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        等離子噴涂

        等離子噴涂

        產品詳情

        熱噴涂技術基本概念及分類

        一.熱噴涂的基本概念

            熱噴涂技術是表面工程學的重要組成部分,它是一種材料表面強化和表面改性的新技術,可以使基體表面具有耐磨、耐蝕、耐高溫氧化、電絕緣、隔熱、防輻射、減磨和密封等性能,理論上可在任何固體物質上進行熱噴涂并形成熱噴涂涂層,涂層材料可以是金屬、合金、陶瓷、金屬陶瓷、塑料以及它們的復合物等。

        熱噴涂是利用某種熱源將涂層材料加熱到熔融或半熔融狀態,同時借助于焰流或高速氣體將其霧化,并推動這些霧化后的粒子噴射到基體表面,沉積成具有某種功能的涂層技術。近年來熱噴涂技術的內容得到了擴展,即對于一些材料粒子被氣流加速的過程中,使其速度達到或超過臨界速度,但未被加熱到熔融或半熔融狀態,由于粒子在達到沉積面時會將高的動能變為材料粒子變形及熱能使得基體和粒子之間或粒子和粒子之間形成良好的結合,即所謂的“冷噴”技術也納入到了這個技術領域之中了。

         

        二.熱噴涂技術的形成及發展

        熱噴涂技術是在1908年由瑞士的肖普(schoop)博士發明(首創)并用霧化裝置進行噴涂試驗的。在1913年制作出世界首臺絲材噴槍,并在其后逐漸完善和得到應用。1920年,日本人去瑞士考察后,發明了以交流電為熱源的電弧熱噴涂裝置,但因交流電不穩定,效率低,涂層質量差等原因,這種交流電弧熱噴涂技術及裝置未能得到實際的推廣和應用。后來德國改用直流電源后,電弧噴涂才有了真正的實用價值,1938年,美國研制成功了電弧絲材噴槍,其后又研制出粉末氧-乙炔火焰噴槍。1953年,當時的西德研制出自熔性合金粉,這是噴涂材料發展的一次重大突破,(是粉末噴涂材料從單一金屬向合金材料發展,從低熔點材料向高熔點材料發展,從低耐磨性向高耐磨性發展的里程碑)。上世紀50年代后期,美國又相繼研制出爆炸噴涂和等離子噴涂,滿足了當時航空、導彈等尖端技術對涂層性能的需要。上世紀60~70年代,是噴涂材料發展十分活躍的時期,美國、加拿大、瑞士、西德、比利時等國分別研制生產出系列的復合粉、多種自熔合金粉、陶瓷粉、金屬陶瓷粉和自粘結復合粉等,這其中包括以Ni-AL為基礎的放熱型復合粉,這些材料的出現以及材料生產技術的不斷完善,使得噴涂材料更加齊備和商品化,滿足了當時,直到今天人們在這方面的需求。

        我國的熱噴涂技術及工程應用早在上世紀50年代初就開始了絲的電弧熱噴涂(據資料報道,就在江浙一帶的高壓輸電鋼結構塔上噴涂Zn涂層防腐,至今仍在起著防腐蝕的作用)。

        60年代在某些軍工部門,主要是航空部門開始研究等離子;70年代由于一些大國對我國的限制,為了滿足國防的特殊需求,我國的一些科研單位以研制生產Ni 包Al、Co包WC粉末熱噴涂復合材料始,先后生產出品種和型號較為齊全的材料和設備;80年代初,北京礦冶研究總院首先研制出系列的自粘一次噴涂粉末。81年末,由當時的國家經委和國家科委聯合召開了我國首屆熱噴涂技術推廣會。在此次會上,由國家經委和國家科委聯合下文。(經技〔1981〕489號),成立了全國熱噴涂協作組。同時,在其后的“六五”、“七五”、“八五”和“九五”連續四個“五年計劃”中,將熱噴涂技術作為國家重點推廣項目并給予政策和經費支持,據稱,在國家的“十一五”中,熱噴涂技術研發和應用也列入許多單項工程上并得到國家的支持。在經我國相關工程技術單位半個世紀的不懈努力,特別是在81年末由國家經委和科委主持召開的首屆熱噴涂(焊)技術交流推廣會后,我國的熱噴涂技術才得以迅速的發展,目前,熱噴涂技術已在我國的各工業領域得到更加廣泛應用。

         

        三.熱噴涂技術特點

        熱噴涂技術從上世紀初開始出現到現在已有近百年的歷史了,熱噴涂工藝、設備、噴涂材料以及施工都有了突飛猛進的發展,從早期制備一般裝飾性和防護性表面,發展到制備各種功能的功能性涂層:由廢舊件的修復工藝發展成新產品的強化工藝;由單一涂層到多層的包括產品失效分析、涂層設計、工藝設計和施工,以及質量檢測和控制在內的系統工程,成為像鑄、鍛、焊、熱處理一樣的獨立的熱加工工藝。

        熱噴涂技術的基本特點是它具有真正的疊加效果,也就是說,多種成份及變量在同時作用和正在應用時所產生的效果,遠遠比這些成份或變量在單獨狀況下所產生的效果要大,熱噴涂技術與其他各種表面技術相比,有其自身的特點:

        ⑴幾乎適用于各種材料對零件表面的噴涂,如金屬、陶瓷、金屬陶瓷、玻璃、有機化合物等。

        ⑵噴涂時,受零件的尺寸大小及形狀限制條件少。

        ⑶被噴涂的零件表面受熱的影響小,不易變形。

        ⑷工藝操作程序簡單,效率高。

        ⑸被噴涂零件的材質廣泛,可以是金屬、陶瓷和其他非金屬等。

        ⑹噴涂厚度較易控制。

        ⑺可賦予普通材料以特殊的表面性能。

        ⑻成本低,經濟效益顯著。

         

        四.熱噴涂分類

        按國家標準GB/T1872-2002頒布的分類方法,其分類為按熱噴涂材料類型分類,按操作方法分類和按熱源分類三種分類方法。

         

        1.按熱噴涂材料類型分類

        可分為以下各類:

        ——線材噴涂   wire spraying

        ——棒材噴涂   rod spraying

        ——芯材噴涂   cord spraying

        ——粉末噴涂   powder spraying

        ——溶液噴涂   molren bath spraying

         

         

        2.按操作方法分類

        手工噴涂   manual spraying

        噴涂工藝所特有的全部操作均使用手工完成。

         

        機械化噴涂  mechanized spraying

        噴涂工藝所特有的全部操作均使用機械完成。

         

        自動化噴涂  automatic spraying

        噴涂工藝所特有的全部操作包括所有裝卸,例如上、下工件均完全機械化并集成于一個程序系統自動完成。

         

        3.按熱源分類

        3.1熔液噴涂  molten-bath spraying

        噴涂材料被加熱到熔化狀態并被預熱的霧化氣體(例如壓縮空氣或其他混合氣體)霧化加速井噴到經預處理的基體表面的一種噴涂方法。太多數情況下,噴涂材料是在容器內被加熱熔化的。

        3.2

        火焰噴涂  flame spraying

        噴涂材料在氧一燃氣焰中被加熱,然后以霧化狀噴向經預處理的基體表面的噴涂方法。初始噴涂材料可呈粉末狀、棒狀、柔性復合絲狀或線狀??梢灾焕醚跻蝗細馍淞?,也可以同時使用附加的霧化氣體(例如壓縮空氣),將被加熱的材料噴向基體。

        3.2.1

        線材火焰噴涂   wire flame spraying

        線材火焰噴涂是將要沉積的線狀材料不斷輸送給噴涂槍,利用氧-燃氣焰將其加熱.到熔化狀態,并借助于霧化氣體(例如壓縮空氣)噴射到經預處理的基體表面的噴涂方法。    使用的主要燃料氣體有:乙炔、丙烷、氫氣和液化石油氣等。

        線材火焰噴涂還包括:棒材火焰噴涂、柔性復合絲火焰噴涂等。

         

        3.2.2

        粉末火焰噴涂  gowder flame spraying

        粉末火焰噴涂是將要噴涂的材料以粉末狀輸送給噴涂槍,在氧-燃氣焰中將其加熱到塑性或熔化狀態,并利用膨脹燃氣流噴射于經預處理的基體表面上的噴涂方法;有時可利用附加的氣體射流加速粉末粒子。

        3.3

        高速火焰噴涂  high velocity flame spraying

        高速火焰噴涂時,助燃氣體與燃燒氣體在燃燒室中連續燃燒,燃燒的火焰在燃燒室內產生高壓并通過與燃燒室出口聯接的膨脹噴嘴產生高速熔流,噴涂材料送入高速射流中被加熱,加速噴射到經預處理的基體表面上形成涂層的方法。

        可使用乙炔、丙烷、丙烯。氫氣等燃氣,也可使用柴油或煤油等液體燃料。

        3.4

        爆炸噴涂detonation spraying

        爆炸噴涂是將一定量的粉末注入噴槍的燃爆室中,燃爆室中的氣體混合物發生時間間隔可控的爆炸燃燒,所產生的高速熱氣流將粉末粒子加熱到塑性或熔化狀態并使粉末粒子獲得加速,噴射到經預處理的基體表面上形成涂層的方法。

        爆炸噴涂的噴涂槍由槍管和燃爆室所組成,利用電火花引爆住人的氣體產生沖擊波加速和加熱輸入槍管中的粉末粒子,直射到經預處理的基體表面上。每次爆噴后,用氮氣沖洗燃爆室和槍管。

        3.5

        電弧噴涂  arc sPraying

        電弧噴涂是利用兩根金屬絲之間產生的電弧熔化絲的頂端,兩根金屬絲的成分可以相同,也可以不相同,經一束或多束氣體射流(一般為壓縮空氣)霧化將已熔化的金屬熔滴噴射到經預處理的基體表面上形成涂層的工藝方法。

        3.6

        等離子噴涂  plasma  sPraying

        3.6.1

        大氣等離子噴涂  plasma  sPraying in air

        大氣等離子噴涂簡稱等離子噴涂,是利用等離子射流將噴涂材料加熱到塑性或熔化狀態,再將它噴射到經預處理的基體表面形成涂層的方法??捎盟头蹥鈱⒎勰膰娮靸龋▋人头郏┗蛲猓ㄍ馑头郏┧腿氲入x子射流中。

        利用電極(陰極)和噴嘴(陽極)之間形成的電弧使等離子體形成氣體部分或全部電離,產生等離子體,氣體熱膨脹從噴嘴噴出高速等離子射流。常用的等離子氣體有氬氣、氫氣、氦氣、氮氣或它們的混合物。

         

        3.6.2

        可控氣氛等離子噴涂  plasma spraying in chambers

        在含有 氣體氣氛的密封中完成的等離子噴涂。

        常用的等離子氣體有氬氣、氦氣、氮氣或它們的混合物,利用適當的控制系統操縱噴槍和工件,同時由符合規定條件噴涂室外的送粉器將粉末連續送入噴槍。

        真空等離子噴涂是一種特殊方式,密封室中的氣壓可以降低。在密封室的氣壓升高的情況下也可進行等離子噴涂。通過控制密封室的氣氛向密封室內噴射細小的液滴的液化氣體,同時對基體和涂層兼有冷卻的作用。

        3.6.3

        液穩等離子噴涂  liquid-stabilized plasma spraying

        液穩等離子噴涂是液體作為等離子體形成介質,例如水、乙醇或甲醇等。在石墨陰極和旋轉水冷陽極之間產生電??;液體以渦旋運動引入室內,以穩定電弧,并產生等離子射流;不斷連續再生的液體罩與室壁形成絕緣、絕熱,同時起冷卻劑的作用。在室內高溫的作用下,部分穩定電弧的液體發生蒸發離解產生等離子體。噴涂材料引入噴嘴外的高速等離子射流中,被加熱到塑性或熔化狀態,并噴射到經預處理的基體表面上形成涂層的方法。

        3.7

        激光噴涂  laser spraying

        激光噴涂是用適當的送粉管將粉末注入激光束中,利用激光束將粉末熔化,并靠送粉氣和重力噴到基體表面形成涂層的方法。噴涂時,可用屏蔽氣體保護涂層。

        3.8

        等離子堆焊(PTA)

        等離子堆焊采用氬氣電離產生等離子弧,利用等離子弧產生高溫,將合金粉末(鐵,鈷,鎳,碳化物等)熔覆到工件表面,達到耐磨,耐腐,耐高溫等性能。其特點:涂層為冶金結合形式,質密度高,堆焊稀釋率低,可實現自動化堆焊等。

        五.熱噴涂方法的典型特征參數


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