热喷涂技术及其应用

lcshjsb

热喷涂技术及其应用
( A& n0 g) |$ L' I 1  表面工程及热喷涂技术的特点及发展
/ Y# J. r" k  o* Z1 O    表面工程是经表面预处理后，通过表面涂覆、表面改性或多种表面工程技术复合处理，改变固体金属表面和非金属表面的形态、化学成份和组织结构和应力状态，以获得所需要表面性能的系统工程。
2 w+ b6 V# k" h& g    表面工程综合了多个领域的基础理论、技术和最新成果。表面工程技术因在基体材料表面制造了一层涂层或薄膜，或通过表面改性赋予材料许多特殊性能，使材料的表面性能大大优于材料基体，不仅能大大延伸基体材料的应用领域，而且解决了许多领域中材料无法满足环境要求的问题。表面工程技术在解决人类发展中遇到资源、能源、环境等共同问题中起着不可替代的重要作用。
1 f# T8 u0 }9 V  V    由于表面工程技术节能、节材，从而保护了人类赖以生存的宝贵资源，同时还对环境保护起到了非常关键的作用。21世纪表面工程技术将渗透各行各业，推动社会文明、提高生活质量。
    热喷涂技术是表面工程中的一个重要分支，它是通过火焰、电弧或等离子体等热源，将某种线状和粉末状的材料加热至熔融或半融化状态，并将加速形成的熔滴高速喷向基体形成涂层。涂层具有耐磨损、而腐蚀、而高温和隔热等优异性能，并能对磨损、腐蚀或加工超差引起的零件尺寸减小进行修复。热喷涂技术的应用主要包括：长效防腐、机械修复及先进制造技术、模具制作与修复、制造特殊的功能涂层等四个方面。目前，热喷涂技术已广泛应用于几乎所有工业领域以及家庭用品（如不粘锅、红外线保健电热器等）。
    20世纪末，热喷涂技术的发展十分迅速，并迅速被推广使用。1980年到2000年，热喷涂市场的变化见表1。到20世纪末，等离子喷涂仍然居主导地位。值得注意的是，高速火焰喷涂（HVOF）迅速发展，将占据25%的市场比例，居第二位。电弧喷涂技术，由于经济性好、涂层性能比火焰喷涂层优越，将部分代替火焰喷涂技术上升到第三位。

表1  主要热喷涂方法的应用比例

年份 $ `( K5 h$ o+ \0 n0 {	火焰喷涂	电弧喷涂 & `( i- v1 c7 @  k* ]	等离子喷涂	高速火焰喷涂
1980年 9 a/ p& w, R. U! O# }/ Z2 X+ J	39%	6%	55% # Q6 K. e- z! c2 {& s7 H; D	-
2000年 5 ^! v' Y1 ~( t( c0 A	12% * Q2 A% D2 T6 l' U' F3 o	15%	48% 9 f4 S5 D% j+ L8 l5 I1 J	25% % ~1 R9 S) G: R% O. c" g

: S6 v  S$ x  R6 d, s: @- }2  热喷涂技术的应用
    热喷涂技术目前已经得到了广泛的应用，其主要应用领域如表2所示。

表2  热喷涂涂层的主要应用领域

领域 % y( K4 y+ f# m$ G6 ^  F) X" E+ u	主要类型	涂层材料类型
防护涂层	阳极性防护涂层（抗大气压及浸渍腐蚀涂层）	Zn、Al、Zn-Al合金、Al-Mg合金、Al-Re : r* w; L: c! ^  T
	阴极性防护涂层（抗化学腐蚀涂层）	不锈钢、有色金属及合金、氧化物陶瓷、塑料等高分子材料
	抗高温氧化涂层 " N8 D% M. x- L1 K* N	Ni基、Co基合金、MCrAIY合金、氧化物陶瓷
强化涂层	耐磨粒磨损及冲蚀磨损	碳化物+金属、自熔性合金、氧化物陶瓷 4 h& X7 ?) j. E; l7 a
	耐摩擦磨损涂层 : L( `# u+ r1 o: V" m- p, e3 b( e+ P	Mo或Mo+合金；有色金属及合金；自熔性合金；氧化物陶瓷
	在强腐蚀介质中耐磨涂层 # d. b, b: r$ h	自熔性合金、高合金、陶瓷 9 r: |! R8 @, s# ^; z& h3 V
特殊功能涂层	热障涂层 # Z  h9 m4 m: ]$ h	氧化物陶瓷 " C7 P* u* M' b( ^7 U) d  g
	可磨密封涂层 ( x! r/ |- f: O	金属+非金属复合材料
	热辐射涂层 ) O9 ^  O/ d. i  b4 U. t- [9 q	氧化物复合材料 8 |7 r/ K) [6 b
	导电屏蔽及防辐射涂层 / a9 l! w. Z1 T" D$ V. d	金属
	固体润滑涂层	金属+非金属复合材料
	超导、耐电、高温塑料等特殊涂层	6 b1 t+ R$ X' A# u/ O% M3 a/ H

    近年的发展趋势和特点是：（1）大面积长效防护技术得到广泛应用，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，代替传统的刷油漆的方法，实行阴极保护进行长效大气防腐；（2）采用热喷涂技术修复与强化大型关键设备及进口零部件国产化；（3）超音速火焰喷涂技术的应用：（4）气体爆燃式喷涂技术进一步得到应用；（5）高速、自动氧乙炔火焰末喷涂技术发展迅速；（6）热喷技术在化工防腐工程中得到应用；（7）激光重熔技术开始应用。目前，热喷涂技术在军事、水利、电力、化工、建筑、环保、生物等众多工程领域等方面得到了日益广泛的应用，热喷涂在海洋工程方面也得到了广泛应用。对船身、甲板、驳船、大平底船、拖船等，热喷涂都取得了良好的长效保护效果。
3  热喷涂技术在化工、石油行业中的应用
; e% t* f2 P; I* e. i! G" s    在化工行业中，腐蚀尤为严重，它不仅造成大量材料和设备损失，而且因腐蚀造成的企业停产。安全事故及环境污染所带来的损失更难以估量的。防止“跑、冒、滴、漏”是化工企业设备管理的主要任务之一。集多种工艺方法于一身、以表面强化为宗旨的热喷涂技术可以喷涂所有的固态工程材料，并具有良好的化学稳定性，目前在化工行业中已得到日益广泛的应用。化工介质往往含有硫及氧，如燃料、酒精、醋酸、甲苯、甘油、糖浆的储罐，原轴套机械密封和叶轮，均可通过热喷涂解决防腐。对一般弱腐蚀介质可以通过金属热喷涂铝、锌、不锈钢加封闭解决，对强酸、碱等通过塑料火焰喷涂环氧、聚四氟乙烯等解决。效果十分显著。热喷涂在化工行业中的典型应用有如下几个方面：1、以低级材质 和加热喷涂层取代不锈钢、钛合金等高级材质不锈钢。2、可作为化工反应罐、贮罐、搅拌装置和管道的防腐涂层。3、可作为搪玻璃设备崩瓷损坏的良好修补层。
$ P' C; p8 t$ i3 d( e4 b    热喷涂在石油工业中也得到了广泛的应用。热喷涂已成功用于石油勘探，开采等设备的修复和防护。热喷涂涂层已成功用于石油钢管、海洋平台的长效防腐。某井下作业公司工程安装公司引进的电弧喷涂技术，较好地解决了金属防腐难题，填补了油田金属防腐空白。工程安装公司目前已将该技术应用到线材、板材、型材及金属设备中，喷涂后的产品防腐能力提高了2倍以上。