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金屬熱噴塗技術的曆史發展及特點

發布時間:2020-04-09 17:20  信息來源:蝶恋花直播APP下载地址新材料(蘇州)有限公司

  熱噴塗技術其實就是利用熱源融化塗層材料到需要加工的基體材料上,由於塗層材料廣泛、沉積速度快、靈活性高、易於自動化加工、適應性強等種種優勢,因此,慢慢這種技術得到了廣泛的應用。
 
  有數據統計表明,國外一台先進的航空發動機需要熱噴塗的零部件超過5000個,熱障塗層已經成為高性能航空發動機製造的關鍵技術之一;另外,據國外關於高性能陶瓷塗層應用的統計報告,熱噴塗陶瓷塗層在北美的高性能陶瓷製備市場中占了三分之二,這與國內有報道稱熱噴塗所產生的產值約為表麵技術所有產值的三分之一基本一致,表明熱噴塗技術已成為重要表麵工程技術之一。
 
金屬熱噴塗技術的曆史發展及特點
 
  利用熱能將噴塗材料熔化,再借助高速氣流將其霧化,並在高速氣流的帶動下粒子撞擊基材表麵,冷凝後形成具有某種功能的塗層即熱噴塗技術。
 

  熱噴塗技術的發展史及“熱噴塗”一詞由來如下:

 
  熱噴塗技術最早於1910年由瑞士肖普博士發明,當時命名:“金屬噴鍍”,到了1943年美METCO首次出版《金屬噴鍍》手冊,隨後到1959年美METCO第七次出版改名《火焰噴塗》手冊,由於技術的進步在,1973年9月10-14日在倫敦召開第七屆有關國際熱噴塗會議,改名“金屬噴塗”,但是在1979年9月27-10月1日在美Florida州一著名休養地Miami城召開第八屆國際熱噴塗會議,決定采用“熱噴塗”這一名詞,這就是“熱噴塗”名詞的由來。
 
  熱噴塗在不同年代誕生了不同方法和使用用途的技術:
 
  1910年:線材火焰噴塗技術;線材火焰噴塗廣泛用於機械部件和化工容器、輥筒表麵製備耐蝕、耐磨塗層。對噴槍噴嘴部分作適當變動後,也可用於噴塗塑料粉末。
 

  20年代:電弧絲噴塗技術,特點如下:

 
  1)在鋼鐵構件上噴塗特、鋁塗層,對構件進行長效防護。
 
  2)在鋼鐵件上噴鋁可防止高溫氧化。
 
  3)在鋼鐵件上噴不鏽鋼或其它耐磨金屬,用於耐磨蝕防護。
 
  4)在機械零件上嘖塗碳鋼、青銅等材料,用於修複零部件。
 
  5)在塑料製品上噴塗屏蔽塗層等。
 
  6)用電弧噴鋁或噴鑄生產複合銅板。
 

  50年代:爆炸噴塗和等離子噴塗技術

 
  等離子弧焰流溫度高,適合噴塗高熔點材料。塗層密度可達85-98%,結合強度高達35~70Mpa,噴塗質量遠優於火焰噴塗層。主要用於:
 
  1)耐磨、減磨塗層;
 
  2)耐蝕塗層;
 
  3)抗高溫氧化、抗高溫氣流衝刷、熱障塗層;
 
  4)製造金屬、陶瓷類高烙點複合材料。
 
  爆炸噴塗:
 
  將粉末注入噴槍,同時引入氧—乙炔混合氣,點燃引爆氣體產生3300℃高溫,粉末被加熱並以2倍音速以上速度噴射到工件表麵,形成~20mm直徑,~8μm厚的高結合強度和高致密度的塗層。整個塗層由小圓形薄片重疊而成。
 
  1)航空發動機鐵合金風扇葉片阻尼台上用爆炸噴塗0.25mn厚的WC,壽命提高10倍:
 
  2)燃燒室的定位卡環上噴一層0.12mm厚Cr3C2,壽命提高7倍。
 
  3)目前爆炸噴塗主要用於製備優質耐磨塗層。
 
  60年代:自熔性合金粉末火焰、等離子噴塗和噴焊技術
 

  80年代:超音速火焰噴塗技術

 
  超音速火焰噴塗
 
  燃料氣體(氫氣、丙烷、丙烯或MAPP)和助燃劑(02)以一定的比例導入燃燒室內混合,爆炸式燃燒,高溫燃氣經燃燒室上部燃燒頭內的四根傾斜噴管進入銅噴嘴,粉末由送粉氣(Ar或者N2)定量沿燃燒頭內碳化物中心套管送入高溫燃氣中,由高溫高速燃氣帶出噴嘴,高速噴嘴到工件上形成塗層,整個噴槍由循環水冷卻。
 

  90年代:激光熔覆技術

 
  我國熱噴塗技術是從五十年代開始的,當時由吳劍春和張關寶在上海組建了國內第一個專業化噴塗廠,研製氧乙塊焰絲噴及電噴裝置,並對外開展金屬噴塗業務。我國熱噴塗技術起步較早,50年代就發展了絲材電弧噴塗;60年代某些軍工部門開始研究等離子噴塗:70年代出現了品種和型號較為齊全的噴塗設備和材料,但總的來說進展緩慢,隻是到了近些年才獲得了較快的發展。
 
金屬熱噴塗技術的曆史發展及特點
 

  熱噴塗技術的特點:

 
  熱噴塗技術在應用上已由製備裝飾性塗層發展為製備各種功能性塗層,如耐磨、抗蝕、抗氧化、隔熱、導電、絕緣、減摩、潤滑、防輻射等塗層。
 
  熱噴塗既可用於修複,又可用於製造。由於塗層材料的性能優於基體,用其對零件表麵進行塗覆,能使產品質量得到大幅度提高。
 

  優點:

 
  (1)基材及塗層材料廣泛。
 
  (2)基體溫度低。
 
  (3)操作靈活。
 
  (4)塗層厚度範圍寬。
 

  缺點:

 
  (1)熱效率低。
 
  (2)材料利用率低,浪費大。
 
  (3)塗層與基材結合強度低
 

  塗層材料的選擇:

 
  (1)熱噴塗材料最好有較寬的液相區,較寬的液相區可以使塗層材料的熔滴在較長時間內保持液相。
 
  (2)熱穩定性好,在高溫焰流中不升華,不分解。材料在熱噴塗溫度下如果易於分解,則不適用於熱噴塗。
 
  (3)噴塗材料在熔融狀態下應和基材有較好的浸潤性,以保證塗層與基材之間有良好的結合性能。
 
  (4)與基材有相近的熱膨脹係數,以防止因膨脹係數相差過大產生較大的熱應力。
 

  塗層形成過程:

 
  (1)噴塗材料被加熱到熔融狀態。
 
  (2)噴塗材料被霧化成微小熔滴並高速撞擊基體表麵,撞擊基體的顆粒動能越大和衝擊變形越大,形成的塗層結合越好。
 
  (3)熔融的高速粒子在衝擊基材表麵後發生變形,冷凝後形成塗層。
 

  熱噴塗的工藝流程包括:

 
  (1)表麵預處理
 
  (2)熱噴塗
 
  (3)後處理
 
  (4)機加工等
 

  基材表麵預處理:

 
  (1)淨化處理:清除表麵汙垢。
 
  (2)粗化處理:提高塗層與基體之間的結合牢度。
 
  粗化處理可提高塗層結合強度的理由是:
 
  1)提供表麵壓應力:
 
  2)提供與塗層顆粒互鎖機會;
 
  3)增大結合麵積;
 
  4)淨化表麵。
 
  熱噴塗已成為耐磨塗層製備的重要方法而廣泛應用於各個國民經濟領域,塗層的多孔層狀結構特點使其耐磨服役行為與同類塊體顯著不同,最重要的特點在於載荷的影響。在低應力服役條件下,熱噴塗塗層表現出良好的耐磨損性能,但應力高於某一水平時,由於發生裂紋沿沉積粒子界麵加速擴展而加速磨損,特別是在衝蝕、空蝕、微動、疲勞、磨料磨損條件下,使得塗層材料的潛力僅能發揮10%~30%。因此,建立塗層組織結構、性能、服役條件、服役效能之間係統關係的基礎研究,通過建立數據庫以指導耐磨塗層的設計與使用,將是充分發揮材料潛力、提高熱噴塗塗層服役效能、實現節約資源與能源的重要途徑。
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