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热喷涂技术介绍

日期:2017年8月8日 12:02

  概述热喷涂是一项修复和预保护技术,随着现代科技的发展与提高,对工业生产装备以及机械零部件的使用性能要求也越来越高。整体铸造或锻造比较昂贵的金属,如钛、镍、钴、钨、锆、等造价很高而且铸、锻造以及焊接方法都有一定困难,于是在普通材料的工作表面,喷涂一层特殊的涂层,使其达到:防腐、耐磨、减磨、抗高温、抗氧化、隔热、绝缘、导电、防微波辐射等一系列多种功能,使其达到节约材料,节约能源的目的。
  
  定义热喷涂是指采用氧—乙炔焰、电弧、等离子弧、爆炸波等提供不同热源的喷涂装置,产生高温高压焰流或超音速焰流,将要制成涂层的材料如各种金属、陶瓷、金属加陶瓷的复合材料、各种塑料粉末的固态喷涂材料,瞬间加热到塑态或熔融态,高速喷涂到经过预处理(清洁粗糙)的零部件表面形成涂层的一种表面加工方法。我们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”,它是采用各种热源进行喷涂和喷焊的总称。
  
  历史热涂技术最早于1910年由普博士发明,当时命名:“金属喷镀”
  
  1943年美国METCO公司首次出版了《金属喷镀》手册
  
  1959年美国METCO公司第七次出版改名《火焰喷涂》手册
  
  1973年9月10—14日在英国伦敦召开第七届有关国际热喷涂会议,改名“金属喷涂”
  
  1979年9月27—10月1日在美国Florida州一著名休养地Miami城召开第八届国际热喷涂会议,就采用“热喷涂”,这一名词,这就是“热喷涂”名词的由来。
  
  我国热喷涂技术是从五十年代开始的,当时由吴剑春和张关宝在上海组建了国内第一个专业化喷涂厂,研制氧乙炔焰丝喷及电喷装置,并对外开展金属喷涂业务。我国热喷涂技术起步较早,50年代就发展了丝材电弧喷涂;60年代某些军工部门开始研究等离子喷涂,等离子弧焰温度高、等离于喷涂颗粒飞行速度快,涂层结合强度也较高(40~80MPa),孔隙率小于5%,在我国军工部门得到广泛应用;70年代出现了品种和型号较为齐全的喷涂设备和材料,但总的来说进展缓慢,只是到了近几年才获得了较快的发展。特别是原国家经委将热喷涂作为国家重点推广项目以后,发展速度更快并取得了显著的经济效益。1981年10月21—27日由国家经委、国家科委主持在北京召开了首届全国热喷涂会议,会上宣布由国家经委领导下成立了“全国热喷涂协作组”,挂靠北京矿冶研究总院,协作组对上联系国家经贸委,对下联系各省市、自治区经委科技处各部门科技局,以及大中型企业、大专院校、科研单位等形成跨地区、跨行业、跨部门推广应用热喷涂技术网络体系,现有团体会员单位400多个。1991年国家机电部武汉材料保护研究所向国家民政部申请成立了“中国表面工程协会热喷涂专业委员会”,是全国从事表面工程的企业及相关单位自愿组成的行业组织,现挂靠北京农机学院,已发展团体会员400余个及境外会员150余个。
  
  热喷涂(焊)比电镀硬铬有下列优点
  
  (1)对于同样生产能力来说,镀硬铬和热浸镀的基建费用和能源费用要高得多。
  
  (2)对于同等生产能力来说,热喷涂所需场地只有镀硬铬和热浸镀的几分之一。
  
  (3)铬的价格比其它材料贵,而且市场供应仍很紧缺,热喷涂使用的材料广泛,有很多材料比硬铬更耐磨。
  
  (4)镀硬铬的废液处理费用越来越高,而热喷涂无公害问题。
  
  (5)镀硬铬只能用于导电材料和可以放入镀槽内的工件,而热喷涂的工件不受材质和几何形状限制,几乎适用于任意大的金属与非金属结构件表面喷涂,也可对各种大型工件进行局部喷涂,既可在室内加工、又可在野外现场喷涂作业,如采用相应的工艺可在各种金属、陶瓷、玻璃、石墨、水泥、塑料、木材等基体表面喷涂不同性能的各种金属、陶瓷、金属加陶瓷的复合材料,又可喷涂各种塑料粉末材料的涂层。
  
  (6)热喷涂层不仅可以恢复一切磨损超差机械零部件尺寸,又可以使任何金属与非金属材料表面复合、表面改性、表面强化、使其达到:防腐、耐磨、减磨、抗高温、抗氧化、隔热、绝缘、导电、防微波辐射等一系列多种功能,使其达到节约材料,节约能源的目的。从而使各种机械设备、车辆零部件“益寿延年”,使报废的零部件“起死回生”。涂层与基体结合强度≥6.5~10kg/ mm2,喷焊层与基体结合强度≥45kg /mm2,涂层硬度从15~69HRC,涂层粗糙度为Rz25~100um,涂层厚度0.3~15mm,涂层经机械加工后粗糙度可恢复到Ra0.8~0.2um,可满足不同技术要求。
  
  (7)与电镀或电刷镀工艺相比,热喷涂的涂层沉积速率高,操作时间仅为电镀的几百分之一。
  
  (8)在普通材料基体表面喷涂贵重金属及功能材料,或选择优质材料喷涂产品关键部位,如化工不锈钢反应釜可用碳钢制造,工作表面喷涂不锈钢材料,可大大节约您的设备造价,提高产品质量,延长使用寿命。
  
  (9)各种大型关键设备的零部件及国外进口局部磨损无备件更换,或难以制造而且价值昂贵的零部件,采用热喷涂修复具有简便、可靠、快捷、可减少因停工停产给工厂造成的经济损失。
  
  (10)该技术具有设备简单、投资少、成本低、见效快、效益高、用途广的特点。
  
  近年来,热喷涂材料中陶瓷和塑料材料受到了重视并发展了相应的火焰喷涂装置;应该特别指出的是,最早问世的火焰喷涂技术,在飞速发展的热喷涂技术中,不但没有被淘汰,而是经过不断改进在适应各类材料的喷涂中继续发展。各种新型喷涂材料的出现,进一步扩大了火焰喷涂技术的使用范围。新型火焰喷涂枪不但可以喷涂各种金属、陶瓷、金属加陶瓷的复合材料、各种塑料粉末材料的涂层。尽管等离子和HVOF/HVAF超音速以及爆炸喷涂的涂层优于常规火焰喷涂,但由于投资大、操作控制系统复杂、设备笨重、无法现场施工,应用范围受到极大限制,在在防腐和维修市场难以推广普及,新型火焰喷涂设备与技术和超音速电弧喷涂设备与技术在工业防腐和零件修复市场中永远是主要技术力量。
  
  我国热喷涂发展现状
  
  世界的热喷涂已有100年的历史,中国的热喷涂也有近五十年的历史。特别是近二十年来,中国的热喷涂有了较大的进步和发展,下面,就总体水平和地位、设备与材料、应用、科研与开发等方面作简单介绍。
  
  1.总体水平和地位据不完全统计,在“八五”期间(1991~1995年包括1996年),中国热喷涂行业总产值为3亿元年左右(包括热喷涂设备、材料、施工与技术服务、辅助设备材料等)。1996年,我国国民经济总产值约为7.5万亿元(约为9100亿美元),热喷涂产值约占其0.39/10000>。
  
  根据协会统计,全国热喷涂从业人员3000人左右(不含施工队临时工),从事热喷涂工作的单位为300~350个,包括热喷涂设备、材料、辅机、辅助材料生产厂、热喷涂施工、技术服务单位,以及从事热喷涂的科研、教学、开发单位和贸易公司。
  
  热喷涂企业仍一种小型单位(﹤30人)为主,占总数的90%以上。热喷涂行业人均产值约为10万元/人?年,在机械行业中属于佼佼者(上等水平)。
  
  据国外有关材料介绍,近几年美国热喷涂总产值约为20亿美元,日本为800亿日元,分别占其国民经济总产值(GNP)的3.6/10000和2.3/10000。热喷涂产值在GNP重的比值是该国热喷涂发达与否的重要标志。中国的这个比值,仅为美国的11%,日本的17%。这说明,中国的热喷涂仍处于发展阶段,远未达到成熟和饱和阶段,也正因为如此,热喷涂在中国的市场广大,机遇甚多,发展前景看好。
  
  2.热喷涂设备与材料经过几十年的自主开发和引进、借鉴国外先进技术,目前,中国已能开发和生产真空等离子、大气等离子、爆炸喷涂、等离子堆焊、电弧喷涂、火焰粉末喷涂、火焰线材喷涂设备,生产金属粉末(Ni、Co、Fe基,合计约300t/年)、陶瓷、金属陶瓷粉末(Al2O3、Al2O3+TiO2,Cr2O3,WC—Co等,合计约200t/年),丝材(Al、Zn、Cu、不锈钢等,合计约1000t/年)。尽管设备总体水平仍不高,材料仍存在这样或那样的质量问题,但是,中国已成为世界上少数几个能在热喷涂设备和材料上自给自足的国家之一,基本满足热喷涂行业的需要。同时,约有10%的设备和材料仍需进口。
  
  3.热喷涂技术的应用目前,热喷涂技术在中国已经得到比较广泛的应用,主要的应用领域有航空、航天、钢铁、石化、钢结构防腐、机械、轻工、纺织、造纸、能源、船舶等,总产值约2亿元/年。我国的热喷涂应用有以下特点:
  
  ⑴应用范围大,在某些领域具有相当高的水平,如航空发动机(与波音合作),退火炉炉底辊、镀锌导辊(钢铁行业)、阀门(石化行业)、拉丝导辊、塔轮、拉丝圈等(纺织工业)、高档玻璃模具(轻工)、气门(汽车行业)等。
  
  ⑵采用的工艺和材料广泛,几乎目前国际上使用的热喷涂工艺和材料,中国都在用,如真空等离子喷涂、大气等离子喷涂、爆炸喷涂、超音速火焰喷涂、电弧喷涂、火焰粉末喷涂、等离子堆焊、激光重熔、真空(保护气氛)重熔等。
  
  ⑶从事热喷涂应用(Job Shop)的企业以中小企业(<30人)为主,人数占总数的2/3,产值占总产值的75%以上。股份合作制企业、私人企业、集体企业占相当比重,合、独资企业开始出现。
  
  ⑷以热喷涂作为设备、部件的维修手段比较发达,对中、小热喷涂企业而言,一半以上的工作是针对修复。
  
  ⑸科研院所、大专院校的相关专业研究室,教研室,如焊接(占大半以上),材料、表面加工等专业,积极进入国内热喷涂市场。我国热喷涂的主要技术力量也在上述单位。
  
  当前,在应用方面存在的主要问题是,规模小、水平高低不齐,缺乏统一管理和标准,无法形成在国内外具影响力的热喷涂龙头企业(如日本的Tocal、美国的Praxair、法国的SNMI等)。

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