電弧噴涂技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀及展望

1、、電弧噴涂技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀及展望1電弧噴涂技術(shù)的發(fā)展過(guò)程 電弧噴涂技術(shù)是熱噴涂技術(shù)的重要組成部分之一，既是一種古老的噴涂技 術(shù)，又是一種嶄新的噴涂技術(shù)。該技術(shù)產(chǎn)生于 20 世紀(jì)初，當(dāng)時(shí)由于受?chē)娡吭O(shè)備 性能的限制， 只能?chē)娡恳恍┑腿埸c(diǎn)的金屬材料來(lái)防止鋼鐵表面銹蝕。 隨著熱噴涂 技術(shù)的發(fā)展與提高，電弧噴涂技術(shù)也在不斷進(jìn)步。到了 20 世紀(jì)中期，電弧噴涂 技術(shù)已經(jīng)占據(jù)了重要地位。 后來(lái)由于等離子、 爆炸等噴涂技術(shù)的出現(xiàn)， 而且能滿 足航空航天及火箭等尖端技術(shù)的需要， 在某種程度上又限制了電弧噴涂技術(shù)的發(fā) 展。 20世紀(jì) 70 年代以來(lái)，粉芯絲材的出現(xiàn)給電弧噴涂技術(shù)帶來(lái)了生機(jī)。粉芯絲 材既克服了高合金成

2、分難以拔絲的困難，同時(shí)還能使一些不導(dǎo)電的顆粒材料（ 陶瓷及碳化物 ）填充到粉芯絲材中， 在電弧噴涂上得以應(yīng)用， 如 AI2O3，、TiO2、TiB2 和 Cr3C2 等。由于粉芯絲材的成分具有易調(diào)節(jié)、生產(chǎn)周期短、選材便利以及成本 較低等優(yōu)點(diǎn)，因此促進(jìn)了電弧噴涂技術(shù)的發(fā)展。近來(lái)隨著高合金和鋅鋁合金 （85/15） 絲材的出現(xiàn)，使電弧噴涂技術(shù)得到更快的發(fā)展。2電弧噴涂技術(shù)進(jìn)入了嶄新時(shí)代進(jìn)入 80 年代以后，隨著電弧噴涂材料品種的不斷增加及性能不斷提高，電 弧噴涂設(shè)備又向精密化、 自動(dòng)化方向發(fā)展， 如超速電弧噴涂、 高速脈沖電弧噴涂、 復(fù)合電弧噴涂、 保護(hù)氣體電弧噴涂及真空電弧噴涂等。 這些新的電弧

3、噴涂工藝技 術(shù)的出現(xiàn)， 大大提高了噴涂效率， 改善了涂層質(zhì)量， 拓寬了電弧噴涂技術(shù)的應(yīng)用 領(lǐng)域。當(dāng)前這項(xiàng)技術(shù)很受青睞， 在國(guó)民經(jīng)濟(jì)的許多部門(mén)發(fā)揮了重要作用， 使古老 的電弧噴涂技術(shù)煥發(fā)了青春。3電弧噴涂技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)與展望高能等離子噴涂、高速火焰噴涂（HVOF）和燃?xì)獗▏娡考夹g(shù)固然在航空航天 及國(guó)防等尖端領(lǐng)域的應(yīng)用是不可缺少的， 但由于設(shè)備復(fù)雜、 造價(jià)昂貴， 又不易現(xiàn) 場(chǎng)施工，因此電弧噴涂技術(shù)在某些領(lǐng)域里可以取代上述工藝方法。 如電廠鍋爐受 熱面、鋼廠轉(zhuǎn)爐煙罩及化工儲(chǔ)罐等許多行業(yè)的防腐耐磨涂層。據(jù)有關(guān)資料顯示，電弧噴涂技術(shù)在I960年、1980年和2000年占噴涂技術(shù)的比例分別為15% 6%

4、和15%2000年以后，電弧噴涂技術(shù)發(fā)展的更加迅速，預(yù)計(jì)現(xiàn)在約占噴涂技術(shù)的比例已達(dá)20%左右，所以未來(lái)電弧噴涂技術(shù)的發(fā)展將迎來(lái)一個(gè)嶄新的時(shí)代。的一個(gè)重要方向，特別是粒子速度受3音速電弧噴涂技術(shù)的特點(diǎn) 涂技術(shù)工作原- 速?lài)娡砍蔀闊釃娡?到普遍關(guān)注。粒子速度對(duì)涂層質(zhì)量有決粒子速度提高的結(jié)果。與等i速度低，種新的噴涂方法j爾噴嘴和計(jì)算.機(jī)輔助設(shè)計(jì) 理是：燃燒于絲材端部的電弧將均勻送進(jìn)的絲材熔化制約電弧噴涂技術(shù);I用,衛(wèi)賁涂涂層質(zhì)量的改善往往是t ： U j - * * j . .; :xs _ j速火焰噴涂相比，!普通期。隨著熱噴涂技術(shù)的發(fā)展與提高，-一超音速電弧噴涂技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。超音速電弧噴涂采用

5、拉法代表了當(dāng)今電弧噴涂發(fā)展的最高水平。其工作原噴涂粒子余采用拉法，經(jīng)拉法爾噴嘴加速后的超超音速電弧:將熔化的絲材霧化為粒度細(xì)小均勻的粒子，噴向工件表面形成涂層, 噴涂與普通電弧噴涂的火焰比較見(jiàn)圖應(yīng)1。蛭竺蜒麵2 涂層特點(diǎn)(1) 粒子速度 超音速電弧噴涂粒子速度高，采用 kodak1012型高速運(yùn)動(dòng)分 析儀測(cè)得純鋁涂層的粒子最大速度為 385.7m/s，平均速度為373.6m/s，T8鋼涂 層的粒子最大速度為301.9m/s，平均速度為259.6m/s。 結(jié)合強(qiáng)度 按照標(biāo)準(zhǔn)ASTMC633-197在電子拉伸試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行涂層結(jié)合 強(qiáng)度測(cè)試。以常用材料3Cr13為例，涂層結(jié)合強(qiáng)度平均值為60MPa最

6、大值為 68.1MP& 涂層孔隙率以3Cr13為例，用金相檢查法測(cè)定：涂層均勻致密，無(wú)大 的空洞缺陷，孔隙平均大小為 0.9卩m孔隙率為07%23-MEM、UMQ4IQLfrl|Q JD(J M2VL174三種噴涂方法純鋁涂層的主要性能超音速電弧噴涂由于采用了拉法爾噴嘴， 將噴涂粒子速度提高到超音速，因據(jù)有關(guān)單位測(cè)試,現(xiàn)將噴涂純鋁涂層三種噴涂方法的主要性能彳，列于表10-12JNIBWJ - la甘LI 2IIVid也血蓮硝能 i H)itM du丫此改善了粒子霧化效果，提高了叫質(zhì)量,在工業(yè)領(lǐng)域應(yīng)大力推廣應(yīng)用2。三，超音速電弧噴涂技術(shù)在重要工業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用由表1可以看出，盡管超音速火焰(HVOF

7、)賁涂工藝方法的粒子飛行速度超過(guò) 超音速電弧噴涂方法，但其設(shè)備復(fù)雜，不能到現(xiàn)場(chǎng)噴涂施工。而超音速電弧噴涂 方法的粒子飛行速度大大超過(guò)了氧乙炔火焰絲材噴涂和普通電弧噴涂方法，且能在現(xiàn)場(chǎng)噴涂施工。結(jié)合我公司近年來(lái)采用超音速電弧噴涂技術(shù)在幾個(gè)工業(yè)部門(mén)的 成功應(yīng)用，下面作簡(jiǎn)要概述。1 電廠鍋爐受熱面(鍋爐四管)高溫腐蝕磨損一直是工業(yè)鍋爐普遍存在的問(wèn)題，給生產(chǎn)帶來(lái)極大危害。僅以火力發(fā)電廠為例，燃煤鍋爐是重要的能量轉(zhuǎn)換裝置，有專(zhuān)家預(yù)測(cè)到2050年，我國(guó)燃煤鍋爐仍占50%燃煤鍋爐“四管”（ 對(duì)流受熱面受高溫?zé)煔庵酗w灰的沖擊磨損， 作用，使“據(jù)有關(guān)四管”壁減薄，經(jīng)常發(fā)生“1 r水冷壁、過(guò)熱器、再熱器和省煤器）

8、Itjfl-以及高溫氧化和含硫介質(zhì)的高溫腐蝕h IfP jvfl | Luit 超具有廣zt-圖2超音速電弧噴涂循環(huán)流化床鍋爐水冷壁（1）涂層結(jié)構(gòu) 水冷壁基材+耐磨合金涂層+封閉層，組成耐高溫、耐磨損、耐腐 蝕復(fù)合涂層。其中，SAM耐磨合金層底層0.7mm （北京工業(yè)大學(xué)生產(chǎn)的粉芯絲 材），特制耐高溫封閉層為0.1mm涂層總厚度0.8mm（2）涂層主要性能 熔點(diǎn)1300C，可長(zhǎng)期在900r環(huán)境下上作。線膨脹系數(shù)（12.214） X1O“心，與20鍋爐鋼基本相近（20G鋼的線膨脹系數(shù)為11.1613.95X 10-6/C ）。涂層與基材結(jié)合強(qiáng)度50MPa涂層硬度：9491362I-IV（即 67

9、HRC換算值）。涂層耐磨度相當(dāng)于 Q235鋼的18倍以上。涂層抗高溫氧化 性:6.3mg/cm2（750 C氧化250h）。涂層孔隙率v 1%噴涂時(shí)控制基材溫度w 120 r，基體不發(fā)生變形。上述復(fù)合涂層結(jié)構(gòu)、涂層厚度和涂層性能，完全可以滿足循環(huán)流化床鍋爐受 熱面運(yùn)行工況條件的要求，我公司已經(jīng)在全國(guó)十幾個(gè)電廠、化肥廠和造紙廠的循 環(huán)流化床鍋爐受熱面上得到成功應(yīng)用。（3）SAM涂層性能檢測(cè)（經(jīng)北京工業(yè)大學(xué)材料學(xué)院檢測(cè)）檢測(cè)所用設(shè)備包 括：金相顯微鏡、HXD-1000數(shù)字式顯微硬度計(jì)、MTS-800材料拉伸試驗(yàn)機(jī)和 MLS 225濕式橡膠輪磨粒磨損試驗(yàn)機(jī)。SAM耐磨粉芯絲材噴涂層檢測(cè)結(jié)果：涂層厚度:少兒無(wú)粗大孔隙，涂層顯微組織見(jiàn)圖3。6070HRC結(jié)合強(qiáng)度:平均50MPa結(jié)合強(qiáng)度拉伸試驗(yàn)對(duì)偶件照片見(jiàn)圖圖4涂層平均結(jié)合強(qiáng)度涂層與膠連接的部位破斷，涂層的結(jié)合強(qiáng)度大于膠的結(jié)合強(qiáng)度（該試件的結(jié)合強(qiáng) ax J度為58MPa。涂層與基體結(jié)合狀態(tài)：涂層與基體界面結(jié)合良好，為鑲嵌式結(jié)Fe3B相、a-Fe相等，見(jiàn)圖5。涂層磨粒磨損試驗(yàn)表明，相對(duì)耐磨性為Q235鋼體結(jié)合良好，具有較高的結(jié)合強(qiáng)度，平