功能的表面覆盖涂层的一种技术。一、热喷涂技术概况二、热喷涂技术分类（1）气体燃烧火焰喷涂：高速火焰喷涂、爆炸喷涂、粉末火焰喷涂、线、棒材火焰喷涂（2）电弧喷涂：常规电弧喷涂、高速电弧喷涂（3）等离子喷涂：大气等离子喷涂、低压等离子喷涂、水稳等离子喷涂、微弧等离子喷涂、三阴极等离子喷涂（4）电热热源喷涂：线材电爆喷涂、冷喷涂常用热喷涂喷枪等离子喷涂高速火焰喷涂粉末火焰电弧喷涂丝材火焰喷涂粉末丝材三、热喷涂工艺热源种类温度（℃）丙烷-氧气2640天然气-氧气2735氢气-氧气2690乙炔-氧气3100电弧5000-6000等离子电弧≥10000常用喷涂材料金属及其合金Fe、Al、Zn、Ni、Cu、Mo等各种金属及其合金；Ni3Al、TiNi等金属间化合物；Ti、Zr和Hf（系元素）碳化物；Cr、Mo和W（系元素）硼化物；V、Nb和Ta（系元素）氮化物金属基复合材料Ni/Co/Fe基合金+Al2O3、ZrO2等Ni/Co/Fe基合金+WC,TiC，Cr3C2等Al/Ni基材料+磨料陶瓷Al2O3、ZrO2、TiO2、Cr2O3氧化物；B4C、SiC、Si3N4、BN等有机材料聚醚、聚丙烯类共聚物、Al-Si+聚醚等热喷涂工艺过程如下：工件表面预处理工件预热喷涂涂层后处理1.表面预处理净化处理的目的是除去工件表面的所有污垢,方法有溶剂清洗法、蒸汽清洗法、碱洗法及加热脱脂法等.粗化处理的目的是增加涂层与基材间的接触面,增大涂层与基材的机械咬合力，提高涂层与基材的结合强度.粗化处理的方法有喷砂、机械加工法(如车螺纹、滚花)、电拉毛等。2.预热预热的目的是为了消除工件表面的水分和湿气,提高喷涂粒子与工件接触时的界面温度,以提高涂层与基体的结合强度；减少因基材与涂层材料的热膨胀差异造成的应力而导致的涂层开裂.3.喷涂采用何种喷涂方法进行喷涂主要取决于选用的喷涂材料、工件的工况及对涂层质量的要求。例如：如果是陶瓷涂层，则最好选用等离子喷涂；如果是碳化物金属陶瓷涂层则最好采用高速火焰喷涂；若是喷涂塑料则只能采用火焰喷涂；而若要在户外进行大面积防腐工程的喷涂的话，那就非灵活高效的电弧喷涂或丝材火焰喷涂莫属了。总之，喷涂方法的选择一般来说是多样的，但对某种应用来说总有一种方法是最好的。4.涂层后处理喷涂所得涂层有时不能直接使用,必须进行一系列的后处理.用于防腐蚀的涂层,必须对涂层进行封孔处理.对于承受高应力载荷或冲击磨损的工件,为了提高涂层的结合强度,要对喷涂层进行重熔处理,使多孔的且与基体仅以机械结合的涂层变为与基材呈冶金结合的致密涂层.有尺寸精度要求的,要对涂层进行机械加工.选用合理的加工方法和相应的工艺参数才能保证喷涂层机械加工的顺利进行和保证达到所要求的尺寸精度.防腐蚀涂层抗磨损涂层热障涂层绝缘涂层尺寸恢复(维修)四、热喷涂在工业中的应用防腐蚀涂层长期暴露在户外大气和不同环境中的大型钢铁构件,如输变电铁塔、钢结构桥、海上钻井平台、煤矿井架以及各种化工容器如储罐等,受到不同程度的环境氧化和侵蚀.采用Al-Zn合金及不锈钢等涂层进行防护,可以获得长期防护效果。在气体腐蚀和化学腐蚀介质工况下运行的部件,可以根据具体情况(如介质、浓度、温度、压力等)选择合适的金属、合金、陶瓷及塑料等涂层材料进行防护。抗磨损涂层磨损是造成工业部门设备损坏的主要原因之一.抗磨损涂层应该是高硬度的,而且具有耐热和耐化学腐蚀的性能.采用涂层技术提高工件表面耐磨性的应用非常广泛，如纺织机械中的导丝钩等零部件喷涂耐纤维磨损的Al2O3、Al2O3-TiO2陶瓷涂层，各种密封轴套、泵叶泵壳过流部位和阀门密封面喷涂Cr2O3等耐磨涂层,大马力载重汽车曲轴及大型磨煤机、排风机轴等采用Fe基合金材料进行磨损修复和耐磨强化等。热障涂层Al2O3等陶瓷涂层，熔点高、导热系数低,，在高温条件下对基体金属具有良好的隔热保护作用称为热障涂层。热障涂层一般用于柴油发动机活塞、涡轮发动机燃烧室、阀门和火焰稳定器等。陶瓷材料不仅具有高的硬度和优良的耐磨性能，还具有优良的绝缘性能，采用高能等离子喷涂的Al2O3涂层涂层致密、绝缘强度高，是理想的绝缘涂层。尺寸恢复涂层随着先进制造技术及设备工程学的不断发展，制造与维修将越来越趋于统一，“维修”已被赋予了更广泛的含义，并称为“重新制造”。许多采用热喷涂技术处理过的旧零部件，其性能要优于新品。热喷涂是恢复零部件尺寸的一种经济而有效的方法.修复各种轴类和柱塞件是典型的应用,包括迥转轴、汽车轴、往复柱塞、轴颈和轧辊等。尺寸恢复涂层--大型设备部件现场修复大型轴类零件可以在现场修复，如发电机转子和汽轮机转子的轴颈有划伤，可制造专用工装在现场进行修复。尺寸恢复涂层汽轮机、压缩机汽缸中分面现场热喷涂修复是热喷涂恢复平面工件尺寸的一个成功的应用例。汽缸在长期的使用中其中分面由于微振、热汽流腐蚀及热变形等而发生变形状、面积不等及深浅各异的表面破坏，引起泄漏。采用热喷涂对各破坏处进行喷涂填补、打磨，恢复平面的尺寸精度。热喷涂技术不失为重量大、结构复杂和价格昂贵的汽缸的中分面现场修复的安全(不会发生变形)、简便而高效的方法。解决大型汽轮机气缸平面高压蒸气漏气难题。尺寸恢复涂层石化行业的应用1、机械密封（或端面密封）：采用在金属基体上喷涂复合陶瓷和金属碳化物涂层制造机械密封动、静环，具有优异的耐磨耐蚀性能。与烧结的硬质合金环比，有成本低、机械性能好、不会产生崩裂的优点。另外，与之配副的密封静环,如：铝青铜、M106K石墨、L516改性聚四氟乙烯等；由于摩擦系数特低,故与陶瓷涂层配副的静环使用寿命均高于与镀硬铬配副的静环3～4倍。石化行业的应用2、阀门密封面：对大多数阀门来说,密封问题是首要问题，故障大都出现在阀芯上,主要原因是一般阀芯元件的耐磨性和耐腐蚀性较差。在阀门的阀芯元件上喷涂陶瓷可改进其密封性能,提高其耐磨性能和耐腐蚀性能。对于工作在温度达540℃，压力达140MPa的含有腐蚀性砂浆的管道中的金属座球阀，应用超音速火焰喷涂WC-Co涂层、Cr2C3-NiCr涂层、Fe-Cr-Ni-Mo涂层或WC-Ni涂层，可大幅度改善球阀的耐腐蚀和耐冲蚀性能，提高使用可靠性和寿命。石化行业的应用3、各种阀门密封件的修复和制造采用热喷涂技术修复和制造阀门配件（门杆、阀芯、阀座），其表面喷涂硬质合金，在850℃以内硬度无明显下降、不起氧化皮，抗冲蚀、汽蚀、水蚀、划伤，提高寿命三倍以上。PCV阀门阀芯(修复前)测绘制造的阀芯石化行业的应用减温水调节门门芯修复前减温水调节门门芯修复后石化行业的应用4、柱塞和活塞杆表面上喷涂陶瓷涂层：采用等离子喷涂或超音速喷涂技术，在各种液压缸、往复泵中的柱塞和活塞杆表面上喷涂陶瓷涂层，其突出特点在于：（1）摩擦系数低、能耗小、减少摩擦能耗；（2）使用寿命比镀铬件提高3～5倍，属环保涂层技术。主要技术指标：涂层厚度0.3～0.5mm；结合强度15～40Mpa；涂层硬度HV800～1300；磨削粗糙度Ra0.63μm（3）对密封填料或对偶件的磨耗小，减少维修；石化行业的应用5、修复巴氏合金：巴氏合金轴瓦使用后磨损、划伤均可以用热喷涂技术来修复。通常轴瓦为钢基体表面铸造巴氏合金，巴氏合金种类较多，锡基合金应用最广。对于铸造合金瓦，要在钢基设计燕尾槽需要铸造模具，经常会出现气孔、夹渣与基体剥离等铸造缺陷。用喷涂技术制造、修复巴氏合金涂层能解决以上问题。喷涂后的推力瓦石化行业的应用6、设备内喷涂合金：油田使用的塔、罐、管道可采用电弧喷涂铝、锌、不锈钢等涂层防腐或采用火焰喷塑防腐。在反应发生器内壁已大量使用线材喷涂不锈钢、司太立合金、钼和钛合金。采用等离子喷涂、超音速火焰喷涂、电弧喷涂均可解决油田用各种锅炉管道的腐蚀和冲蚀问题包括防电偶腐蚀，密封或易磨损面的表面修复，如承舵柱、推进轴、发动机连轴器、潜艇弓形面壳体配合面法兰、可调变距螺旋桨壳和电动马达转子等的密封修复等。在高锰铸铝青铜螺旋桨上采用LPPS技术制备了Ti-Ni涂层，并经热处理后，其抗空泡腐蚀性能大幅度提高，使用寿命比无涂层的螺旋桨提高3倍，且浮游生物易于清理。造船工业中的应用热喷涂是一项促进科技进步、提高产品质量，保护环境、节约资源及能源，降低生产成本的有效工程技术。结束语谢谢!