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熱噴涂技術介紹

日期:2017年8月8日 12:02

  概述熱噴涂是一項修復和預保護技術,隨著現代科技的發展與提高,對工業生產裝備以及機械零部件的使用性能要求也越來越高。整體鑄造或鍛造比較昂貴的金屬,如鈦、鎳、鈷、鎢、鋯、等造價很高而且鑄、鍛造以及焊接方法都有一定困難,于是在普通材料的工作表面,噴涂一層特殊的涂層,使其達到:防腐、耐磨、減磨、抗高溫、抗氧化、隔熱、絕緣、導電、防微波輻射等一系列多種功能,使其達到節約材料,節約能源的目的。
  
  定義熱噴涂是指采用氧—乙炔焰、電弧、等離子弧、爆炸波等提供不同熱源的噴涂裝置,產生高溫高壓焰流或超音速焰流,將要制成涂層的材料如各種金屬、陶瓷、金屬加陶瓷的復合材料、各種塑料粉末的固態噴涂材料,瞬間加熱到塑態或熔融態,高速噴涂到經過預處理(清潔粗糙)的零部件表面形成涂層的一種表面加工方法。我們把特殊的工作表面叫“涂層”,把制造涂層的工作方法叫“熱噴涂”,它是采用各種熱源進行噴涂和噴焊的總稱。
  
  歷史熱涂技術最早于1910年由普博士發明,當時命名:“金屬噴鍍”
  
  1943年美國METCO公司首次出版了《金屬噴鍍》手冊
  
  1959年美國METCO公司第七次出版改名《火焰噴涂》手冊
  
  1973年9月10—14日在英國倫敦召開第七屆有關國際熱噴涂會議,改名“金屬噴涂”
  
  1979年9月27—10月1日在美國Florida州一著名休養地Miami城召開第八屆國際熱噴涂會議,就采用“熱噴涂”,這一名詞,這就是“熱噴涂”名詞的由來。
  
  我國熱噴涂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涂廠,研制氧乙炔焰絲噴及電噴裝置,并對外開展金屬噴涂業務。我國熱噴涂技術起步較早,50年代就發展了絲材電弧噴涂;60年代某些軍工部門開始研究等離子噴涂,等離子弧焰溫度高、等離于噴涂顆粒飛行速度快,涂層結合強度也較高(40~80MPa),孔隙率小于5%,在我國軍工部門得到廣泛應用;70年代出現了品種和型號較為齊全的噴涂設備和材料,但總的來說進展緩慢,只是到了近幾年才獲得了較快的發展。特別是原國家經委將熱噴涂作為國家重點推廣項目以后,發展速度更快并取得了顯著的經濟效益。1981年10月21—27日由國家經委、國家科委主持在北京召開了首屆全國熱噴涂會議,會上宣布由國家經委領導下成立了“全國熱噴涂協作組”,掛靠北京礦冶研究總院,協作組對上聯系國家經貿委,對下聯系各省市、自治區經委科技處各部門科技局,以及大中型企業、大專院校、科研單位等形成跨地區、跨行業、跨部門推廣應用熱噴涂技術網絡體系,現有團體會員單位400多個。1991年國家機電部武漢材料保護研究所向國家民政部申請成立了“中國表面工程協會熱噴涂專業委員會”,是全國從事表面工程的企業及相關單位自愿組成的行業組織,現掛靠北京農機學院,已發展團體會員400余個及境外會員150余個。
  
  熱噴涂(焊)比電鍍硬鉻有下列優點
  
  (1)對于同樣生產能力來說,鍍硬鉻和熱浸鍍的基建費用和能源費用要高得多。
  
  (2)對于同等生產能力來說,熱噴涂所需場地只有鍍硬鉻和熱浸鍍的幾分之一。
  
  (3)鉻的價格比其它材料貴,而且市場供應仍很緊缺,熱噴涂使用的材料廣泛,有很多材料比硬鉻更耐磨。
  
  (4)鍍硬鉻的廢液處理費用越來越高,而熱噴涂無公害問題。
  
  (5)鍍硬鉻只能用于導電材料和可以放入鍍槽內的工件,而熱噴涂的工件不受材質和幾何形狀限制,幾乎適用于任意大的金屬與非金屬結構件表面噴涂,也可對各種大型工件進行局部噴涂,既可在室內加工、又可在野外現場噴涂作業,如采用相應的工藝可在各種金屬、陶瓷、玻璃、石墨、水泥、塑料、木材等基體表面噴涂不同性能的各種金屬、陶瓷、金屬加陶瓷的復合材料,又可噴涂各種塑料粉末材料的涂層。
  
  (6)熱噴涂層不僅可以恢復一切磨損超差機械零部件尺寸,又可以使任何金屬與非金屬材料表面復合、表面改性、表面強化、使其達到:防腐、耐磨、減磨、抗高溫、抗氧化、隔熱、絕緣、導電、防微波輻射等一系列多種功能,使其達到節約材料,節約能源的目的。從而使各種機械設備、車輛零部件“益壽延年”,使報廢的零部件“起死回生”。涂層與基體結合強度≥6.5~10kg/ mm2,噴焊層與基體結合強度≥45kg /mm2,涂層硬度從15~69HRC,涂層粗糙度為Rz25~100um,涂層厚度0.3~15mm,涂層經機械加工后粗糙度可恢復到Ra0.8~0.2um,可滿足不同技術要求。
  
  (7)與電鍍或電刷鍍工藝相比,熱噴涂的涂層沉積速率高,操作時間僅為電鍍的幾百分之一。
  
  (8)在普通材料基體表面噴涂貴重金屬及功能材料,或選擇優質材料噴涂產品關鍵部位,如化工不銹鋼反應釜可用碳鋼制造,工作表面噴涂不銹鋼材料,可大大節約您的設備造價,提高產品質量,延長使用壽命。
  
  (9)各種大型關鍵設備的零部件及國外進口局部磨損無備件更換,或難以制造而且價值昂貴的零部件,采用熱噴涂修復具有簡便、可靠、快捷、可減少因停工停產給工廠造成的經濟損失。
  
  (10)該技術具有設備簡單、投資少、成本低、見效快、效益高、用途廣的特點。
  
  近年來,熱噴涂材料中陶瓷和塑料材料受到了重視并發展了相應的火焰噴涂裝置;應該特別指出的是,最早問世的火焰噴涂技術,在飛速發展的熱噴涂技術中,不但沒有被淘汰,而是經過不斷改進在適應各類材料的噴涂中繼續發展。各種新型噴涂材料的出現,進一步擴大了火焰噴涂技術的使用范圍。新型火焰噴涂槍不但可以噴涂各種金屬、陶瓷、金屬加陶瓷的復合材料、各種塑料粉末材料的涂層。盡管等離子和HVOF/HVAF超音速以及爆炸噴涂的涂層優于常規火焰噴涂,但由于投資大、操作控制系統復雜、設備笨重、無法現場施工,應用范圍受到極大限制,在在防腐和維修市場難以推廣普及,新型火焰噴涂設備與技術和超音速電弧噴涂設備與技術在工業防腐和零件修復市場中永遠是主要技術力量。
  
  我國熱噴涂發展現狀
  
  世界的熱噴涂已有100年的歷史,中國的熱噴涂也有近五十年的歷史。特別是近二十年來,中國的熱噴涂有了較大的進步和發展,下面,就總體水平和地位、設備與材料、應用、科研與開發等方面作簡單介紹。
  
  1.總體水平和地位據不完全統計,在“八五”期間(1991~1995年包括1996年),中國熱噴涂行業總產值為3億元年左右(包括熱噴涂設備、材料、施工與技術服務、輔助設備材料等)。1996年,我國國民經濟總產值約為7.5萬億元(約為9100億美元),熱噴涂產值約占其0.39/10000>。
  
  根據協會統計,全國熱噴涂從業人員3000人左右(不含施工隊臨時工),從事熱噴涂工作的單位為300~350個,包括熱噴涂設備、材料、輔機、輔助材料生產廠、熱噴涂施工、技術服務單位,以及從事熱噴涂的科研、教學、開發單位和貿易公司。
  
  熱噴涂企業仍一種小型單位(﹤30人)為主,占總數的90%以上。熱噴涂行業人均產值約為10萬元/人?年,在機械行業中屬于佼佼者(上等水平)。
  
  據國外有關材料介紹,近幾年美國熱噴涂總產值約為20億美元,日本為800億日元,分別占其國民經濟總產值(GNP)的3.6/10000和2.3/10000。熱噴涂產值在GNP重的比值是該國熱噴涂發達與否的重要標志。中國的這個比值,僅為美國的11%,日本的17%。這說明,中國的熱噴涂仍處于發展階段,遠未達到成熟和飽和階段,也正因為如此,熱噴涂在中國的市場廣大,機遇甚多,發展前景看好。
  
  2.熱噴涂設備與材料經過幾十年的自主開發和引進、借鑒國外先進技術,目前,中國已能開發和生產真空等離子、大氣等離子、爆炸噴涂、等離子堆焊、電弧噴涂、火焰粉末噴涂、火焰線材噴涂設備,生產金屬粉末(Ni、Co、Fe基,合計約300t/年)、陶瓷、金屬陶瓷粉末(Al2O3、Al2O3+TiO2,Cr2O3,WC—Co等,合計約200t/年),絲材(Al、Zn、Cu、不銹鋼等,合計約1000t/年)。盡管設備總體水平仍不高,材料仍存在這樣或那樣的質量問題,但是,中國已成為世界上少數幾個能在熱噴涂設備和材料上自給自足的國家之一,基本滿足熱噴涂行業的需要。同時,約有10%的設備和材料仍需進口。
  
  3.熱噴涂技術的應用目前,熱噴涂技術在中國已經得到比較廣泛的應用,主要的應用領域有航空、航天、鋼鐵、石化、鋼結構防腐、機械、輕工、紡織、造紙、能源、船舶等,總產值約2億元/年。我國的熱噴涂應用有以下特點:
  
  ⑴應用范圍大,在某些領域具有相當高的水平,如航空發動機(與波音合作),退火爐爐底輥、鍍鋅導輥(鋼鐵行業)、閥門(石化行業)、拉絲導輥、塔輪、拉絲圈等(紡織工業)、高檔玻璃模具(輕工)、氣門(汽車行業)等。
  
  ⑵采用的工藝和材料廣泛,幾乎目前國際上使用的熱噴涂工藝和材料,中國都在用,如真空等離子噴涂、大氣等離子噴涂、爆炸噴涂、超音速火焰噴涂、電弧噴涂、火焰粉末噴涂、等離子堆焊、激光重熔、真空(保護氣氛)重熔等。
  
  ⑶從事熱噴涂應用(Job Shop)的企業以中小企業(<30人)為主,人數占總數的2/3,產值占總產值的75%以上。股份合作制企業、私人企業、集體企業占相當比重,合、獨資企業開始出現。
  
  ⑷以熱噴涂作為設備、部件的維修手段比較發達,對中、小熱噴涂企業而言,一半以上的工作是針對修復。
  
  ⑸科研院所、大專院校的相關專業研究室,教研室,如焊接(占大半以上),材料、表面加工等專業,積極進入國內熱噴涂市場。我國熱噴涂的主要技術力量也在上述單位。
  
  當前,在應用方面存在的主要問題是,規模小、水平高低不齊,缺乏統一管理和標準,無法形成在國內外具影響力的熱噴涂龍頭企業(如日本的Tocal、美國的Praxair、法國的SNMI等)。

所屬類別: 常見問題

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