熱噴涂技術(shù)是利用熱源將噴涂材料加熱至熔化或半熔化狀態(tài),并以一定的速度噴射沉積到經(jīng)過預(yù)處理的基體表面形成涂層的方法。
熱噴涂具有用材廣泛、設(shè)備輕便、工藝靈活、操作程序少、可快捷修復(fù)、適應(yīng)性強、涂層厚度可控等優(yōu)點,適用各種基體材料的零部件、幾乎可在所有的固體材料表面上制備各種防護(hù)性涂層和功能性涂層,已廣泛應(yīng)用于石油化工、航空航天、交通、造紙和機(jī)械等領(lǐng)域。
01
熱噴涂在航空發(fā)動機(jī)中的應(yīng)用
下面簡單闡述一下幾類熱噴涂材料在航空發(fā)動機(jī)中的的應(yīng)用:
耐磨涂層材料
在機(jī)械工程領(lǐng)域,最常見的一種故障形式就是因為機(jī)器零件因為長時間的運行而出現(xiàn)磨損所導(dǎo)致的。而降低這種機(jī)械故障的方法就是及時更換零件或者增強零件的耐磨性,但經(jīng)常更換零件勢必會造成更大的人力以及財力資源的浪費。耐磨材料的出現(xiàn)極大的滿足了人們的需求,降低了物料對設(shè)備部件沖刷造成的磨損。對航空發(fā)動機(jī)的部件來說,其耐磨涂層材料一定滿足熔點高、硬度高、抗沖擊磨損性能好等要求,采用熱噴涂技術(shù)得到的耐磨涂層都具有優(yōu)良的耐磨性能。
封嚴(yán)涂層材料
對航空發(fā)動機(jī)來說,轉(zhuǎn)子之間的間隙對其工作效率也有極大的影響。較小的間隙不僅能大大提高航空發(fā)動機(jī)的效率,降低油耗,同時還有效改善了發(fā)動機(jī)的安全性能,因此在航空發(fā)動機(jī)中使用了大量的封嚴(yán)涂層材料。為了滿足當(dāng)前航空發(fā)動機(jī)的運行要求,航空發(fā)動機(jī)使用的封嚴(yán)涂層材料需要具備高強度及抵抗氣體沖擊力的能力,一般為金屬和非金屬復(fù)合材料,截止目前已有20多種可行噴涂材料,陶瓷材料和納米材料等方面的熱噴涂材料研究也在進(jìn)行中。
高溫防護(hù)涂層材料
航空發(fā)動機(jī)在運行過程中會產(chǎn)生大量的熱量,為了防止發(fā)動機(jī)部件出現(xiàn)因高溫氧化等現(xiàn)象,需要在其表面噴涂高溫防護(hù)材料。根據(jù)運行過程中的實際需求,所涂抹的高溫防護(hù)涂層除了具備基本的抗高溫以及抗氧化性之外,還需要這種涂層材料的物質(zhì)在高溫條件下不出現(xiàn)分解并且和被涂抹機(jī)體表面之間不發(fā)生任何反應(yīng)。
尺寸修復(fù)涂層材料
在航空發(fā)動機(jī)的運行過程中,在其零件表面涂抹相應(yīng)材料,只是為了有效減少磨損或者其他損傷的概率,并不能直接杜絕這種損傷情況的發(fā)生。因此航空發(fā)動機(jī)經(jīng)過長時間的運行,難免會有部分零件會出現(xiàn)磨損或者其他損傷,而這些損傷會改變原本零件尺寸,影響機(jī)器的正常運行,因此修復(fù)涂層材料的研究也極其重要。另外,根據(jù)實際修復(fù)過程的不同還需要采用相應(yīng)科學(xué)合理的噴涂技術(shù)以及噴涂工藝。
增強發(fā)動機(jī)性能、降低維修成本、 延長壽命、提高安全指數(shù)。
02
熱噴涂在火力電廠鍋爐防護(hù)中的應(yīng)用
噴涂過程一般經(jīng)歷以下四個階段: 噴涂材料被加熱、熔化;熔化的噴涂材料被霧化; 熔融或熔化的微細(xì)顆粒的噴射飛行; 粒子在基材表面發(fā)生碰撞、變形、凝固和堆積形成涂層。
根據(jù)采用能源種類不同可以分為三類(如下圖)。目前,在我國燃煤電廠鍋爐防護(hù)領(lǐng)域中應(yīng)用最為廣泛的是電弧噴涂技術(shù)。此外,超聲速火焰噴涂以及火焰粉末噴涂技術(shù)也有一定程度的應(yīng)用。
電弧噴涂技術(shù)
電弧噴涂是利用兩根被噴涂的絲材作自耗電極,當(dāng)兩絲材短接將電弧引燃后,只要絲材連續(xù)送進(jìn),不斷補充熔化并被壓縮空氣吹向工件,就能維持電弧燃燒即噴涂過程。與其他熱噴涂工藝相比,電弧噴涂設(shè)備簡單,噴涂成本較低但效率很高,且對操作人員的要求較低,現(xiàn)場施工時可重復(fù)性較強。因此,在電廠鍋爐“四管”的現(xiàn)場噴涂防護(hù)中,一般均采用電弧噴涂工藝。
超聲速火焰噴涂技術(shù)
超聲速火焰噴涂技術(shù)是使助燃?xì)怏w與燃燒氣體在燃燒室內(nèi)燃燒產(chǎn)生高壓火焰,再經(jīng)特制的噴嘴射出高速焰流,從而將送入其中的粉體材料加熱、加速噴射到基體表面形成涂層的方法。采用超聲速噴涂工藝制備的涂層非常致密,結(jié)合強度高,具有極低的孔隙率。NiCr-Cr3C2是使用超聲速火焰噴涂工藝對電廠鍋爐管壁進(jìn)行防護(hù)時最常使用的粉體材料,具有很好的耐磨粒磨損性能。
火焰粉末噴涂技術(shù)
粉末火焰噴涂是采用氧乙炔火焰為熱源,使用粉末作為噴涂材料的熱噴涂方法。在噴涂過程中或涂層形成后,對基體和涂層加熱,使涂層在基體表面熔融,并和基體產(chǎn)生擴(kuò)散或互熔,形成與基材冶金結(jié)合的涂層。
降低維修成本、提高生產(chǎn)效率、提高設(shè)備安全性能
03
其它應(yīng)用
熱噴涂技術(shù)在冶金、交通、焚燒鍋爐、化學(xué)工業(yè)鍋爐、海洋石化、印刷造紙業(yè)、通用機(jī)械等方面也有許多應(yīng)用。
04
熱噴涂技術(shù)在國內(nèi)已經(jīng)得到了較大的發(fā)展和廣泛應(yīng)用,在國民經(jīng)濟(jì)中做出了重要貢獻(xiàn),但是熱噴涂在實際應(yīng)用中,仍然存在一些問題。具體分析,詳見下回分解。