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熱噴涂技術的發展及應用

 
1 表面工程及熱噴涂技術的特點及發展

    表面工程是經表面預處理后,通過表面涂覆、表面改性或多種表面工程技術復合處理,改變固體金屬表面和非金屬表面的形態、化學成份和組織結構和應力狀態,以獲得所需要表面性能的系統工程。
    表面工程綜合了多個領域的基礎理論、技術和最新成果。表面工程技術因在基體材料表面制造了一層涂層或薄膜,或通過表面改性賦予材料許多特殊性能,使材料的表面性能大大優于材料基體,不僅能大大延伸基體材料的應用領域,而且解決了許多領域中材料無法滿足環境要求的問題。表面工程技術在解決人類發展中遇到資源、能源、環境等共同問題中起著不可替代的重要作用。
    由于表面工程技術節能、節材,從而保護了人類賴以生存的寶貴資源,同時還對環境保護起到了非常關鍵的作用。21世紀表面工程技術將滲透各行各業,推動社會文明、提高生活質量。
    熱噴涂技術是表面工程中的一個重要分支,它是通過火焰、電弧或等離子體等熱源,將某種線狀和粉末狀的材料加熱至熔融或半融化狀態,并將加速形成的熔滴高速噴向基體形成涂層。涂層具有耐磨損、而腐蝕、而高溫和隔熱等優異性能,并能對磨損、腐蝕或加工超差引起的尺寸減小進行修復。熱噴涂技術的應用主要包括:長效防腐、修復及先進制造技術、模具制作與修復、制造特殊的功能涂層等四個方面。目前,熱噴涂技術已廣泛應用于幾乎所有工業領域以及家庭用品(如不粘鍋、紅外線保健電熱器等)。
    20世紀末,熱噴涂技術的發展十分迅速,并迅速被推廣使用。1980年到2000年,熱噴涂市場的變化見表1。到20世紀末,等離子噴涂仍然居主導地位。值得注意的是,高速火焰噴涂(HVOF)迅速發展,將占據25%的市場比例,居第二位。電弧噴涂技術,由于經濟性好、涂層性能比火焰噴涂層優越,將部分代替火焰噴涂技術上升到第三位。

表1  主要熱噴涂方法的應用比例

年份

火焰噴涂

電弧噴涂

等離子噴涂

高速火焰噴涂

1980年

39%

6%

55%

-

2000年

12%

15%

48%

25%

2  熱噴涂技術的應用

    熱噴涂技術目前已經得到了廣泛的應用,其主要應用領域如表2所示。

表2  熱噴涂涂層的主要應用領域

領域

主要類型

涂層材料類型

防護涂層

陽極性防護涂層(抗大氣壓及浸漬腐蝕涂層)

Zn、Al、Zn-Al合金、Al-Mg合金、Al-Re

陰極性防護涂層(抗化學腐蝕涂層)

不銹鋼、有色金屬及合金、氧化物陶瓷、塑料等高分子材料

抗高溫氧化涂層

Ni基、Co基合金、MCrAIY合金、氧化物陶瓷

強化涂層

耐磨粒磨損及沖蝕磨損

碳化物+金屬、自熔性合金、氧化物陶瓷

耐摩擦磨損涂層

Mo或Mo+合金;有色金屬及合金;自熔性合金;氧化物陶瓷

在強腐蝕介質中耐磨涂層

自熔性合金、高合金、陶瓷

特殊功能涂層

熱障涂層

氧化物陶瓷

可磨密封涂層

金屬+非金屬復合材料

熱輻射涂層

氧化物復合材料

導電屏蔽及防輻射涂層

金屬

固體潤滑涂層

金屬+非金屬復合材料

超導、耐電、高溫塑料等特殊涂層

 

    近年的發展趨勢和特點是:(1)大面積長效防護技術得到廣泛應用,對于長期暴露在戶外大氣的鋼鐵結構件采用噴涂鋁、鋅及其合金涂層,代替傳統的刷油漆的方法,實行陰極保護進行長效大氣防腐;(2)采用熱噴涂技術修復與強化大型關鍵設備及進口零部件國產化;(3)超音速火焰噴涂技術的應用:(4)氣體爆燃式噴涂技術進一步得到應用;(5)高速、自動氧乙炔火焰末噴涂技術發展迅速;(6)熱噴技術在化工防腐工程中得到應用;(7)激光重熔技術開始應用。目前,熱噴涂技術在軍事、水利、電力、化工、建筑、環保、生物等眾多工程領域等方面得到了日益廣泛的應用,熱噴涂在海洋工程方面也得到了廣泛應用。對船身、甲板、駁船、大平底船、拖船等,熱噴涂都取得了良好的長效保護效果。

3  熱噴涂技術在化工、石油行業中的應用

    在化工行業中,腐蝕尤為嚴重,它不僅造成大量材料和設備損失,而且因腐蝕造成的企業停產。安全事故及環境污染所帶來的損失更難以估量的。防止“跑、冒、滴、漏”是化工企業設備管理的主要任務之一。集多種工藝方法于一身、以表面強化為宗旨的熱噴涂技術可以噴涂所有的固態工程材料,并具有良好的化學穩定性,目前在化工行業中已得到日益廣泛的應用。化工介質往往含有硫及氧,如燃料、酒精、醋酸、甲苯、甘油、糖漿的儲罐,原軸套機械密封和葉輪,均可通過熱噴涂解決防腐。對一般弱腐蝕介質可以通過金屬熱噴涂鋁、鋅、不銹鋼加封閉解決,對強酸、堿等通過塑料火焰噴涂環氧、聚四氟乙烯等解決。效果十分顯著。熱噴涂在化工行業中的典型應用有如下幾個方面:1、以低級材質 和加熱噴涂層取代不銹鋼、鈦合金等高級材質不銹鋼。2、可作為化工反應罐、貯罐、攪拌裝置和管道的防腐涂層。3、可作為搪玻璃設備崩瓷損壞的良好修補層。
    熱噴涂在石油工業中也得到了廣泛的應用。熱噴涂已成功用于石油勘探,開采等設備的修復和防護。熱噴涂涂層已成功用于石油鋼管、海洋平臺的長效防腐。某井下作業公司工程安裝公司引進的電弧噴涂技術,較好地解決了金屬防腐難題,填補了油田金屬防腐空白。工程安裝公司目前已將該技術應用到線材、板材、型材及金屬設備中,噴涂后的產品防腐能力提高了2倍以上。

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