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        山東熱噴涂技術概況

        分類:產品相關知識 發布時間:2021-05-18 613次瀏覽

        眾所周知, 除少數貴金屬外,金屬材料會與周圍介質發生化學反應和電化學反應而遭受腐蝕。此外,金屬表面受各種機械作用而引起的磨損也極為嚴重。大量的金屬構件因腐蝕和磨損而失效, 造成極大的浪費和損失。 據一些工業發達國家統計, 每年鋼材因腐蝕和磨損而造成的損失約占鋼材總產量的10%, 損失金額約占國民經濟總產值的2 - 4 %。 如果將因金屬腐蝕和磨損而造成的停工、停產和相應引起的工傷、失火、爆炸事故等損失統計在內的話, 其數值更加驚人。因此,發展金屬表面防護和強化技術, 是各國普遍關心的重大課題。

        隨著科學和現代工業的發展,各工業部門越來越多地要求機械設備能在高參數(高溫、高壓、高速度和高度自動化)和惡劣的工況條件(如嚴重的磨損和腐蝕)下長期穩定的運行。因此,對材料的性能也提出更高要求。采用高性能的高級材料制造整體設備及零件以獲得表面防護和強化的效果, 顯然是不經濟的,有時甚至是不可能的。所以, 研究和發展材料的表面處理技術就具有重大的技術和經濟意義。而表面處理技術也在這種需求的推動下獲得了飛速的發展和提高。

        山東熱噴涂技術是表面防護和強化的技術之一, 是表面工程中一門重要的學科。 所謂山東熱噴涂,就是利用某種熱源, 如電弧、等離子弧、燃燒火焰等將粉末狀或絲狀的金屬和非金屬涂層材料加熱到熔融或半熔融狀態, 然后借助焰流本身的動力或外加的高速氣流霧化并以一定的速度噴射到經過預處理的基體材料表面,與基體材料結合而形成具有各種功能的表面覆蓋涂層的一種技術。

        近年來,山東熱噴涂技術在國民經濟建設中所發揮的重大作用,越來越引起人們重視。它作為表面技術一個重要組成部分,在我國國家“六五”至“九五”連續四個五年計劃重點推廣應用中取得了顯著成績,獲得了重大經濟效益。目前,無論在設備、材料、工藝、科研等方面都在迅速發展與提高。從2006年10月在寧波舉行的“第十五屆全國熱噴涂技術經驗交流會”上國內外專家的專題報告以及宣讀的論文中可以看出,我國熱噴涂技術近期發展的概況及特點是:設備方面(噴槍)向高能、高速度方向發展;材料方面向系列化、標準化、商品化方向發展,以保證多功能高質量涂層的需要;工藝方面向機械化、自動化方向發展。


        1.2熱噴涂設備

        雖然因熱噴涂的方法不同其設備也各有差異, 但依據熱噴涂技術的原理,其設備都主要由噴槍、熱源、涂層材料供給裝置以及控制系統和冷卻系統組成。


        1.3 熱噴涂材料

        目前實際應用中已實現工業化生產的噴涂材料有金屬、合金和陶瓷等, 主要以粉末、絲材、棒材狀態使用, 其中噴涂粉末占噴涂材料總用量的70 %以上。 用作涂層的材料有:


        1.3.1 熱噴涂用粉末

        純金屬粉末: W,Mo,Al,Cu,Ni,Ti,Ta,Nb 等。

        合金粉末: Al-Ni,Ni-Cr,Ti-Ni,Ni-Cr-Al,Co-Cr-W,MCrAlY(M=Co、Ni、Fe),Co 基、Ni 基、Fe 基自熔合金等。

        氧化物陶瓷粉末: Al2O3,ZrO2,Cr2O3,TiO2 等。

        碳化物粉末: WC,TiC,Cr3C2 等。

        金屬陶瓷粉末: WC-Co,Cr3C2-NiCr 等。

        塑料粉末: 尼龍, 聚乙烯,聚苯硫醚等。


        1.3.2 熱噴涂用絲材

        Al、Cu,Zn,Al-Zn 合金,巴氏合金,不銹鋼,Ni-Al 絲等。


        1.3.3 熱噴涂用棒材

        Al2O3,Cr2O3,ZrO2 等。 


        1.4 熱噴涂工藝流程

        熱噴工藝過程如下:

        工件表面預處理 → 工件預熱 → 噴涂 → 涂層后處理


        1.4.1 表面預處理

        為了使涂層與基體材料很好地結合,基材表面必須清潔及粗糙, 凈化和粗化表面的方法很多, 方法的選擇要根據涂層的設計要求及基材的材質、形狀、厚薄、表面原始狀況以及施工條件等因素而定。

        凈化處理的目的是除去工件表面的所有污垢,如氧化皮、油漬、油漆及其他污物,關鍵是除去工件表面和滲入其中的油脂。 凈化處理的方法有, 溶劑清洗法、蒸汽清洗法、堿洗法及加熱脫脂法等。

        粗化處理的目的是增加涂層與基材間的接觸面, 增大涂層與基材的機械咬合力,使凈化處理過的表面更加活化,以提高涂層與基材的結合強度。 同時基材表面粗化還改變涂層中的殘余應力分布,對提高涂層的結合強度也是有利的。粗化處理的方法有噴砂、機械加工法(如車螺紋、滾花)、電拉毛等。

        其中噴砂處理是最常用的粗化處理方法,常用的噴砂介質有氧化鋁、碳化硅和冷硬鑄鐵等。噴砂時,噴砂介質的種類和粒度、噴砂時風壓的大小等條件必須根據工件材質的硬度、工件的形狀和尺寸等進行合理的選擇。對于各種金屬基體,推薦采用的砂粒粒度約為16-60 號砂,粗砂用于堅固件和重型件的噴砂,噴砂壓力為0.5-0.7Mpa,薄工件易于變形,噴砂壓力為0.3-0.4Mpa。特別值得注意的一點是,用于噴砂的壓縮空氣一定要是無水無油的,否則會嚴重影響涂層的質量。噴涂前工件表面的粗化程度對大多數金屬材料來說2.5-13 μmRa 就夠了。隨著表面粗糙度的增加涂層與基體材料的結合增強,但是當表面粗糙度超過10μmRa 后,涂層結合強度的提高程度便會減低。

        對于一些與基材粘結不好的涂層材料, 還應選擇一種與基體材料粘結好的材料噴涂一層過渡層,稱為粘結底層,常用作粘結底層的材料有Mo、NiAl、NiCr及鋁青銅等。粘結底層的厚度一般為0.08-0.18μm。


        1.4.2 預熱

        預熱的目的是為了消除工件表面的水分和濕氣, 提高噴涂粒子與工件接觸時的界面溫度, 以提高涂層與基體的結合強度;減少因基材與涂層材料的熱膨脹差異造成的應力而導致的涂層開裂。預熱溫度取決于工件的大小、形狀和材質,以及基材和涂層材料的熱膨脹系數等因素,一般情況下預熱溫度控制在60 - 120 ℃之間。


        1.4.3 噴涂

        采用何種噴涂方法進行噴涂主要取決于選用的噴涂材料、工件的工況及對涂層質量的要求。例如,如果是陶瓷涂層,則選用等離子噴涂;如果是碳化物金屬陶瓷涂層則采用高速火焰噴涂;若是噴涂塑料則只能采用火焰噴涂;而若要在戶外進行大面積防腐工程的噴涂的話,那就非靈活高效的電弧噴涂或絲材火焰噴涂莫屬了??傊?,噴涂方法的選擇一般來說是多樣的,但對某種應用來說總有一種方法是的。

        預處理好的工件要在盡可能短的時間內進行噴涂,噴涂參數要根據涂層材料、噴槍性能和工件的具體情況而定, 優化的噴涂條件可以提高噴涂效率、并獲得致密度高、結合強度高的高質量涂層。


        1.4.4 涂層后處理

        噴涂所得涂層有時不能直接使用, 必須進行一系列的后處理。用于防腐蝕的涂層,為了防止腐蝕介質透過涂層的孔隙到達基材引起基材的腐蝕,必須對涂層進行封孔處理。用作封孔劑的材料很多,有石臘、環氧樹脂、硅樹脂等有機材料及氧化物等無機材料, 如何選擇合適的封孔劑, 要根據工件的工作介質、環境、溫度及成本等多種因素進行考慮。

        對于承受高應力載荷或沖擊磨損的工件,為了提高涂層的結合強度,要對噴涂層進行重熔處理(如火焰重熔、感應重熔、激光重熔以及熱等靜壓等), 使多孔的且與基體僅以機械結合的涂層變為與基材呈冶金結合的致密涂層。

        有尺寸精度要求的,要對涂層進行機械加工。 由于噴涂涂層具有與一般的金屬及陶瓷材料不同的特點,如涂層有微孔,不利于散熱;涂層本身的強度較低,不能承受很大的切削力;涂層中有很多硬的質點,對刀具的磨損很快等,因而形成了噴涂涂層不同于一般材料的難于加工的特點。所以必須選用合理的加工方法和相應的工藝參數才能保證噴涂層機械加工的順利進行和保證達到所要求的尺寸精度。


        1.5熱噴涂技術的特點

        從熱噴涂技術的原理及工藝過程分析,熱噴涂技術具有以下一些特點。

        1. 由于熱源的溫度范圍很寬,因而可噴涂的涂層材料幾乎包括所有固態工程材料,如金屬、合金、陶瓷、金屬陶瓷、塑料以及由它們組成的復合物等。因而能賦予基體以各種功能(如耐磨、耐蝕、耐高溫、抗氧化、絕緣、隔熱、生物相容、紅外吸收等)的表面。

        2. 噴涂過程中基體表面受熱的程度較小而且可以控制,因此可以在各種材料上進行噴涂(如金屬、陶瓷、玻璃、布疋、紙張、塑料等),并且對基材的組織和性能幾乎沒有影響,工件變形也小。

        3.設備簡單、操作靈活, 既可對大型構件進行大面積噴涂,也可在指定的局部進行噴涂;既可在工廠室內進行噴涂也可在室外現場進行施工。

        4.噴涂操作的程序較少,施工時間較短,效率高,比較經濟。

        隨著熱噴涂應用要求的提高和領域的擴大, 特別是噴涂技術本身的進步,如噴涂設備的日益高能和精良,涂層材料品種的逐漸增多、性能逐漸提高,熱噴涂技術近十年來獲得了飛速的發展, 不但應用領域大為擴展, 而且該技術已由早期的制備一般的防護涂層發展到制備各種功能涂層;由單個工件的維修發展到大批的產品制造;由單一的涂層制備發展到包括產品失效分析、表面預處理、涂層材料和設備的研制、選擇, 涂層系統設計和涂層后加工在內的噴涂系統工程;成為材料表面科學領域中一個十分活躍的學科。并且在現代工業中逐漸形成象鑄、鍛、焊和熱處理那樣的獨立的材料加工技術。成為工業部門節約貴重材料、節約能源、提高產品質量、延長產品使用壽命、降低成本、提高工效的重要的工藝手段,在國民經濟的各個領域內得到越來越廣泛的應用。

        總體上來說,熱噴涂技術正朝著高能高速噴涂的方向發展, 并且山東超音速噴涂已成為一些發達國家競相研究的熱點, 并形成了超音速火焰噴涂、超音速等離子噴涂、超音速電弧噴涂及冷噴涂等幾種重要技術。


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