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熱噴涂技術適用范圍

文字:[大][中][小] 2015-1-17    瀏覽次數:1286    

無論是機械零件還是金屬構件,最突出的問題就是表面磨損或腐蝕或者兩者皆之。這里簡要介紹一下美國METCO公司的涂層應用指南:

1、耐磨損——熱噴涂技術在高溫和低溫下最大的應用領域。這類涂層具體分為以下幾種:

(1)耐粘著磨損或劃傷——兩個表面相對滑動,碎屑從一個表面粘到另一個表面時,發生粘著磨損或劃傷。專用典型涂層為鈷基碳化鎢、鎳鉻/碳化鉻涂層。

(2)耐磨粒磨損——當較硬表面在較軟表面上滑動,而且兩表面之間存在磨損時,發生磨粒磨損。當纖維和絲線在表面高速通過時,也發生磨粒磨損。專有典型涂層為鈷基鎳鉻合金、自熔合金混合鉬、氧化鉻涂層。

(3)耐微振磨損——重復加載和卸載產生周期應力導致表面開裂和大面積脫落。專用典型涂層為氧化鋁/二氧化鈦涂層。

(4)耐氣蝕磨損——液體流動在表面產生機械沖擊。專用典型涂層為鋁青銅涂層。

(5)耐沖蝕磨損——氣體或液體攜帶粒子高速沖擊表面時,發生沖蝕磨損。專用典型涂層為氧化鋁/二氧化鈦、氧化鋁涂層。

2、耐高溫抗氧化——這類涂層抗化學或物理分解,改善零件的高溫性能。這類涂層分為以下幾種:

(1)熱障涂層——在零件和高溫環境之間充當熱屏障。典型涂層為用氧化釔做穩定化處理的氧化鋯涂層。

(2)抗高溫氧化涂層——保護基體抗高溫氧化。典型涂層為鎳/鉻涂層。

(3)耐熱腐蝕涂層——保護暴露在熱腐蝕性氣體中的基體。典型涂層為鎳/鉻涂層。

3、防腐蝕涂層——選擇這類涂層比較復雜,因為零件在服役狀態,環境溫度和各種介質對涂層材料都有一定的要求,一般采用鈷基合金、鎳基合金和氧化物陶瓷等作為涂層材料,通過提高涂層的致密性,堵住腐蝕介質的滲透;合理選擇涂層材料與零件基材的氧化/還原電位,防止電化學腐蝕,涂敷抑制腐蝕的封孔劑。

4、導電涂層或絕緣涂層——這類涂層又分為以下幾種:

(1)導電涂層——專用典型涂層為銅涂層。

(2)絕緣涂層——專用典型涂層為氧化鋁涂層。

(3)屏蔽涂層——抗電磁干擾(EMI)或高頻干擾(RFI)專用典型涂層為銅涂層。

5、恢復尺寸涂層——這類涂層主要用于修補因磨損或加工超差的零件。對涂層材料的選擇主要取決于零件的使用要求。

6、間隙控制涂層——這類涂層提供緊密的封嚴間隙,顯著提高設備性能和運轉效率。與配合零件接觸時,涂層優先受控磨損。典型涂層為鎳/石墨、聚酯鋁混合物、鋁/石墨涂層。

選擇熱噴涂的主要依據(在選擇熱噴涂以前,必須弄清以上幾個方面的問題)

(1)零件的服役情況零件在何種介質中工作;零件的工作溫度;零件的受力情況及負荷大小;零件的失效原因。

(2)零件的理化狀態零件的材質、成份、尺寸和外形;是否用過其它表面處理方法;熱膨脹系數;以及磨損的部位和面積;

(3)對涂層的技術要求如涂層的厚度、硬度和結合強度;尺寸和變形極限和精度等級;機加工性能以及所需的表面粗糙度等;

(4)經濟上的合理性采用熱噴涂對新制件的預保護或對失效件的修復,除了技術上的必要性外,絕大多數是出于經濟上的原因。經計算,一般的噴涂費用只占零件價格的20%左右,當然也有占的比例較大的,甚至大大超過零件本身的價格,然而經噴涂過的零件其使用壽命比未噴涂的至少要提高幾倍至幾十倍。有些大的零件或者制造周期長的零件,一旦損壞后,很難及時配購,而采用熱噴涂彌補了由停機帶來的損失,經濟上還是合算的。

熱噴涂技術在我國推廣應用情況

熱噴涂技術是一項低投入、高產出的項目,通過噴涂及表面強化或予保護或者修舊利廢,其壽命可以成倍甚至幾十倍增長。我國目前已能生產三十幾個品種噴涂設備,上百種噴涂材料,上述十種噴涂方法國內已采用,這種新的表面工程技術已廣泛應用于國民經濟各部門,取得了重大經濟效益,從“六五”開始,連續三個五年計劃被國家列為重點推廣項目,據不完全統計,“六五”取得直接經濟效益十七億元,“七五”為二十四億元,“八五”為三十五億元。各地區、各部門都抓住了一批量大面廣的典型件進行推廣應用。如:冶金部的高爐渣口;鐵道部的氣閥活塞環和鋼軌修復;煤碳部的刮板機中部槽及壓液支柱;石油行業的各種柱塞及鉆桿接頭;機械行業的閥門密封面;造紙行業的烘缸;航空部門的熱障涂層等等,目前推廣應用在全國熱噴涂協作組的統一組織與協調下,已形成了網絡和體系,為進一步推廣應用創造了有利條件,但就地區、部門之間發展還不平衡,特別一些重工業基地,還應該大力推廣應用。

熱噴涂技術推廣應用的重大意義

據世界各國有關部門統計,發達國家每年由于磨損和腐蝕造成的損失約占國民經濟總產值10%左右(其中磨損,腐蝕各占5%)。

數據表明:

1976年美國國家標準局公布:1975年全國腐蝕損失700億美元,相當于國民經濟總產值4%,磨損斷裂損失每年預計1400億美元。

英國:1971年僅不列顛島磨損為13.65英磅。

瑞士:1969年僅對二百萬輛汽車統計,損失5億克朗。

我國:1981年腐蝕為100-150億元人民幣,1980年對十個大化工企業統計,腐蝕直接經濟損失為3.97%。煤碳部每年磨損腐蝕為17億元(其中磨損8億元,腐蝕為9億元)。冶金部1989年統計,由于磨損腐蝕到造成的損失,目前采用熱噴涂技術挽回只占可節約值的6.9%。

從上述數據看,我國“六五”熱噴涂產生直接經濟效益為17億元,“七五”二十四億元,由此可見,“十一五”繼續廣泛深入地推廣應用熱噴涂技術,有重大的潛在經濟效益和相當可觀的經濟效益。今后永久性推廣應用該項技術意義重大。

熱噴涂在我國重大項目典型應用

電力系統

⑴火電廠、鋼廠、水泥廠等大型工業燃煤/燃油CFB鍋爐和煤粉鍋爐“四管”(即水冷壁管、過熱器管、再熱器管、節煤/節油器管)噴涂LX34鎳鉻/碳化鉻、LX88A超硬耐磨合金涂層、耐磨陶瓷涂料和耐磨陶瓷貼片及其它耐磨防腐等多種先進涂層施工技術。

⑵火電廠風機葉片發電廠風機葉片,長期受一定溫度下磨粒磨損,采用鎳基碳化鎢噴焊進行強化壽命可大大提高。目前北京、西安、甘肅、四川、沈陽等地的電廠風機葉片采用鎳基碳化鎢噴焊方法都有大量成功實例。

⑶火電廠汽輪機缸蓋密封面修復;

⑷水電站的水閘門、升降壓站配電裝置、高壓輸電鐵塔等噴鋅、噴鋁及其合金涂層長效防腐;

⑸水電站的水輪機過流部位如轉輪、導水葉、底環、頂蓋、尾水管等抗氣蝕沖刷噴焊層;

⑹柴油發電機曲軸磨損后的修復;

⑺風力發電底座的噴涂。

冶金系統(高溫耐磨涂層在各種熱軋工具的應用)

⑴軋制無縫鋼管的軋頂一般軋制無縫管原軋頂為鉬基合金,僅舉包鋼無縫管廠為例,軋制內徑160mm無縫管頂頭,在高溫(1000)環境下工作,一般使用6~8道次,現在采用45#鍛鋼為基材,表面采用等離子弧噴焊高溫合金粉,制造復合軋頂,其壽命已提高到30~38道次,已在包鋼無縫廠采用,經濟效益可觀。主要設備:等離子噴焊設備,投資幾十萬元。

⑵鋼廠各種導衛軋板、管、棒等各種鋼材、導衛板(輪)等原為鑄鐵或一般鑄鋼材質,不耐高溫腐蝕,采用45#為基材,表面噴焊高溫合金粉,壽命可大大提高,此工藝已在首鋼等許多鋼鐵企業應用,屬量大面廣,值得開發應用。

⑶鋼廠連鑄機剪葉的強化連鑄機剪葉,進口件要剪上萬次,國產剪幾千次,采用高溫合金粉表面強化,其剪葉性能可接近或達到進口水平,可大力開發。

⑷鋼廠拉絲機卷筒在拉絲過程中,絲材與卷筒過線部分長期屬硬表面磨損狀態,采用自熔性鎳基碳化鎢超硬耐磨合金粉末氧乙炔火焰噴焊可進行強化,其壽命比原壽命提高4倍以上,全國已大力推廣,經噴焊及使用壽命延長,工廠受益大,噴焊者受益也大。

有色工業

1、銅加工廠、鋁廠φ600×1100;φ850×1500等各種軋輥的修復;

2、鋁廠碳素電極擠壓成型咀的修復;

3、有色、冶金、石化千噸以上水/油壓機φ850×5500;φ280×2500各種柱塞采用噴焊達到耐磨表面強化;

煤碳系統

1、煤礦井筒裝備噴鋅、鋁、塑料耐蝕涂層;

2、采煤刮板運送機中部槽采用合金噴焊耐磨涂層;

石油系統

1、石油井架、大型鋼制石油貯罐內表面噴鋁的防腐涂層;

2、油田鉆桿接頭噴焊強化涂層及大型蝶閥修復;

3、各種泵類,柱塞修復。

防腐市場

1、金屬涂層各種容器、貯罐等,采用普通(A3)鋼制造表面噴涂1Cr18Ni9Ti或0Cr、00Cr等不銹鋼材料,再進行封孔處理,代替不銹鋼整體制造,已有許多應用實例;化肥廠碳化塔、煤氣柜、釀酒貯罐、啤酒發酵罐、蒸溜塔、各種化工容器等內表面噴鋁、錫、鋅、鉛、不銹鋼等防腐涂層及大型閘閥、蝶閥修復;

2、陶瓷涂層制藥、生化、食品、化工企業采用A3鋼新制反應釜內表面噴涂氧化鋁、氧化鈦、氧化鉻等陶瓷涂層取代搪玻璃釉涂層或反應釜局部搪瓷脫落修補涂層;搪瓷反應釜或攪拌漿、葉、局部破壞,不能使用,采用ZK1532金屬陶瓷粉末高速火焰噴涂槍噴涂陶瓷涂層,再進行封孔處理,可修復如新,一般一臺反應釜價值至少要幾千至十幾萬元,修復及效益可觀。

3、塑料涂層塑料粉末火焰噴涂簡稱火焰噴塑,主要用于以防腐蝕為目的粉末涂裝。特點是涂層較厚,涂敷簡單,裝備輕便易攜帶,可到施工現場,直接噴涂耐酸、堿、鹽的各種塑料涂層,無需加熱固化裝置,特別適合于現場大面積火焰噴塑施工,在防腐性能、操作工藝、作業環境等方面可部分取代重防腐涂裝和玻璃鋼襯里。

火焰噴塑與靜電粉末涂裝、流化床涂裝相比,具有以下優點

1)裝備所需成本低,不用特制噴涂室、烘房。

2)裝備輕便易攜帶,可現場施工,噴涂可不受工件尺寸及形狀限制。

3)可以在100%的相對濕度、低溫等環境條件下施工。

4)粉末涂料不含溶劑,噴涂后無需干燥養護時間,即噴即用。

5)可涂覆多種基體材料如鋼鐵、混凝土等。

6)涂層可修補,對小缺陷部分只要加熱表面即可進行修補,大缺陷部分可重新噴涂。

7)換粉、換色容易。

火焰噴塑應用實例

耐各種腐蝕介質容器酒類、啤酒、牛奶、鹽、食品、污水處理設備、火電廠鋼制除鹽水箱包括超濾水箱、一級淡水箱、二級淡水箱、生水箱等內防腐采用美國進口EAA塑料粉末大面積火焰噴塑現場施工等。

各種鋼結構防腐、裝飾、絕緣、耐磨、減摩石化、電廠大型儲罐及西氣東輸管道二層PE和三層PE防腐管道焊口現場修補、高速公路護欄、市政照明燈桿、體育館網架工程、自來水水泵、化工風機、印刷機尼龍滾筒、汽車花鍵軸、電鍍掛具等。

海洋鋼結構及港灣設施橋梁基礎、防波堤、板橋、鋼管樁、板樁、棧橋、浮標等防海水腐蝕。

陜西中科表面工程有限公司在多年火焰噴涂設備研發制造和工程應用中,解決了火焰噴塑工藝普遍存在三個關鍵問題:一是噴涂效率低;二是送粉器不能均勻送粉;三是噴 槍易發熱、回火、難以長時間連續穩定噴涂。中科公司在法國SNMI公司和英國SCHORI公司火焰噴塑設備基礎上改進設計,采用獨特的小推車式不銹鋼大容量送粉器,可供兩支噴 槍同時噴涂。旋風流化床配合可調文丘里吸粉器附加清粉噴射器的供粉結構,送粉器與噴 槍長管線無積粉。由于送粉器不承壓,可不停槍加粉,保證了噴 槍全方位長時間連續、穩定、均勻,噴 槍設計為特殊混氣方式和雙層保護氣結構,噴涂過程中不會發生回火。可快捷噴涂乙烯-丙烯酸共聚物EAA、乙烯-醋酸乙烯酯共聚物EVA、聚烯烴PO、聚乙烯PE、交聯型聚乙烯、環氧粉末、氯化聚醚、尼龍系列等各種熱塑性和熱固性塑料粉末的防腐涂層,彌補靜電噴塑不足。

機械維修

⑴各種軸類機床,發電機軸,各種驅動軸,磨損后采用氧乙炔火焰粉噴、絲噴以及電弧絲材噴涂均可修復均能奏效,熱噴涂方法修復報廢了各種軸類是有效方法之一,設備簡單,操作方便,可現場施工。

⑵各類曲軸汽車、空壓機、中小化肥廠等,曲軸磨損后采用氧乙炔火焰粉噴、絲噴以及電弧絲材噴涂均可修復,特別是近年來進口汽車較多,在冶金、有色、石化、煤碳等部門,進口大馬力汽車較多,如蘇聯的“貝拉斯”、意大利的“T 2 O”,日本的“五十鈴”等,一般一根大馬力汽車曲軸價值約6千~幾萬元,而修復一根成本不超過1千元,經濟效益相當可觀。

⑶機床導軸修復大型機床導軸拉傷,采用熱噴涂方法修復效果最佳。

⑷玻璃模具玻璃模具,采用Ni基合金粉末噴焊,壽命大大提高,全國許多玻璃廠已成功采用。

⑺閥門密封面各種閥門密封面采用氧乙炔火焰噴焊及等離子噴焊技術壽命大大提高,目前已在150多個閥門廠推廣使用,經濟效益可觀。

⑻國產錘片耐磨涂層隨著人民生活水平的提高,養殖業蓬勃發展,對飼料的需求量越來越大。國產錘片壽命最長的20幾天,最短的幾小時,與國外差距很大,每年進口需要大量外匯,據不完全統計,我國雞鴨飼養破碎機錘片每年需要約5萬片,約外匯60萬美元,饅魚、對蝦飼養需進口錘片約16.5萬日元。進一步開發、推廣應用飼料粉碎機錘片耐磨涂層,一則可代替進口錘片,二則可節約大量外匯,三則可以出口創匯,推廣應用此項技術意義重大。目前,在一些飼料生產廠應用,效果良好,可擴大應用,經濟效益顯著。

造紙印刷

⑴造紙烘缸噴不銹鋼防腐耐磨涂層;

⑵胸輥、壓光輥噴銅代替電鍍銅涂層;

⑶四色膠印機壓印滾筒擠傷或磨損修復;

⑷紙箱廠四對瓦楞紙板壓輥修復。

制糖機械

全國蔗糖廠分布廣東、廣西、海南、福建、云南等分別有L300、1000、2000各型壓榨機底梳、面梳采用合金噴焊防腐耐磨涂層。

紡織機械

⑴化纖、紡織、針織、印染、棉、毛麻等各種紡機備件、各類型倍捻機錠環、各類導絲器、倍捻機摩擦盤、紡織機卷繞筒等表面采用等離子噴涂氧化鋁/氧化鈦耐磨涂層;

⑵無紡布壓輥擠傷的修復;

鐵路系統

1、我國京廣、隴海、寶成、洛陽等鐵路干線鋼軌擦傷、掉塊、低接頭、長軌焊縫低塌、軌道曲線外股鋼軌內側面磨損、采用氧乙炔焰自熔性合金粉末噴焊耐磨涂層;

2、內燃機車的率引電機軸、雙機組軸,換氣泵葉輪軸等部件噴涂修復。

長效防腐

對于長期暴露在戶外大氣的大型鋼鐵結構件、通訊鐵塔、地下電纜支架、電視塔、微波塔插轉臺、橋梁、高速公路護欄、城市過街天橋、市政照明高桿體育館遮陽蓬、港口、碼頭、船體、船塢等大面積噴涂鋅、鋁及其合金涂層,代替傳統油漆方法,實行陰極保護進行長效防腐涂層。熱噴涂鋅、鋁及其合金涂層典型應用 抗大氣腐蝕涂層的應用戶外鋼鐵結構件表面噴涂鋅、鋁及其合金實行陰極保護,代替傳統的刷油漆,大面積防腐工程近年來國內發展迅速。鋼結構廠房、鋼制集裝箱、梁橋、電視鐵塔、大樓天線、送變電站、鋼制燈桿等戶外鋼結構,這些鋼構件因長期暴露在大氣中,受到氣候變化和日曬雨淋,表面迅速氧化,生成一層三氧化二鐵,嚴重影響鋼結構的強度及使用壽命,為防止鋼結構表面的氧化,以往一般都采用油漆或鍍鋅保護,其防腐年限一般在3~5年,因此需要經常性進行維修保養,耗費大量人力物力。現采用火焰或電弧噴鋅、噴鋁工藝加以保護,防腐年限可達30年以上無需保養。如在鋅或鋁涂層外再加油漆封閉,其防腐年限更長。鋼結構表面只有采用火焰或電弧噴鋅、噴鋁工藝后,才能真正起到陽極保護作用,從而達到鋼結構長效防腐之目的,因此國家許多重大工程及市政項目被指定采用該工藝。如:長江三峽永久閘門、上海東方明珠電視塔、楊浦大橋主護桿、廣州市內環高架鋼梁、上海證券大廈鋼結構天線、浦東機場路共同溝爆氣管道、上海南橋50萬千瓦變電站等等,以確保重大工程的百年大計。

抗水腐蝕涂層大型鋼制水閘門是水力發電站、水庫中控制水位的主要鋼結構,它一部分長期浸沒水中,表面受到微生物侵蝕(如釘蝎的吸附,其排泄物呈酸性)。另一部分長期暴露在大氣中,特別是水線部分,受到沖浪和水面上漂浮物的沖擊,同時又受到漲潮、落潮的影響,使這部份鋼結構表面經常干濕交替,特別容易生銹,采用火焰或電弧噴鋅、噴鋁工藝,大大提高了鋼閘門的耐蝕性,比原來采用的油漆工藝防腐年限提高5~6倍。熱噴涂鋅、鋁工藝與熱鍍鋅工藝性能比較 ☆熱鍍鋅工藝預處理采用酸洗、磷化工藝,工件表面會有酸、堿液的殘余物,留下了腐蝕的隱患,使熱鍍鋅層容易產生脫落;噴鋅、噴鋁工藝預處理采用噴砂工藝,故工件表面非常清潔粗糙,表面噴鋅、噴鋁后不會產生由內向外的腐蝕,從而不會產生銹蝕脫落現象。

☆熱鍍鋅工藝有一定的溫度,約440℃左右,故工件熱鍍后會產生變形;而噴鋅、噴鋁工藝噴涂時的溫度很低,工件表面溫度<80℃,因此工件不會變形。

☆采用熱鍍鋅工藝,工件受鍍槽長×寬×高的限制;而采用噴鋅、噴鋁工藝則工件沒有限制。

☆采用熱鍍鋅工藝,還存在現場修補問題.現場安裝時焊縫、裝卸、運輸過程中的損壞,修補只能采用油漆;如采用噴鋅、噴鋁工藝,在現場進行修補。

☆由于熱鍍鋅工藝的預處理采用酸洗、磷化,故工件表面沒有粗糙度、涂層結合力較差;而噴鋅、噴鋁工藝的預處理采用噴砂,Sa≥2.5級,故工件表面有粗糙度,涂層結合力較好,抗拉強度≥0.6kgf/ mm2。

☆熱鍍鋅工藝對水質污染十分嚴重,環保問題非常突出.所以熱噴鋅、噴鋁工藝應用越來越廣泛。

航空航天

熱噴涂在我國始于國防、軍工行業,后來逐步發展到民用產品,到目前為止,導彈、火箭、衛星、坦克零部件及航空發動機葉片、噴火筒、導彈滑軌等預保護涂層和修復強化涂層。

建筑裝璜

大型塑雕、壁畫、噴黃銅、噴青銅、噴鋁、噴不銹鋼、噴彩色塑料等裝飾涂層。


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