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                淺談熱噴涂技術在冶金工業中的應用

                發布時間:2018-01-22

                    我國熱噴涂技術起始于本世紀初。起初,只是將熔化的金屬用壓縮空氣形成液流,噴到被涂敷的基體表面上,形成一層膜狀組織。其噴涂溫度、熔滴對基體表面的沖擊速度及形成涂層的材料的性能構成了噴涂技術的核心。熱噴涂技術的整個發展,基本上是沿著這三支主導線向前推進的。溫度和速度取決于不同的熱源和設備結構。從某種意義上說,溫度越高、速度越大,越有利于形成優異的涂層,這就導致了溫度和速度兩種要素在整個技術發展過程中的競爭與協調的局面。繁多的噴涂材料的可選擇性,是熱噴涂技術的另一種優勢,它可以使不同設備的工,作面被“點鐵成金、戴盔穿甲”。正是這三種要素,以及其他多項可控的影響因素,使熱噴涂成為真正的具有疊加效果的獨特技術,它可以設計出所需的多種多樣的改性表面,獲得從一般機械維修,直到航天和生物工程等高技術領域廣泛的應用。不久前,在日本神戶舉行的第十四屆國際熱噴涂會議上,將汽車、冶金和能源等工業領域作為熱噴涂技術深化應用與重點開發的三大主題,表明這項技術在擴充應用中的新動向。
                二、基本概念
                    2.1 定義
                    熱噴涂是這樣的一系列過程:以某種形式的熱源將噴涂材料加熱,受熱的材料形成熔融或半熔融狀態的微粒,這些微粒以一定的速度沖擊并沉積在基體表面上,形成具有一定特性的噴涂層。
                    2.2 噴涂材料
                    噴涂材料有粉、線、帶和棒等不同形態,它們的成分是金屬、合金、陶瓷、金屬陶瓷及塑料等。粉末材料居重要地位,種類逾百種。線材與帶材多為金屬或合金(復合線材尚含有陶瓷或塑料);棒材只有十幾種,多為氧化物陶瓷。
                    2.3 噴涂方法
                    以提供熱源的不同,可分為燃燒法及電熱法。前者包括燃燒火焰噴涂、爆炸噴涂及高速火焰噴涂(HVOF);后者包括電弧噴涂及等離子噴涂(又分常壓等離子噴涂、低壓等離子噴涂與水穩等離子噴涂)。噴涂工藝對涂層產生重要影響的是噴涂溫度(嚴格點說,是熔滴沖擊基體表面時的溫度)和熔滴沖擊基體表面的速度。
                    2.4 涂層的形成及其評價
                    噴涂材料經過具有某種熱源形式的噴涂設備噴射之后,在到達被噴涂的基體表面之前,其飛行時間只有幾千分之一秒或更少。在如此之短的時間內,它被加熱、熔化或半熔化,形成細小而分散的熔滴,沖向基體表面,被擊成扁平的疊狀小片,先前生成的扁片又被后來者所覆蓋,很快就形成由很多扁平羅疊而成的覆蓋層,即為噴涂層。熱源溫度越高,熔滴沖擊速度越大,形成的涂層越致密。涂層性能與諸多因素有關。
                三、涂層功能
                    當某一個工程問題提出后,首先應明確接受施工的工件被噴涂的部位(通常是設備或設施的工作表面)處于什么樣的工況條件,而涂層功能則是確定噴涂工藝及材料的主要依據,同時還要考慮在經濟上是否允許。
                    3.1 涂層的多樣性
                    涂層的多樣性源于噴涂材料的多種選擇、工藝參數的可控及噴涂方法的可變。噴涂粉末材質逾百種,線材和棒材也有數十種,不同的噴涂方法和工藝參數的變化,能使同一材質形成不盡相同的涂層。如此,這些變數的組合就可得到一組“菜單式”的涂層系列,當你需要具有某種特性的涂層時,只需從中擇取即是。
                    3.2 涂層類別
                    噴涂材料噴涂而成的涂層依據它們的成分可以分為10個系列;(1)鐵、鎳和鈷基涂層;(2)自熔合金涂層;(3)有色金屬涂層;(4)氧化物陶瓷涂層;(5)碳化鎢涂層;(6)碳化鉻和其他碳化物涂層3(7)難熔金屬涂層;(8)氧化物陶瓷涂層;(9)塑料基涂層3(10)金屬陶瓷涂層。
                    3.3 涂層功能
                    依據美國F.N.LONGO對熱噴涂涂層的分類方法,涂層按功能可分為:
                (1)耐磨損涂層。包括抗粘著磨損、表面疲勞磨損涂層和耐沖蝕涂層。其中有些情況還有抗低溫(<538oC)磨損和抗高溫(538~843oC)磨損涂層之分。
                (2)耐熱抗氧化涂層。該種涂層包括高溫過程(其中有氧化氣氛、腐蝕性氣體、高于843oC的沖蝕及熱障)和熔融金屬過程(其中有熔融鋅、熔融鋁、熔融鐵和鋼、熔融銅)所應用的涂層。
                (3)抗大氣和浸漬腐蝕涂層。大氣腐蝕包括工業氣氛、鹽性氣氛、田野氣氛等造成的腐蝕;浸漬腐蝕包括飲用淡水、非飲用淡水、熱淡水、鹽水、化學和食品加工等造成的腐蝕
                (4)電導和電阻涂層。該種涂層用于電導、電阻和屏蔽。
                (5)恢復尺寸涂層。該種涂層用于鐵基(可切削與可磨削的碳鋼和耐蝕鋼)和有色金屬(鎳、鉆、銅、鋁、鈦及他們的合金)制品。
                (6)機械部件間隙控制涂層。該種涂層可磨。
                (7)耐學腐蝕涂層。化學腐蝕包括各種酸、堿、鹽,各種無機物和各種有機化學介質的腐蝕。
                上述各涂層功能中,與冶金工業生產有密切關系的是耐磨損涂層、耐熱抗氧化涂層和耐化學腐蝕涂層。

                  

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