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热喷涂技术的研究现状
编辑:365bet官网   时间:2017-05-04

热喷涂技术的研究现状

定义


热喷涂技术在国家标准 GB/T18719—2002《热喷涂 术语、分类》中定义:热喷涂技术是利用热源将喷涂材料加热至溶化或半溶化状态,并以一定的速度喷射沉积到经过预处理的基体表面形成涂层的方法。热喷涂技术在普通材料的表面上,制造一个特殊的工作表面,使其达到:防腐、耐磨、减摩、抗高温、抗氧化、隔热、绝缘、导电、防微波辐射等一系多种功能,使其达到节约材料,节约能源的目的,大家把特殊的工作表面叫涂层,把制造涂层的工作方法叫热喷涂。热喷涂技术是表面过程技术的重要组成部分之一,约占表面工程技术的三分之一。


热喷涂技术具有的优点

1、设备轻便,可现场施工。

2、工艺灵活、操作程序少。可快捷修复,减少加工时间。

3、适应性强,一般不受工件尺寸大小及场地所限。

4、涂层厚度可以控制。

5、除喷焊外,对基材加热温度较低,工件变形小,金相组织及性能变化也较小。

6、适用各种基体材料的零部件、几乎可在所有的固体材料表面上制备各种防护性涂层和功能性涂层。



从热喷涂技术的原理及工艺过程分析,热喷涂技术具有以下一些特点.


⒈ 由于热源的温度范围很宽,因而可喷涂的涂层材料几乎包括所有固态工程材料,如金属,合金,陶瓷,金属陶瓷,塑料以及由它们组成的复合物等. 因而能赋予基体以各种功能(如耐磨,耐蚀,耐高温,抗氧化,绝缘,隔热,生物相容,红外吸取等)的表面.


⒉ 喷涂过程中基体表面受热的程度较小而且可以控制,因此可以在各种材料上进行喷涂(如金属,陶瓷,玻璃,布疋,纸张,塑料等),并且对基材的组织和性能几乎没有影响,工件变形也小.


⒊设备简单,操作灵活,既可对大型构件进行大面积喷涂,也可在指定的局部进行喷涂;既可在工厂室内进行喷涂也可在室外现场进行施工.


⒋喷涂操作的程序较少,施工时间较短,效率高,比较经济. 随着热喷涂应用要求的提高和领域的扩大,特别是喷涂技术本身的进步,如喷涂设备的日益高能和精良,涂层材料品种的逐渐增多,性能逐渐提高,热喷涂技术近十年来获得了飞速的发展,不但应用领域大为扩展,而且该技术已由早期的制备一般的防护涂层发展到制备各种功能涂层;由单个工件的维修发展到大批的产品制造;由单一的涂层制备发展到包括产品失效分析,表面预处理,涂层材料和设备的研制,选择,涂层系统设计和涂层后加工在内的喷涂系统工程;成为材料表面科学领域中一个十分活跃的学科.并且在现代工业中逐渐形成像铸、锻、焊和热处理那样的独立的材料加工技术,成功为工业部门节约贵重材料,并节约能源、提高产品质量、延长产品使用寿命、降低成本,是提高工效的重要的工艺手段,在国民经济的各个领域内得到越来越广泛的应用.


技术优势

能有机地把金属材料的强韧性、易加工性等和陶瓷材料的耐高温、耐磨和耐腐蚀等特性结合起来。

合理选择涂层材料和适宜的喷涂工艺,可以获得各种功能的表面强化涂层。

不受基体的限制:用于热喷涂的基体材料可以是金属、陶瓷、水泥、耐火材料、石料、石膏等无机材料,也可以是塑料、橡胶、木材、纸张等有机材料。

不受工件尺寸和施工场所的限制。

涂层沉积速率快,厚度可控,工艺简单。

陶瓷涂层的可加工性好,且涂层损坏后可再进行喷涂



发展趋势


热喷涂技术目前在国内已经得到了比较广泛的推广应用,近年来发展的趋势和特点是:


⑴大面积长效防护技术得到了广泛应用


对于长期暴露在户外大气的钢铁结构件,采用喷涂铝、锌及其合金涂层,代替传统的刷油漆方法,实行阴极保护进行长效大气防腐,近年来得到了迅速发展。如电视铁塔、桥梁、公路设施、水闸门、微波塔、高压输电铁塔、地下电缆支架,航标浮鼓、竖井井筒等大型工程,都采用了喷涂铝、锌及其合金方法进行防腐。目前国内有几十个专业喷涂厂从事这方面工作,喷涂面积每年达几百万平方米以上。这项技术不仅在国内大量推广应用,而且在援外工程中也得到了较好的推广应用。


⑵修复强化大型设备及进口零部件国产化


修复强化大型设备及进口零部件国产化 近年来这方面已有许多成功应用实例,如:一米七轧机、高速风机转子,大型挤压机柱塞、大型齿轮、电极挤压成型嘴、大功率汽车曲轴等。这些工作的进行,一是解决了生产急需;二是节约了大量外汇。


⑶超音速火焰喷涂技术的应用


随着中国热喷涂技术的发展与提高,对喷涂层质量要求也愈来愈高。近年来美国等国家发展起来的高速燃气(HVOF)法是制备高质量涂层的一种新的工艺方法。由于超音速火焰喷涂方法具有很多优点,目前国内已先后从国外引进近十几台设备,在各工业部门发挥着重要作用。


⑷气体爆燃式喷涂技术进一步得到应用


该项喷涂技术由于粒子飞行速度可达800m/s以上,涂层与基体结合强度可达100MPa以上,孔隙率<1%,在某些领域里应用,优于其他喷涂方法。目前国内已安装10台以上。


⑸氧乙炔火焰塑料粉末喷涂技术发展迅速


如前所述,国内近年来已有多家生产制造氧乙炔火焰塑料粉末喷涂设备,采用该项工艺技术,已在化工贮罐、管道、陶瓷行业泸泥机板框、印染行业的导布辊、煤炭行业带式运输机铸铁托轮、石油行业注聚设备,以及表面装潢等方面都得到了很好的应用,弥补了电喷塑的不足。为塑料涂层的应用,开辟了一个新的途径。


⑹热喷涂技术在化工防腐工程中得到应用


腐蚀是机械部件受周围介质的化学或电化学作用而失效的主要原因之一。它不仅使大量金属材料受损失,从而造成的停产损失更难以估计,所以人们对化工防腐工作特别重视。热喷涂层应用于腐蚀介质中,特别是强介质腐蚀,以前所以未能突破,其主要原因是封孔剂未能解决。众所周知,喷涂层是存在着孔隙的,若不进行封孔处理,各种酸、碱、有机介质就会浸入孔隙,使涂层脱落,影响防腐效果。根据防腐工程的要求,近期中国已研制成功了聚酯型、有机聚合物型、树脂型、塑料型、胶粘剂型等几十种型号的封孔剂,适用于酸、碱、盐及有机物的腐蚀环境,其使用温度80~350℃。采用陶瓷涂层、氧化物涂层或金属或合金涂层,根据不同介质,选用适当的封孔剂,已在许多化工腐蚀介质中应用,效果良好。该系列封孔剂已获专利并获国家发明奖。这些封孔剂的研究成功,使热喷涂技术在化工防腐工程中的应用有了新进展。


⑺激光重熔技术开始应用


近几年来,高频感应重熔、真空感应重熔只是在一定范围内得到应用。激光重熔技术前几年曾做过小面积试验,并未广泛应用。近期清华大学已将激光重熔技术用于阀门生产中,上海第二纺织机械厂已将激光重熔技术应用在纺织机械中。


⑻在建筑装潢医疗卫生方面也得到了应用


热喷涂技术在建筑装潢医疗卫生方面也得到了应用 近年来四川、上海、沈阳、云南等地采用热喷涂技术喷涂了各种雕像、饰物、大型壁面等收到了良好效果,如沈阳市国际商场的孔雀开屏大型壁画就采用了热喷涂技术。随着热喷涂技术的发展与提高,该项技术已渗透到其他领域中,如生物领域用热喷涂方法,制造人工骨骼,目前国内已临床200多例,效果很好。此外,用热喷涂方法制造的人工牙齿,也得到了初步应用。


热喷涂分类方法


作为新型的实用工程技术目前尚无标准的分类方法,一般按照热源的种类,喷涂材料的形态及涂层的功能来分。如按涂层的功能分为耐腐,耐磨,隔热等涂层,按加热和结合方式可分为喷涂和喷熔:前者是机体不熔化,涂层与基体形成机械结合;后者则是涂层再加热重熔,涂层与基体互溶并扩散形成冶金结合。

平常接触较多的一种分类方法是按照加热喷涂材料的热源种类来分的,按此可分为:①火焰类,包括火焰喷涂、爆炸喷涂、超音速喷涂;②电弧类,包括电弧喷涂和等离子喷涂;③电热法,包括电爆喷涂、感应加热喷涂和电容放电喷涂;④激光类:激光喷涂。


电弧喷涂


电弧喷涂:在两根焊丝状的金属材料之间产生电弧,因电弧产生的热使金属焊丝逐渐熔化,熔化部分被压缩空气气流喷向基体表面而形成涂层。

电弧喷涂按电弧电源可分为直流电弧喷涂和交流电弧喷涂。

直流:操作稳定,涂层组织致密,效率高。

交流:噪音大。

电弧产生的温度与电弧气体介质、电极材料种类及电流有关(如Fe料,电流280安,电弧温度为6100K)。但一般来说,电弧喷涂比火焰喷涂粉末粒子含热量更大一些,粒子飞行速度也较快,因此,熔融粒子打到基体上时,形成局部微冶金结合的可能性要大的多。所以,涂层与基体结合强度较火焰喷涂高1.5~2.0倍,喷涂效率也较高。


电弧喷涂还可方便地制造合金涂层或“伪合金”涂层。通过使用两根不同成分的丝材和使用不同进给速度,即可得到不同的合金成分。电弧喷涂与火焰喷涂设备相似,同样具有成本低,一次性投资少,使用也方便等优点。但是,电弧喷涂的明显不足,喷涂材料必须是导电的焊丝,因此只能使用金属,而不能使用陶瓷,限制了电弧喷涂的应用范围。近些年来,为了进一步提高电弧喷涂涂层的性能,国外对设备和工艺进行了较大的改进,公布了不少专利。例如,将甲烷等加入到压缩空气中作为雾化气体,以降低涂层的含氧量。日本还将传统的圆形丝材改成方形,以改善喷涂速率,提高了涂层的结合强度。


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