热喷涂技术介绍

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1、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、耐磨损一一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）耐粘着磨损或划伤一一两个表面相对滑动， 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）耐磨粒磨损一一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）耐微振磨损一一重复加载和卸载产生周期应力导致表面开裂

2、和大面积脱 落。 专用典型涂层为氧化铝/二氧化钛涂层。（4）耐气蚀磨损一一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）耐冲蚀磨损一一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）热障涂层一一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）抗高温氧化涂层一一保护基体抗高温氧化。典型涂层为镍/铬涂层。（3）耐热腐蚀涂层一一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、防腐蚀涂层一一选择这

3、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一一这类涂层又分为以下几种：（1）导电涂层一一专用典型涂层为铜涂层。（2）绝缘涂层一一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、恢复尺寸涂层一一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

4、涂层一一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

5、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。热喷涂技术的应用目前，热喷涂技术在中国已经得到比较广泛的应用，主要用于桥梁、水闸门、船舶、 管道、容器,铁塔、灯杆等各种钢结构件大面积长效防腐。总产值约2亿元/年。我国的 热喷涂应用有以下特点： 应用范围大，在某些领域具有相当高的水平，如航空发动机

6、（与波音合作）， 退火炉炉底辊、镀锌导辊（钢铁行业）、阀门（石化行业）、拉丝导辊、塔轮、拉丝圈 等（纺织工业）、高档玻璃模具（轻工）、气门（汽车行业）等。 采用的工艺和材料广泛，几乎目前国际上使用的热喷涂工艺和材料，中国都 在用，如真空等离子喷涂、大气等离子喷涂、爆炸喷涂、超音速火焰喷涂、电弧喷涂、 火焰粉末喷涂、等离子堆焊、激光重熔、真空（保护气氛）重熔等。从事热喷涂应用（Job Shop）的企业以中小企业（30人）为主，人数占总 数的2/3，产值占总产值的75%以上。股份合作制企业、私人企业、集体企业占相当比 重，合、独资企业开始出现。 以热喷涂作为设备、部件的维修手段比较发达，对中、小热

7、喷涂企业而言， 一半以上的工作是针对修复。 科研院所、大专院校的相关专业研究室，教研室，如焊接（占大半以上）， 材料、表面加工等专业，积极进入国内热喷涂市场。我国热喷涂的主要技术力量也在上 述单位。当前，在应用方面存在的主要问题是，规模小、水平高低不齐，缺乏统一管理和标准，无法形成在国内外具影响力的热喷涂龙头企业（如日本的Tocal、美国的 Praxair、法国的SNMI等）。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

8、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（焊）比电镀硬铬有下列优点（1）对于同样生产能力来说，镀硬铬和热浸镀的基建费用和能源费用要

9、高得多。（2）对于同等生产能力来说，热喷涂所需场地只有镀硬铬和热浸镀的几分之一。（3）铬的价格比其它材料贵，而且市场供应仍很紧缺，热喷涂使用的材料广泛， 有很多材料比硬铬更耐磨。（4）镀硬铬的废液处理费用越来越高，而热喷涂无公害问题。（5）镀硬铬只能用于导电材料和可以放入镀槽内的工件，而热喷涂的工件不受 材质和几何形状限制，几乎适用于任意大的金属与非金属结构件表面喷涂，也可对各种 大型工件进行局部喷涂，既可在室内加工、又可在野外现场喷涂作业，如采用相应的工 艺可在各种金属、陶瓷、玻璃、石墨、水泥、塑料、木材等基体表面喷涂不同性能的各 种金属、陶瓷、金属加陶瓷的复合材料，又可喷涂各种塑料粉末材料

10、的涂层。（6）热喷涂层不仅可以恢复一切磨损超差机械零部件尺寸， 又可以使任何金 属与非金属材料表面复合、表面改性、表面强化、使其达到：防腐、耐磨、减磨、抗高 温、抗氧化、隔热、绝缘、导电、防微波辐射等一系列多种功能，使其达到节约材料， 节约能源的目的。从而使各种机械设备、车辆零部件“益寿延年”，使报废的零部件“起 死回生”。涂层与基体结合强度$6.510kg/ mm2,喷焊层与基体结合强度$45kg/mm2, 涂层硬度从1569HRC,涂层粗糙度为Rz25100um，涂层厚度0.315mm,涂层经机 械加工后粗糙度可恢复到Ra0.80.2um,可满足不同技术要求。（7）与电镀或电刷镀工艺相比,

11、热喷涂的涂层沉积速率高, 操作时间仅为电 镀的几百分之一。（8）在普通材料基体表面喷涂贵重金属及功能材料, 或选择优质材料喷涂产 品关键部位,如化工不锈钢反应釜可用碳钢制造,工作表面喷涂不锈钢材料,可大大节 约您的设备造价,提高产品质量,延长使用寿命。（9）各种大型关键设备的零部件及国外进口局部磨损无备件更换, 或难以制 造而且价值昂贵的零部件,采用热喷涂修复具有简便、可靠、快捷、可减少因停工停产 给工厂造成的经济损失。（10）该技术具有设备简单、投资少、成本低、见效快、效益高、用途广的特 点。近年来,热喷涂材料中陶瓷和塑料材料受到了重视并发展了相应的火焰喷涂装 置；应该特别指出的是，最早问世

12、的火焰喷涂技术，在飞速发展的热喷涂技术中，不但 没有被淘汰，而是经过不断改进在适应各类材料的喷涂中继续发展。各种新型喷涂材料 的出现，进一步扩大了火焰喷涂技术的使用范围。新型火焰喷涂枪不但可以喷涂各种金 属、陶瓷、金属加陶瓷的复合材料、各种塑料粉末材料的涂层。尽管等离子和 HVOF/HVAF 超音速以及爆炸喷涂的涂层优于常规火焰喷涂，但由于投资大、操作控制系统复杂、设 备笨重、无法现场施工，应用范围受到极大限制，在在防腐和维修市场难以推广普及， 新型火焰喷涂设备与技术和超音速电弧喷涂设备与技术在工业防腐和零件修复市场中 永远是主要技术力量。火焰喷塑与静电粉末涂装、流化床涂装相比，具有以下优点1

13、) 装备所需成本低，不用特制喷涂室、烘房。2) 装备轻便易携带，可现场施工，喷涂可不受工件尺寸及形状限制。3) 可以在 100% 的相对湿度、低温等环境条件下施工。4) 粉末涂料不含溶剂，喷涂后无需干燥养护时间，即喷即用。5) 可涂覆多种基体材料如钢铁、混凝土等。6) 涂层可修补，对小缺陷部分只要加热表面即可进行修补，大缺陷部分可重 新喷涂。7) 换粉、换色容易。长效防腐 对于长期暴露在户外大气的大型钢铁结构件、通讯铁塔、地下电缆支架、电视 塔、微波塔插转台、桥梁、高速公路护栏、城市过街天桥、市政照明高杆体育馆遮阳蓬、 港口、码头、船体、船坞等大面积喷涂锌、铝及其合金涂层，代替传统油漆方法，实

14、行 阴极保护进行长效防腐涂层。火焰喷塑应用实例耐各种腐蚀介质容器 酒类、啤酒、牛奶、盐、食品、污水处理设备、火电厂 钢制除盐水箱包括超滤水箱、一级淡水箱、二级淡水箱、生水箱等內防腐采用美国进口 EAA 塑料粉末大面积火焰喷塑现场施工等。各种钢结构防腐、装饰、绝缘、耐磨、减摩 石化、电厂大型储罐及西气东输 管道二层 PE 和三层 PE 防腐管道焊口现场修补、高速公路护栏、市政照明灯杆、体育馆 网架工程、自来水水泵、化工风机、印刷机尼龙滚筒、汽车花键轴、电镀挂具等。海洋钢结构及港湾设施 桥梁基础、防波堤、板桥、钢管桩、板桩、栈桥、浮 标等防海水腐蚀。陕西中科表面工程有限公司在多年火焰喷涂设备研发制

15、造和工程应用中，解决 了火焰喷塑工艺普遍存在三个关键问题：一是喷涂效率低；二是送粉器不能均匀送粉； 三是喷枪易发热、回火、难以长时间连续稳定喷涂。中科公司在法国 SNMI 公司和英国 SCHORI 公司火焰喷塑设备基础上改进设计，采用独特的小推车式不锈钢大容量送粉器， 可供两支喷枪同时喷涂。旋风流化床配合可调文丘里吸粉器附加清粉喷射器的供粉结 构，送粉器与喷枪长管线无积粉。由于送粉器不承压，可不停枪加粉，保证了喷枪全方 位长时间连续、稳定、均匀，喷枪设计为特殊混气方式和双层保护气结构，喷涂过程中 不会发生回火。可快捷喷涂乙烯-丙烯酸共聚物EAA、乙烯-醋酸乙烯酯共聚物EVA、聚 烯烃PO、聚乙

16、烯PE、交联型聚乙烯、环氧粉末、氯化聚醚、尼龙系列等各种热塑性和 热固性塑料粉末的防腐涂层，弥补静电喷塑不足。机械维修 各种轴类 机床，发电机轴，各种驱动轴，磨损后采用氧乙炔火焰粉喷、丝 喷以及电弧丝材喷涂均可修复均能奏效，热喷涂方法修复报废了各种轴类是有效方法之 一，设备简单，操作方便，可现场施工。 各类曲轴 汽车、空压机、中小化肥厂等，曲轴磨损后采用氧乙炔火焰粉喷、 丝喷以及电弧丝材喷涂均可修复，特别是近年来进口汽车较多，在冶金、有色、石化、 煤碳等部门，进 口大马力汽车较多，如苏联的“贝拉斯”、意大利的“ T 2 O ”，日 本的“五十铃”等，一般一根大马力汽车曲轴价值约6千 几万 元，

17、而修复一根成 本不超过 1千 元，经济效益相当可观。 机床导轴修复 大型机床导轴拉伤，采用热喷涂方法修复效果最佳。 玻璃模具 玻璃模具，采用 Ni 基合金粉末喷焊，寿命大大提高，全国许多 玻璃厂已成功采用。 阀门密封面 各种阀门密封面采用氧乙炔火焰喷焊及等离子喷焊技术寿命 大大提高,目前已在 150 多个阀门厂推广使用,经济效益可观。 国产锤片耐磨涂层 随着人民生活水平的提高，养殖业蓬勃发展，对饲料的 需求量越来越大。国产锤片寿命最长的 20 几天，最短的几小时，与国外差距很大，每 年进口需要大量外汇，据不完全统计，我国鸡鸭饲养破碎机锤片每年需要约 5 万片， 约外汇 60 万美元，馒鱼、对虾

18、饲养需进口锤片约 16.5 万日元。进一步开发、推广应 用饲料粉碎机锤片耐磨涂层，一则可代替进口锤片，二则可节约大量外汇，三则可以出 口创汇，推广应用此项技术意义重大。目前，在一些饲料生产厂应用，效果良好，可扩 大应用，经济效益显著。造纸印刷造纸烘缸喷不锈钢防腐耐磨涂层；胸辊、压光辊喷铜代替电镀铜涂层；四色胶印机压印滚筒挤伤或磨损修复；纸箱厂四对瓦楞纸板压辊修复。制糖机械全国蔗糖厂分布广东、广西、海南、福建、云南等分别有L300、1000、2000 各型压榨机底梳、面梳采用合金喷焊防腐耐磨涂层。纺织机械化纤、纺织、针织、印染、棉、毛麻等各种纺机备件、各类型倍捻机锭环、 各类导丝器、倍捻机摩擦盘

19、、纺织机卷绕筒等表面采用等离子喷涂氧化铝/氧化钛耐磨 涂层；无纺布压辊挤伤的修复；铁路系统1、我国京广、陇海、宝成、洛阳等铁路干线钢轨擦伤、掉块、低接头、长轨 焊缝低塌、轨道曲线外股钢轨内侧面磨损、采用氧乙炔焰自熔性合金粉末喷焊耐磨涂层2、内燃机车的率引电机轴、双机组轴，换气泵叶轮轴等部件喷涂修复。热喷涂在我国重大项目典型应用电力系统火电厂、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。 火电厂风机叶片 发电

20、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。火电厂汽轮机缸盖密封面修复；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；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；柴油发电机曲轴磨损后的修复；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） 轧制无缝钢管的轧顶 一般轧制无缝管原轧顶为钼基合金，仅举包钢无缝管 厂为例，轧制内径160mm无缝管顶头，在高温（1000 ）环境下工作，一般使

21、用68 道次，现在采用 45 锻钢为基材，表面采用等离子弧喷焊高温合金粉，制造复合轧 顶，其寿命已提高到 30 38 道次，已在包钢无缝厂采用，经济效益可观。主要设备：等离子喷焊设备，投资几十万元。 钢厂各种导卫 轧板、管、棒等各种钢材、导卫板（轮）等原为铸铁或一般 铸钢材质，不耐高温腐蚀，采用 45#为基材，表面喷焊高温合金粉，寿命可大大提高， 此工艺已在首钢等许多钢铁企业应用，属量大面广，值得开发应用。 钢厂连铸机剪叶的强化 连铸机剪叶，进口件要剪上万次，国产剪几千次， 采用高温合金粉表面强化，其剪叶性能可接近或达到进口水平，可大力开发。 钢厂拉丝机卷筒 在拉丝过程中，丝材与卷筒过线部分长

22、期属硬表面磨损状 态，采用自熔性镍基碳化钨超硬耐磨合金粉末氧乙炔火焰喷焊可进行强化，其寿命比原 寿命提高 4 倍以上，全国已大力推广，经喷焊及使用寿命延长，工厂受益大，喷焊者 受益也大。有色工业1、铜加工厂、铝厂屮600X1100;屮850X 1500等各种轧辊的修复；2、铝厂碳素电极挤压成型咀的修复；3、有色、冶金、石化千吨以上水/油压机屮850X5500；屮280X2500各种柱 塞采用喷焊达到耐磨表面强化；煤碳系统1 、煤矿井筒装备喷锌、铝、塑料耐蚀涂层；2、采煤刮板运送机中部槽采用合金喷焊耐磨涂层；石油系统1、石油井架、大型钢制石油贮罐内表面喷铝的防腐涂层；2、油田钻杆接头喷焊强化涂层

23、及大型蝶阀修复；3、各种泵类，柱塞修复。防腐市场1、金属涂层各种容器、贮罐等，采用普通Q3）钢制造表面喷涂1Cr18Ni9Ti 或 0Cr 、 00Cr 等不锈钢材料，再进行封孔处理，代替不锈钢整体制造，已有许多应 用实例；化肥厂碳化塔、煤气柜、酿酒贮罐、啤酒发酵罐、蒸溜塔、各种化工容器等内 表面喷铝、锡、锌、铅、不锈钢等防腐涂层及大型闸阀、蝶阀修复；2、陶瓷涂层 制药、生化、食品、化工企业采用 A3 钢新制反应釜内表面喷涂 氧化铝、氧化钛、氧化铬等陶瓷涂层取代搪玻璃釉涂层或反应釜局部搪瓷脱落修补涂层； 搪瓷反应釜或搅拌浆、叶、局部破坏，不能使用，采用 ZK1532 金属陶瓷粉末高速火焰 喷涂枪喷涂陶瓷涂层，再进行封孔处理，可修复如新，一般一台反应釜价值至少要几千 至十几万元，修复及效益可观。3、塑料涂层 塑料粉末火焰喷涂简称火焰喷塑，主要用于以防腐蚀为目的粉末 涂装。特点是涂层较厚，涂敷简单，装备轻便易携带，可到施工现场，直接喷涂耐酸、 碱、盐的各种塑料涂层，无需加热固化装置，特别适合于现场大面积火焰喷塑施工，在 防腐性能、操作工艺、作业环境等方面可部分取代重防腐涂装和玻璃钢衬里。