* V7 [9 e7 v K5 P& }- f自熔性合金的三種典型就是鐵鉻硼硅系列、鎳鉻硼硅系列和鈷鉻鎢系列,。, ]; f% V$ P1 T. Q( p' f: v+ q2 ?
; H# Y J# G& T3 s( j1 `2 G鐵基合金具有很好的耐磨性和一定的耐蝕性,,因其價(jià)廉而被廣泛用于一般機(jī)械零件的耐磨涂層和修復(fù)零件用。其硬度范圍由含鉻量與含碳量而定,,一般在HRC25~60或更高,。. D" W- s; w6 |7 E: X+ X
7 f N* U8 ]1 j/ u H, o% y鎳基合金不僅具有良好的耐磨性,還具有良好的耐腐蝕性和較好的紅硬性,。廣泛用于既要求耐腐蝕,,又要求耐磨的零部件。如閥門密封面,,柱塞表面,,用于有腐蝕性介質(zhì)中的熱電偶導(dǎo)管以及要求耐腐蝕的化工容器等,。. o2 b. W0 T A7 f! m; J
' l6 u$ q5 W9 U- u' [! n7 l鈷基合金(司太立系合金)的最大特點(diǎn)是在高溫下的耐腐蝕性和耐磨性十分突出,,抗氣蝕性能好,因此可用于高溫排氣閥,、高溫高壓閥門,、高溫模具、汽輪機(jī)葉片等的修復(fù)或預(yù)保護(hù),。 9 [, l8 {% D |9 [. y! \2 {9 C/ B/ s( S& v6 T1 ~7 h, q
自熔性合金是專為噴焊工藝生產(chǎn)的,,但它們也可以直接用于噴涂工藝,然而用于噴涂工藝的材料卻不一定能用于噴焊工藝,。 ( \, M" b9 B& ]3 y0 `/ g ; Y& L- R. Q. R5 U& w! h" b N4 c金屬和合金的種類很多,,不可能一一列舉,選用時(shí)可參考有關(guān)材料手冊,。" @& y7 t3 C, ^9 A2 B
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(二),、陶瓷材料 5 O7 ~2 }- @% d0 |7 k: t$ e4 N2 G8 z7 y$ t. L' _, h
陶瓷通常是指各種氧化物、硼化物,、硅化物,、碳化物的總稱,它們的熔點(diǎn)都很高,,大多在2000℃以上,,化學(xué)穩(wěn)定性良好,。其中氧化物應(yīng)用較多,它們在氧化性氣氛中有優(yōu)良的化學(xué)穩(wěn)定性,,熔點(diǎn)很高,,還具有很好的耐磨性和電絕緣性能。因而多作為耐高溫,、耐隔熱,、絕緣、耐磨,、耐腐蝕涂層,。應(yīng)用較多的氧化物陶瓷有氧化鋁、氧化鎂,、氧化鈦,、氧化鉻、氧化鋯等,。金屬碳化物的熔點(diǎn)比其化合物中金屬元素的熔點(diǎn)高,,在高溫下有良好的機(jī)械性能,所以適宜于耐熱涂層,。幾乎所有碳化物都是電和熱的良導(dǎo)體,。典型的碳化物是碳化鎢,它還具有很高的硬度,,因而有良好的耐磨性,,常用于機(jī)械密封和要求耐磨的軸頸等。其它陶瓷也都可作為熱噴涂材料,。所有陶瓷都有一個(gè)共同的缺點(diǎn),,就是材料沒有延展性,硬而脆,,因此不可能制成線材,,絕大多數(shù)是以粉末材料出現(xiàn),也有將其制成棒材用于熔棒式噴涂的,。 # Q0 U( \ V$ b% F) X! J. G' p) |( d; M# a0 }
(三) ,、復(fù)合材料: V2 _9 f& G2 n' e/ f! Y' j3 w
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近幾年復(fù)合材料的發(fā)展很快,所謂復(fù)合材料目前有二種形成,。一種是包復(fù)型材料,,它們是在某種核心材料微粒的外表面用化學(xué)或其它方法再包裹一層它種材料而形成的。被包裹材料一般都是金屬,,常用的包裹材料有鎳,、鎳鉻合金、鈷,、銅等,。另一種復(fù)合材料是粘結(jié)型的,,即在一種微粒的外表面再粘結(jié)上它種材料。這種材料制作工藝簡單,,成本低,,目前已有較好的產(chǎn)品。 4 S, P* |& a3 ?# b" z& X $ Y( O7 Y( _6 G- P7 w復(fù)合材料的出現(xiàn),,大大增強(qiáng)了涂層的功能,,擴(kuò)大了熱噴涂的應(yīng)用范圍。目前國內(nèi)外的許多科研,、生產(chǎn)部門都在努力從事復(fù)合材料的科研工作,。國內(nèi)已生產(chǎn)出了數(shù)十種復(fù)合粉,供不同工藝要求選用,。 " l$ A+ O0 B; J5 M1 j. U* y 2 x& W# [! m+ }" v; F' a(四) ,、塑料 ) Q, g* Y3 F$ J' n A4 Q # ?+ _$ ]9 q+ r# A# v! j8 g用于熱噴涂的塑料是一些具有熱塑性和熱固性的材料。不同塑料具有不同的耐化學(xué)腐蝕性能,,特別是耐酸,、堿的腐蝕性能。因而塑料早被廣泛用于化工防腐中,。但塑料在被用作熱噴涂材料之前,,它是作為襯里材料使用,或者直接將塑料制成容器,,但塑料的強(qiáng)度均比金屬低,,這就是限制了它的應(yīng)用。0 Q: d& b* I% {# e5 Z) }
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由于塑料的熔點(diǎn)都很低,,因此不能用通常的熱噴涂方法形成涂層,,否則會使它們分解或碳化,。長誠熱噴涂技術(shù)有限責(zé)任公司(原長城噴涂技術(shù)研究所)近年來研制成功既能噴金屬又能噴塑料的多功能氣體燃焰粉末噴涂裝置,,為將塑料涂層用于化工防腐開辟了新的途徑。0 m( B' h$ O+ }
% q2 ]" ~, E* x3 L, m典型的熱塑性塑料有聚乙烯,、聚丙烯,、聚四氟乙烯和尼龍等,典型的熱固性塑料有環(huán)氧樹脂和酚醛樹脂等,。 1 L7 e% Z) J2 X+ b3 v/ q. y9 d1 d $ [1 w. }' W5 P3 d$ Z( p三,、熱噴涂技術(shù)的應(yīng)用- F, m2 u5 q, X0 w" U- a
: W. i e0 \ ^0 }$ O& e(一)、耐腐蝕涂層 ; ~# _6 F& m. p- V: ~3 t5 k 0 i9 S0 Y7 q1 X% S7 o* ]用氧乙炔焰或電弧進(jìn)行金屬線材的噴涂是化工行業(yè)應(yīng)用最早的熱噴涂技術(shù),。其中鋁和鋅已被廣泛用于一般鋼鐵構(gòu)件,、管道、水閘門,、塔設(shè)備的防護(hù)涂層,,直至現(xiàn)今仍在采用,,如果在這些涂層上面再涂刷一層封孔劑(一般是有機(jī)涂料)會使使用壽命大大提高。這方面的成功經(jīng)驗(yàn)已經(jīng)有許多介紹,,這里不再重述,。 4 v4 v4 f; N- ^; {. _' A ( L# t' X' S. V' t/ H至于直接用于化學(xué)腐蝕介質(zhì)中的情況,目前各國還不多,。隨著等離子噴涂的出現(xiàn),,使涂層性能大大提高,如結(jié)合強(qiáng)度的提高,、氣孔率的降低都為熱噴涂的應(yīng)用創(chuàng)造了條件,。若在此基礎(chǔ)上再進(jìn)行處理,那將使其耐腐蝕性能大為提高,。& q+ M3 }3 M' Z/ B; Z# V
7 U, U6 H% ]! C# {# f# X對涂層進(jìn)行重熔處理(即采用噴焊工藝)是有效的封孔方法,,經(jīng)重熔處理后就形成無氣孔的涂層,并與基體表面層形成冶金結(jié)合層,。一些單位對柱塞采用噴焊工藝,,既提高了耐腐蝕性能又提高了耐磨性能,使柱塞的壽命大大提高,。例如在三柱塞高壓注水泵柱塞上噴焊鎳基合金,,使壽命比原38CrMoAl離子氨化柱塞提高壽命 5~9倍,而盤根壽命可提高 2~3倍,,這一工藝已在一些油田普遍采用,,并取得了很大的經(jīng)濟(jì)效益。! z5 m3 o; |8 k$ \9 C5 R
! ^, J& r% ]5 G5 f1 C! P4 f近年來,,國內(nèi)外對耐熱腐蝕涂層的研究和應(yīng)用方面取得了很大的進(jìn)展,,如CoCr-AlY涂層用于燃汽輪機(jī)葉片,使之既保持一定的機(jī)械強(qiáng)度又具有抵御高溫腐蝕環(huán)境侵蝕的能力,。 ) O' n5 s4 v j) Y3 y 6 s( P- ~+ E' \; z! g8 _由于出現(xiàn)了能承受較高溫度條件的封孔劑(目前國外已有耐40℃環(huán)境的封蝕劑),,使大面積化工容器采用熱噴涂技術(shù)成為現(xiàn)實(shí)。四川化機(jī)廠于1935年曾對幾種在酸堿交替腐蝕環(huán)境,,又需有較好導(dǎo)熱性的容器和攪拌器上噴涂了鎳基合金,,并用環(huán)氧樹脂進(jìn)行封孔,目前該設(shè)備正在使用中,。某單位在具有高溫腐蝕性氣體排氣鼓風(fēng)機(jī)的葉片上,,噴焊鎳基合金,其壽命比原來采用不銹鋼或高速鋼時(shí)提高4倍,。$ g0 K% W- W ^
( Q( U- L! U4 B: |& T9 s對于在液體腐蝕介質(zhì)中工作的設(shè)備和零件,,在選擇涂層材料時(shí),不能因?yàn)閲娡苛四驮摲N介質(zhì)腐蝕的材料時(shí),就認(rèn)為完全保險(xiǎn)了,,必須考慮到氣孔的存在,。如果涂層設(shè)計(jì)得較薄,則氣孔可能成為穿透性的,,這時(shí),,如果涂層材料的電動順序高于基體材料,則由于液體的浸入構(gòu)成腐蝕電池反會加速基體材料的腐蝕,。例如在鋼鐵材料表面噴涂鎳基合金,,如果不封孔就會加速鋼鐵的腐蝕。這點(diǎn)在進(jìn)行涂層設(shè)計(jì)時(shí)是非常重要的,。 " N9 F1 k, S' L2 U 2 F: m0 `9 r' Y' s, M- u) o: e值得一提的是國外對工業(yè)鍋爐防腐涂層的研究與應(yīng)用已取得了實(shí)用性進(jìn)展,。 2 O" k" E- h* \3 a * W! e& `) o7 d Z: R7 S影響鍋爐腐蝕過程最重要的因素上燃料燃燒產(chǎn)物中的硫化物及鍋爐的操作壓力。通常鍋爐水冷壁管的腐蝕速度每年高達(dá)3.5毫米,。美國METCO公司生產(chǎn)的METCO465復(fù)合粉(27.59%Cr,、2%Mo、6%Al,、余量Fe),采用等離子噴涂,,涂層致密,結(jié)合強(qiáng)度高,,在鍋爐十分苛刻的工作條件下,,具有良好抗腐蝕性,每年僅 0.025毫米左右,,涂層厚度即使在0.25毫米時(shí)仍有較高的結(jié)合強(qiáng)度,。這種方法在美國、日本和加拿大得到廣泛使用,,有二十多家有關(guān)公司采用 METCO465修復(fù)了大量的鍋爐,。 A! k( ~; z5 g
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美國TAFA公司用TAFA—LOY45CT(43%C、4%Ti,、余量Ni)進(jìn)行電弧噴涂,,經(jīng)受了 1008小時(shí)的模擬鍋爐工作環(huán)境考驗(yàn),未發(fā)現(xiàn)明顯的氧化及硫化現(xiàn)象,。該公司自1984年7月以來,,用電弧噴涂45CT合金線材,已修復(fù)30座鍋爐,,每座噴涂面在4.46米2與195米2之間,涂層厚度0.38~0.61毫米,。到目前已檢查9座,,未發(fā)現(xiàn)脫落。涂層年損失量平均為0.025毫米,。0 k6 w+ I$ j' l3 Q
+ L# a4 h4 q9 g- N) b7 o$ A. P瑞士Flasma Technik公司及MarchWood工程實(shí)驗(yàn)所,,對鍋爐防護(hù)已做了六年研究工作,。他們強(qiáng)調(diào)不能單從施工費(fèi)用來選擇噴涂方法,主要應(yīng)考慮如何在生產(chǎn)中始終如一地保證涂層衡量的最佳化及嚴(yán)密控制,。為此他們認(rèn)為采用等離子噴涂最為適宜,; ) z" ?0 K5 j! {% ~: B1 { ! Z c% b% I5 B(1) 針對鍋爐不同部位的要求,對噴涂材料可以廣泛選擇,;(2)噴涂參數(shù)可控,,涂層質(zhì)量穩(wěn)定;(3)噴涂過程中基體處于冷態(tài),。Flasma techmik公司采用NiCr合金(55%Ni,、50%Cr)進(jìn)行等離子噴涂,涂層具有良好的結(jié)合強(qiáng)度和耐腐蝕性,,年腐蝕速度為0.025毫米,,涂層厚度為0.5毫米,這就意味著工作壽命超過十年,。 8 E9 r# o, M- ^! Y4 q2 @4 j5 g% s8 e" Y9 N& M4 Y( p
(2) 縱觀熱噴涂在鍋爐修復(fù)方面的進(jìn)展,,可以歸結(jié)如下:a、熱噴涂修復(fù)鍋爐技術(shù)已日趨成熟,,并進(jìn)行選擇,。b、采用等離子噴涂或鎳(鉻)基合金為理想,。 4 J5 g8 o0 u. A6 h/ Z4 S, } - [4 ]1 T8 x6 F0 N7 z4 Z/ K- r許多非金屬材料具有良好的化學(xué)穩(wěn)定性,,如陶瓷、塑料,。許多陶瓷能耐強(qiáng)酸,、強(qiáng)堿的腐蝕;且耐高溫,;但因涂層具有多孔性,,使其應(yīng)用受到限制。如果環(huán)境溫度不太高,,例如在300℃以下,,則可以采用封孔劑處理。據(jù)了解,,某單位采用陶瓷對鹽酸貯罐進(jìn)行噴涂并封孔,,使原來使用一月左右就被腐蝕損壞的容器壽命提高了許多倍,至今還在使用中,。 % L/ Q* F7 B: ]' A; B/ o+ L' [0 r4 P
許多塑料也可以耐酸堿的腐蝕,,而且塑料涂層不存在氣孔問題,這使得塑料涂層工藝在化工防腐中大有開發(fā)前途。由于對塑料粉末直接施用熱噴涂方法的實(shí)現(xiàn),,使大型化工容器和其它鋼鐵構(gòu)件的現(xiàn)場噴塑防腐成為現(xiàn)實(shí),。長誠熱噴涂技術(shù)有限責(zé)任公司(原長城噴涂技術(shù)研究所)研制的塑料熱噴涂裝置即將問世,它將為化工防腐作出應(yīng)有的貢獻(xiàn),。 0 p# Y/ w1 Y6 O 5 T. H3 N# g5 Z(二),、耐高溫、隔熱涂層3 L/ W+ \9 n9 `/ H S# v
: ]- f: S& f" T$ o, Z在化工生產(chǎn)中,,高溫是其特點(diǎn)之一,;在航空發(fā)動機(jī)上高溫也是一個(gè)突出的條件;發(fā)電廠,、冶金廠等同樣常遇到高溫,。由于高溫同時(shí)就伴隨著材料在高溫下的氧化和其它腐蝕現(xiàn)象的加劇。在高溫條件下工作的零件施加涂層的目的有二,,一種是形成隔熱涂層(或稱熱障涂層),,使材料實(shí)際工作溫度低于環(huán)境溫度,從而保持材料的機(jī)械性能,;另一種目的則是形成抗高溫氧化或腐蝕涂層而保護(hù)基體材料,。不過多數(shù)情況下兩種要求是兼而有之。; U9 `/ r6 C- E& B" [; B2 P: s) B
* b$ V" l) W! C許多陶瓷就具有這些性能,,因而被廣泛用于耐高溫的隔熱涂層,。其中氧化鋯具有較高的熔點(diǎn)(2800℃左右)和較低的導(dǎo)熱率。5 ^1 e6 a1 z! v. V& E/ R
* l& D; C: |3 |+ C. e 其次是氧化鋁,。但因氧化鋯的晶格是不穩(wěn)定的,,將其加熱至1200℃以上時(shí)從單斜型變?yōu)榱⒎叫停鋮s到1000℃后又轉(zhuǎn)變?yōu)樾毙�,。所以稱為非穩(wěn)定型氧化鋯,,如果直接用于噴涂,涂層在冷熱交替時(shí)就容易脫落,。加入適量的穩(wěn)定劑,,如氧化鈣、氧化鎂,、氧化釔等,,就可以抑制相變使之成為穩(wěn)定的立方晶格。 6 Q0 N- N. k6 D' l+ P2 x3 A3 a: |* U3 j% ^( r
氧化鋁的熔點(diǎn)低于氧化鋯,,隔熱性能也稍差,,但因其價(jià)格便宜,所以也常用于隔熱耐高溫涂層,。氧化鋁有多種相變,,主要是以α-氧化鋁和γ-氧化鋁為代表,,其中α-氧化鋁是穩(wěn)定的,,所以用于噴涂的應(yīng)為α-氧化鋁,。$ v% Q9 B: A( z
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這些氧化物在高溫氧化氣氛中是穩(wěn)定的,雖由于氣體的存在對隔熱有利,,但氣體介質(zhì)可能通過氣孔而侵入基體,。如果基體材料不是抗氧化的,則會因基體的氧化造成涂層的脫落,,對此,,可在基體表面先噴一層鎳鉻耐熱合金作為中間層,再噴涂隔熱層,。采用中間層還有一個(gè)作用,,即選擇與基體有更好結(jié)合能力的材料使之與基體先得到一層良好的結(jié)合層,從而使工作層結(jié)合得更牢,。 v; b$ T; X) w# o( j; v& V5 O3 d8 s" M4 l8 K' ^- z/ o/ j% |9 x3 R
目前,,國內(nèi)外都有將耐熱涂層用于高爐風(fēng)口和渣口的例子。本溪鋼廠用Ni,、Cr或鎳包鋁作為中間層噴涂Al2O3對銅基體的高爐風(fēng)口和渣口進(jìn)行等離子噴涂,,使風(fēng)口的消耗從渣口的消耗量從0.97個(gè)/萬噸生鐵下降到0.38個(gè)/萬噸生鐵;渣口的消耗量從1978年普通渣口的5.98個(gè)/萬噸生鐵下降到3.2個(gè) /萬噸生鐵,,隨著涂層質(zhì)量的提高,;到1981年消耗量為1.72個(gè)/萬噸生鐵。" F8 n! E9 H* g3 Q( I {& K- Q