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热喷涂特种涂层技术的运用

特点：采用等离子喷涂和爆炸喷涂技术，在各种液压缸、往复泵中的柱塞和活塞杆表面上喷涂特种陶瓷涂层。　　突出特点在于：　　1.陶瓷涂层与钢基体形成复合材料结构，有效利用热喷涂的优点，强度高且耐磨抗蚀；　　2.摩擦系数低、能耗小、减少摩擦能耗；　　3.对密封填料或对偶件的磨耗小，减少维修；　　4.使用寿命比镀铬件提高3～6倍，属环保涂层技术。　　应用：此种热喷涂技术广泛适用于石油、化工、化纤、医药、食品、电力、冶金、舰船、水处理、水利、军工领域用的往复泵柱塞，液压缸活塞杆等。

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什么是热喷涂的表面预处理

简介:热喷涂的表面预处理一般分成表面预加工，表面净化和表面粗化(或活化)三个步骤来进行。　　1表面预加工：　　一是使工件表面适合于涂层沉积，增加结合面积；　　二是有利于克服涂层的收缩应力。对工件的某些部位作相应预加工以分散涂层的局部应力，增加涂层的抗剪能力。常用的方法是切圆角和预制涂层槽。工件表面粗车螺纹也是常用的方法之一，尤其在喷涂大型工件时常用车削螺纹来增加结合面积。　　2表面净化：　　常采用溶剂清洗，碱液清洗和加热脱脂等方法，以除去表面油污，保持清洁度。常用的清洗溶剂有：汽油、丙酮、四氯化碳和三氯已烯。对大型修复工件常采用碱液清洗。碱液一般用氢氧化钠或碳酸钠等配制，这是一种较廉价的方法。　　3喷砂粗化处理：(这是热喷涂重要的预处理方法。)　　喷砂可使清洁的表面形成均匀而凹凸不平的粗糙面，以利于涂层的机械结合。用干净的压缩空气驱动清洁的砂粒对工件表面喷射，可使基材表面产生压应力，去除表面氧化膜，使部分表面金属产生晶格畸变，有利于涂层产生物理结合。基材金属在喷砂后可获得干净、粗糙和高活性的表面

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热喷涂技术及方法

简介:热喷涂锌的主要设备是压缩空气系统，氧气、乙炔系统，金属气喷枪及胶管等。　　它的工作原理：以喷枪中的压缩空气为原动力，在驱动装置推动下，锌丝通过喷嘴，在氧一乙炔焰的加热下，成为熔融体，借压缩空气使之雾化成微粒并喷射到工件上，形成热喷涂锌保护层。由于喷砂后的基体表面凹凸不平，散热收缩后的金属涂层能牢固地附在工件表面。　　喷料要求：　　1.金属喷涂用锌丝纯度不得低于99.99%。　　2.锌丝应光洁、无锈、无油、无折痕，直径为2.0～3.0mm。　　喷涂工艺要求：　　1.喷涂用的压缩空气应清洁、干燥，压力不得低于0.4MPa。　　2.喷涂距离为100～200mm，喷枪尽可能与基体表面成直角，不得低于45°。　　3.喷枪移动速度，以一次喷涂厚度达到25～80µm为宜。　　4.各喷涂带之间应有1/3的宽度重叠，厚度应尽可能地均匀。　　5.各喷涂层之间的喷枪走向应相互垂直，以交叉覆盖。　　6.涂层表面温度降到70℃以下时，再进行下一层喷涂。

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什么是热喷涂锌

简介:热喷涂锌的主要设备是压缩空气系统，氧气、乙炔系统，金属气喷枪及胶管等。　　它的工作原理：以喷枪中的压缩空气为原动力，在驱动装置推动下，锌丝通过喷嘴，在氧一乙炔焰的加热下，成为熔融体，借压缩空气使之雾化成微粒并喷射到工件上，形成热喷涂锌保护层。由于喷砂后的基体表面凹凸不平，散热收缩后的金属涂层能牢固地附在工件表面。　　喷料要求：　　1.金属喷涂用锌丝纯度不得低于99.99%。　　2.锌丝应光洁、无锈、无油、无折痕，直径为2.0～3.0mm。　　喷涂工艺要求：　　1.喷涂用的压缩空气应清洁、干燥，压力不得低于0.4MPa。　　2.喷涂距离为100～200mm，喷枪尽可能与基体表面成直角，不得低于45°。　　3.喷枪移动速度，以一次喷涂厚度达到25～80µm为宜。　　4.各喷涂带之间应有1/3的宽度重叠，厚度应尽可能地均匀。　　5.各喷涂层之间的喷枪走向应相互垂直，以交叉覆盖。　　6.涂层表面温度降到70℃以下时，再进行下一层喷涂。

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电弧喷涂技术特点

电弧喷涂技术是一种低成本，高效，节能，操作灵活及涂层质量稳定，涂层结合强度高的技术，自身的优点为其在防腐领域发挥作用提供了前提条件，为其在广阔的领域得到推广应用奠定了基础。电弧喷涂技术具有以下优点：　　1.准备工作简单。只需要通过调节旋钮一次设定喷涂参数，以后喷涂时不需要重复设定，为快速维修提供了条件，节省了时间，在再制造过程中减少了停车时间，降低了再制造的成本　　2.喷涂效率高。高速电弧喷涂的单位时间喷涂量远远大于火焰喷涂和等离子喷涂，适合于大面积喷涂，大大提高了工作效率。　　3.更换喷涂材料方便。电弧喷涂只涉及更换喷涂丝材，安全可靠，而火焰喷涂则要更换气瓶，笨重危险　　4.安全性高。电弧喷涂技术仅使用电和压缩空气，不用氧和乙炔等易燃气体，安全性高。　　5.成本低。电弧喷涂是一种十分经济的热喷涂方法，它的能源利用率很高，加之电能的价格又远低于氧和乙炔，其费用通常仅为火焰喷涂的1/10。通过电弧喷涂技术制备的防腐涂层成本大大降低。　　6.涂层质量高。高速电弧喷涂技术提高了熔融粒子的飞行速度和雾化质量，降低了涂层的空隙率，同时增加了涂层与基体的结合强度。

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热喷涂材料选择指导方法

正确地选择涂层材料是确保所需涂层性能的关键性工作。在选择涂层材料时，首先要考虑工件工况条件和涂层需具备的性能，还要考虑工件的材质、批量、经济性以及拟采用的热喷涂方法。根据涂层的功能，涂层大体可分为耐腐蚀涂层、耐磨损涂层、减摩与封严涂层、耐高温热障涂层、绝缘或导电涂层、尺寸修复涂层等。 经表面涂层后的工件在使甩中引起失效的原因往往不是单一因素引起的，所以在满足工况条件要求和涂层性能之间不一定存在简单关系。应该详细分析工况条件，并根据参考文献或实验数据对涂层结构、物理、化学、力学等性能进行综合考虑，从而确定一种或几种涂层材料。 耐磨损涂层是表面涂层技术的主要应用领域之一。虽然涂层硬度与耐磨损性能之间有一个粗略关系，但硬度并不能完全代表表面涂层的耐磨性。因为不同的磨损类型对材料性能要求是不一样的，而且在磨损的同时常伴有冲击、腐蚀、疲劳和温度等影响。 表面涂层材料的选择不能盲目地追求高性能或高价格的涂层材料，造成不必要的浪费，材料价格的高低更不能作为选择涂层材料好坏的标准，相反应在满足工作条件要求的前提下，尽可能采用价廉的涂层材料，在批量生产时尤为重要。例如，能用镍基合金涂层材料就不用钻基合金涂层材料。 在选择表面涂层材料时，一般可按照下列步骤进行： （1） 分析工况条件和零件性能，了解失效原因及对涂层性能的要求； （2） 列出可供选择的涂层材料； （3） 分析待选材料与基体材料的相容性及能够采用的热喷涂方法； （4） 必要时进行实验室或现场试验； （5） 综合考虑使用寿命、成本和工厂条件，确定涂层材料； （6） 确定表面涂层方法并制定涂层工艺。 下面简要介绍目前常用的涂层性能，为正确选择喷涂工艺提供参考。 一般地说，采用热喷涂层的主要目的有以下几种：（1） 耐腐蚀涂层； （2）耐磨损涂层；（3） 减摩与封严涂层；（4） 耐高温热障涂层；（5） 绝缘或导电涂层；（6） 尺寸修复涂层等等。不同的目的应采用不同的涂层。 耐腐蚀涂层 耐腐蚀涂层材料的选择比较复杂。零件的工作状态、工作温度、工作环境和各种腐蚀介质都增加了对涂层材料的要求。腐蚀环境可能是水溶液、气体或各种化学介质，还可能具有宽广的温度范围。在有燃气存在的条件下，燃烧的气体或未燃烧的燃料也可能在适当的温度下与其它物质发生反应，形成很复杂的腐蚀环境。防腐蚀的机理基本上有三种： （1） 排斥腐蚀环境。这主要是依赖于涂层不渗透腐蚀介质，并不与腐蚀介质发生反应。 （2） 防止电化学腐蚀。也就是利用基体金属和涂层材料的性质，知道它们的氧化-还原电位，从而决定涂层对基体是阴极还是阳极，以及其电极电位如何等。涂层和基体材料若匹配不当就可能造成电化学腐蚀。 （3） 抑制腐蚀作用。通过使用化学腐蚀抑制剂作为喷涂层的密封剂可以起到某些防护作用。这种方法是多孔状喷涂层用腐蚀抑制剂饱相或用无机密封剂填充。使用较薄的涂层就能达到完全排斥腐蚀环境的要求。在某些情况卞，耐腐蚀金属也可以作为防腐蚀涂层，但大多数是采用氧化物陶瓷作为防腐蚀涂层。 耐腐蚀涂层主要有如下几种： （1） 耐大气腐蚀涂层 这类涂层耐下述条件的腐蚀，金属或合金暴露在户外或室内的大气中，但是不能浸渍在液体中，涂层在大气中能抵抗风、雨、阳光和其他气候变化条件的腐蚀。所有的质量评定都以户外暴露获得的结果为依据。在户外使用的涂层在室内也能很好地使用。 这类涂层有： a. 耐工业气氛的涂层。这种涂层能承受具有烟尘或化学烟雾 （如大城市和重工业区等） 的恶劣气氛。 b. 耐海洋气氛腐蚀的涂层。这种涂层能承受海洋附近或具有盐雾条件下的腐蚀，这种气氛中具有大量的盐分而且是潮湿的。 c. 耐农村大气腐蚀的涂层。农村大气中虽然没有工业烟雾和海洋性气候的盐雾，但含有少许的污染物。 （2） 耐浸渍腐蚀涂层 浸渍腐蚀是金属或其涂层暴露在液体中并且是全部或部分、或二者交替地受到浸渍，防腐蚀涂层必须能够耐液面以上或液面以下环境的腐蚀。这类涂层有如下几种： a. 耐食用淡水的涂层。这种涂层耐淡水，并且不能改变水的化学成分，以免不适于食用。 b. 耐非饮用淡水的涂层。这种涂层耐非饮用淡水，水温不超52oC，PH值为5～10。 c. 耐热淡水涂层。这种水系非饮用水，水温在52～204 oC，PH值为5～10。 d. 耐盐水腐蚀涂层。这种涂层可以全部或部分浸在静止的或运动的食盐水或海水中。 e. 化学和食品工业使用的涂层。这种涂层能耐诸如油、燃料和溶剂等的化学作用，并且能耐各种食品的腐蚀，但不能改变食品的化学成分和味道。 上述两种耐腐蚀涂层可以采用电弧喷涂 （包括高速电弧喷涂）或火焰喷涂锌或铝来制备。 （3） 耐化学腐蚀涂层 这类涂层能承受各种酸、碱、盐类的溶液、蒸汽和固体的腐蚀。这类涂层主要是各种铁基、镍基和钻基合金、自熔性合金、有色金属，氧化物陶瓷，碳化铬和碳化钨等金属陶瓷。由于热喷涂层都有一定的孔隙率，所以，各种涂层必须进行填充密封处理。密封剂本身也必须耐化学介质的腐蚀。 耐磨损涂层 零件磨损通常都伴随着温度升高，其原因或是由于摩擦引起的或是与工作环境有关。一般情况下，耐磨涂层应用在遭受撞击磨损的条件下或腐蚀环境中。因此，作为耐磨涂层必须坚硬、不易破碎，而且具有一定的耐热和耐化学介质腐蚀的性能。许多碳化物、氮化物、氧化物、镍基或钻基合金都具有这些性能。 由于使用环境、工作温度和磨损条件的不同，磨损的情况比较复杂，归纳起来有如下4种情况： （1） 粘着磨损 这种耐磨涂层主要作为软轴承和硬轴承表面使用。 a. 软轴承表面。这种涂层可以使润滑剂中携带的磨料粒子嵌入涂层内，也能使轴承表面的基准线变形。软轴承成本较低，但必须进行很好的润滑，否则磨损速度太快。 b. 硬轴承表面。这种涂层可以用作高耐磨和硬轴承材料，能耐磨料磨损，减少划痕和划伤，可用于高负荷低速度的硬轴承表面上。 （2） 磨料磨损 a. 耐磨料粒子磨损的涂层。这种涂层能耐滑动表面之间的外来粒子的切削和划槽作用，故涂层的硬度大于外来磨料粒子的硬度。在高温下使用的涂层，其工作温度为540~845oC，在低温下使用的涂层，其工作温度在540 oC以下。 b. 耐硬面磨损的涂层。这种涂层能耐硬面或含有硬磨料的软面滑动磨损。涂层需光滑以减小磨损程度，还应具有适当的摩擦系数。在高温下使用的涂层，其工作温度为540~845 oC，在低温下使用的涂层，其工作温度在540oC以下。在低温使用的耐硬面磨损的涂层中，还包括耐纤维和纺织线磨损的涂层。 （3） 表面疲劳磨损 a. 耐定向运动磨损的涂层。这种涂层能承受在轨道上滑动、滚动或撞击引起的磨损，并足以承受连续的撞击磨损。 b. 耐无定向运动磨损的涂层。这种涂层能耐相互接触的表面发生小量位移引起的振动摩擦，由于接触摩擦系统无定向运动，涂层的磨损是很难预料的，振动是这类磨损中常见的现象。这种涂层也分为高温下使用和低温下使用的两类。 c. 耐气蚀涂层。这种涂层能够承受由于液体流的空穴造成的机械冲击磨损，并具有韧性高、耐磨和耐腐蚀性能。 （4） 冲蚀磨损 这种涂层耐尖锐和坚硬粒子的冲蚀。这些粒子由气体或液体传递并以一定速度运动。当粒子的冲蚀角度小于45o时，粒子沿表面飞行而产生磨料磨损。这时对涂层硬度的要求是主要的，当粒子的冲蚀角度大于45o时，涂层的韧性则是主要的。这种涂层也有在高温和低温条件下使用的两种类型。 机械零件间隙控制涂层 （可磨耗密封涂层） 由气体在压力之下驱动的机器其机械效率取决于转子的密封能力，密封能力高可以减小或防止气体的泄漏，因此，要求转子与定子之间具有非常紧密的配合间隙。由于转动零件在工作条件下可能延伸或膨胀，而与静止零件发生碰撞，所以，要制造具有紧密间隙的机器是很困难的，但使用可磨耗密封层即可解决这一问题。方法是在静止零件上喷涂一层可磨耗封严层，通过转动部分的零件，使涂层形成紧密尺寸配合的密封通道。 典型的可磨耗涂层用于喷气发动机压气机匣和涡轮机匣上。涂层应有足够厚度，以使发动机装配时，转子叶片和机匣之间互相搭接。当发动机启动时，叶片顶端与涂层磨擦，磨去一些涂层，形成通道，而叶片本身不受损伤，由于涂层适应叶片径向和轴向移动，每个叶片的顶端都能在涂层中获得密封。在设计可磨耗涂层时，必须解决两个根本对立的要求，即涂层不仅是可磨耗的，而且必须耐气流的冲刷和粒子的冲蚀。因此有必要比较涂层的可磨耗性能相抗浸蚀性能，以及耐热性能和抗化学腐蚀性能。 耐高温热障涂层 （1） 耐高温涂层 这类涂层能改善基体零件的高温工作条件，并能承受高温条件下的化学或物理分解作用或由于腐蚀造成的化学损坏。 a. 耐大气氧化涂层。这种涂层能防止基体由于高温氧化造成的损坏。涂层的熔点高于工作温度，在工作温度下具有低蒸气压。不要求涂层承受机械磨损。

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超音速喷涂技术特点

采用超音速火焰喷涂工艺分别制备了WC_12Co、Cr3C2—25NiCr碳化物金属陶瓷涂层，测定了涂层孔隙率、显微硬度及磨粒磨损过程中涂层的质量损失，探讨了涂层磨损质量损失与涂层种类及结构的关系，利用扫描电镜对涂层磨损表面形貌进行了观察，分析了涂层的磨粒磨损失效机制。结果表明：制备的Cr3C2—25NiCr、WC-12Co涂层组织致密，孔隙率分别为1．36％和2．769／6，涂层与基体结合良好，显微硬度分别为822HV和1132HV，涂层磨损质量损失与磨损距离呈线性关系，Cr3C2—25NiCr涂层的磨损质量损失约为WC-12Co涂层的3倍；犁沟切削是涂层磨粒磨损初期的主要特征，而碳化物颗粒的断裂与剥落则是涂层磨损后期失效的主要原因。

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用超音速火焰喷涂法制备碳化钨基涂

超音速火焰喷涂(high velocity oxyfuel spraying， HVOF)是20世纪80年代初在普通火焰喷涂的基础上发展起来的一种新型热喷涂技术。它是利用氢、乙炔、丙烯、煤油等做燃料，用氧气作助燃剂，在燃烧室或特殊的喷嘴中燃烧，产生2100m/s以上速度的超音速燃焰，同时将粉末送进火焰中，产生熔化或半熔化的粒子，高速撞击在基体表面上沉积形成涂层。超音速火焰喷涂具有火焰速度高、温度低、涂层结合强度高、致密性好、硬度高，孔隙率低、氧化物含量低等优点。该工艺现在已发展到航空、冶金、纺机、汽车、铁路等领域的大量应用，代表了现代热喷涂技术发展的方向。超音速火焰喷涂技术在带来显著社会效益的同时也具有显著的经济效益。据市场估计，2015年超音速火焰喷涂工艺将在热喷涂业拥有25%的市场。该技术具有火焰温度相对较低(约 2600~3000℃)、焰流速度高，喷涂过程中可有效抑制和减少碳化钨的分解，所获涂层可保留碳化钨相的耐磨特性，因此该工艺特别适合于喷涂耐磨性能良好的碳化钨类材料，所获碳化钨涂层材料可以提供非常好的抗磨损和抗腐蚀性能。 中南大学报道了采用超音速火焰喷涂法在45#钢表面制备碳化钨基涂层的工作，取得了较好的效果。他们以WC、Co 、Cr 等为原料，根据WC10Co4Cr 成分配制原料，原料经搅拌球磨、喷雾造粒和真空烧结制得各粉末块体，然后通过破碎筛分、分级和合批控制喷涂粉末粒度为 15~45μm。经检测，所得喷涂粉末球形度高，流动性好(~13 s/50g)，粉末松装密度相近(4.8~5.0 g/cm3)，单颗粉末呈疏松结构；粉末物相均为 WC 和 Co 相。涂层试样基体材料为 45#钢，喷涂前基体表面经 50~70目白刚玉喷砂处理，然后用压缩空气吹扫样品表面。采用机械手固定的 Praxair JP8000超音速火焰喷枪制备碳化钨基涂层。 对所获涂层的检测表明，涂层厚度达到300微米，沉积效率达到55.15%，孔隙率为0.32%；涂层物相主要由 WC 相组成，还含有少量 W2C相和非晶相或纳米晶相，未出现 W 或η相(Co6W6C、Co3W3C)，表明颗粒在焰流中停留时间极短，粉末脱碳程度小，涂层中保存了粉末中的 WC 硬质相，有利于涂层耐磨性的提高。实验中氧气和煤油流量设定不变即喷涂时控制火焰温度一致；加之采用新型喷枪和高 效率的冷却系统，减少了脱碳程度。涂层脱碳程度小的主要原因有：（1）粉末中无η相；（2）该实验氧气流量和煤油流量设计有利于获得相对较低的火焰温度，（3）喷枪移动速度快和喷涂过程压缩空气的冷却，使涂层受热程度较低。 硬度、磨粒磨损和抗盐雾腐蚀性能测试表明，涂层显微硬度达到近1300HV，体积磨损量相当小；涂层在中性盐雾腐蚀环境下360小时，仍然保持表面光滑并具有金属光泽，未发生腐蚀，说明涂层耐腐蚀能力强。由于添加 Cr 后易于在涂层表面形成很薄的 Cr2O3陶瓷层，因而提高了该涂层的耐腐蚀性能。