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热喷涂技术适用范围

无论是机械零件还是金属构件,最突出的问题就是表面磨损或腐蚀或者两者皆之。这里简要介绍一下美国METCO公司的涂层应用指南:

  1、耐磨损——热喷涂技术在高温和低温下最大的应用领域。这类涂层具体分为以下几种:

  (1)耐粘着磨损或划伤——两个表面相对滑动,碎屑从一个表面粘到另一个表面时,发生粘着磨损或划伤。专用典型涂层为钴基碳化钨、镍铬/碳化铬涂层。

  (2)耐磨粒磨损——当较硬表面在较软表面上滑动,而且两表面之间存在磨损时,发生磨粒磨损。当纤维和丝线在表面高速通过时,也发生磨粒磨损。专有典型涂层为钴基镍铬合金、自熔合金混合钼、氧化铬涂层。

  (3)耐微振磨损——重复加载和卸载产生周期应力导致表面开裂和大面积脱落。专用典型涂层为氧化铝/二氧化钛涂层。

  (4)耐气蚀磨损——液体流动在表面产生机械冲击。专用典型涂层为铝青铜涂层。

  (5)耐冲蚀磨损——气体或液体携带粒子高速冲击表面时,发生冲蚀磨损。专用典型涂层为氧化铝/二氧化钛、氧化铝涂层。

  2、耐高温抗氧化——这类涂层抗化学或物理分解,改善零件的高温性能。这类涂层分为以下几种:

  (1)热障涂层——在零件和高温环境之间充当热屏障。典型涂层为用氧化钇做稳定化处理的氧化锆涂层。

  (2)抗高温氧化涂层——保护基体抗高温氧化。典型涂层为镍/铬涂层。

  (3)耐热腐蚀涂层——保护暴露在热腐蚀性气体中的基体。典型涂层为镍/铬涂层。

  3、防腐蚀涂层——选择这类涂层比较复杂,因为零件在服役状态,环境温度和各种介质对涂层材料都有一定的要求,一般采用钴基合金、镍基合金和氧化物陶瓷等作为涂层材料,通过提高涂层的致密性,堵住腐蚀介质的渗透;合理选择涂层材料与零件基材的氧化/还原电位,防止电化学腐蚀,涂敷抑制腐蚀的封孔剂。

  4、导电涂层或绝缘涂层——这类涂层又分为以下几种:

  (1)导电涂层——专用典型涂层为铜涂层。

  (2)绝缘涂层——专用典型涂层为氧化铝涂层。

  (3)屏蔽涂层——抗电磁干扰(EMI)或高频干扰(RFI)专用典型涂层为铜涂层。

  5、恢复尺寸涂层——这类涂层主要用于修补因磨损或加工超差的零件。对涂层材料的选择主要取决于零件的使用要求。

  6、间隙控制涂层——这类涂层提供紧密的封严间隙,显著提高设备性能和运转效率。与配合零件接触时,涂层优先受控磨损。典型涂层为镍/石墨、聚酯铝混合物、铝/石墨涂层。

  选择热喷涂的主要依据(在选择热喷涂以前,必须弄清以上几个方面的问题)

  (1)零件的服役情况零件在何种介质中工作;零件的工作温度;零件的受力情况及负荷大小;零件的失效原因。

  (2)零件的理化状态零件的材质、成份、尺寸和外形;是否用过其它表面处理方法;热膨胀系数;以及磨损的部位和面积;

  (3)对涂层的技术要求如涂层的厚度、硬度和结合强度;尺寸和变形极限和精度等级;机加工性能以及所需的表面粗糙度等;

  (4)经济上的合理性采用热喷涂对新制件的预保护或对失效件的修复,除了技术上的必要性外,绝大多数是出于经济上的原因。经计算,一般的喷涂费用只占零件价格的20%左右,当然也有占的比例较大的,甚至大大超过零件本身的价格,然而经喷涂过的零件其使用寿命比未喷涂的至少要提高几倍至几十倍。有些大的零件或者制造周期长的零件,一旦损坏后,很难及时配购,而采用热喷涂弥补了由停机带来的损失,经济上还是合算的。

  热喷涂技术在我国推广应用情况

  热喷涂技术是一项低投入、高产出的项目,通过喷涂及表面强化或予保护或者修旧利废,其寿命可以成倍甚至几十倍增长。我国目前已能生产三十几个品种喷涂设备,上百种喷涂材料,上述十种喷涂方法国内已采用,这种新的表面工程技术已广泛应用于国民经济各部门,取得了重大经济效益,从“六五”开始,连续三个五年计划被国家列为重点推广项目,据不完全统计,“六五”取得直接经济效益十七亿元,“七五”为二十四亿元,“八五”为三十五亿元。各地区、各部门都抓住了一批量大面广的典型件进行推广应用。如:冶金部的高炉渣口;铁道部的气阀活塞环和钢轨修复;煤碳部的刮板机中部槽及压液支柱;石油行业的各种柱塞及钻杆接头;机械行业的阀门密封面;造纸行业的烘缸;航空部门的热障涂层等等,目前推广应用在全国热喷涂协作组的统一组织与协调下,已形成了网络和体系,为进一步推广应用创造了有利条件,但就地区、部门之间发展还不平衡,特别一些重工业基地,还应该大力推广应用。

  热喷涂技术推广应用的重大意义

  据世界各国有关部门统计,发达国家每年由于磨损和腐蚀造成的损失约占国民经济总产值10%左右(其中磨损,腐蚀各占5%)。

  数据表明:

  1976年美国国家标准局公布:1975年全国腐蚀损失700亿美元,相当于国民经济总产值4%,磨损断裂损失每年预计1400亿美元。

  英国:1971年仅不列颠岛磨损为13.65英磅。

  瑞士:1969年仅对二百万辆汽车统计,损失5亿克朗。

  我国:1981年腐蚀为100-150亿元人民币,1980年对十个大化工企业统计,腐蚀直接经济损失为3.97%。煤碳部每年磨损腐蚀为17亿元(其中磨损8亿元,腐蚀为9亿元)。冶金部1989年统计,由于磨损腐蚀到造成的损失,目前采用热喷涂技术挽回只占可节约值的6.9%。

  从上述数据看,我国“六五”热喷涂产生直接经济效益为17亿元,“七五”二十四亿元,由此可见,“十一五”继续广泛深入地推广应用热喷涂技术,有重大的潜在经济效益和相当可观的经济效益。今后永久性推广应用该项技术意义重大。

  热喷涂在我国重大项目典型应用

  电力系统

  ⑴火电厂、钢厂、水泥厂等大型工业燃煤/燃油CFB锅炉和煤粉锅炉“四管”(即水冷壁管、过热器管、再热器管、节煤/节油器管)喷涂LX34镍铬/碳化铬、LX88A超硬耐磨合金涂层、耐磨陶瓷涂料和耐磨陶瓷贴片及其它耐磨防腐等多种先进涂层施工技术。

  ⑵火电厂风机叶片发电厂风机叶片,长期受一定温度下磨粒磨损,采用镍基碳化钨喷焊进行强化寿命可大大提高。目前北京、西安、甘肃、四川、沈阳等地的电厂风机叶片采用镍基碳化钨喷焊方法都有大量成功实例。

  ⑶火电厂汽轮机缸盖密封面修复;

  ⑷水电站的水闸门、升降压站配电装置、高压输电铁塔等喷锌、喷铝及其合金涂层长效防腐;

  ⑸水电站的水轮机过流部位如转轮、导水叶、底环、顶盖、尾水管等抗气蚀冲刷喷焊层;

  ⑹柴油发电机曲轴磨损后的修复;

  ⑺风力发电底座的喷涂。

  冶金系统(高温耐磨涂层在各种热轧工具的应用)

 

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