中国热喷涂近期发展状况

全国热喷涂协作组 刘广海

热喷涂技术是材料表面强化与保护的新技术,它在表面改性技术中占有重要地位。该项技术在我国始于50年代,70年代末形成气候。目前,无论在设备、材料、工艺、科研等方面都在迅速发展与提高,已成为表面技术一个重要组成部分。其发展趋势是:设备方面(喷枪)向高能、高焓、高速度发展;材料方面向系列化、标准化、商品化方向发展,以保证多功能高质量涂层的需要;工艺方面向机械化、自动化方向发展,如计算机控制、机械手操作等。当今,热喷涂技术在国民经济各领域里都得到了广泛应用,推广应用前景广阔。

一、热喷涂设备的新发展

近期我国加快了设备研制和生产步伐,目前已形成了完整的研制和生产体系,已有20多个单位从事热喷涂设备开发与生产,能够生产各类型的氧乙炔火焰喷涂设备、喷熔设备;新型电弧喷涂设备;成套等离子喷涂设备、喷焊设备;各类专用机床;热喷涂空气净化设备,前处理及后加工设备。单机品种已达100多个,这些产品开发与生产,保证了热喷涂技术的发展, 比较突出的有:

1、 高速火焰喷涂装置 目前从国外引进的高速火焰喷涂装置(HVOF)、(HVAF)以及超音速等离子喷涂设备,其特点是粒子飞行速度高,涂层与基体结合强度高,孔隙率低,这些设备已在航天、航空、冶金、化工和电力等行业发挥着重要作用。但是上述进口设备价格昂贵,且燃料(丙烷、丙烯)不易普及,针对上述情况,结合我国国情,四川长城喷涂技术研究所研制成功了氧乙炔焰作热源的高速喷涂枪。由于受到乙炔压力的限制,目前虽然粒子飞行速度达不到超音速,但却比常规氧乙炔火焰粉末喷涂飞行速度提高了4~5倍,比常压等离子喷涂也提高了1~2倍,可喷涂金属及合金粉末材料有Al2O3-TiO2-Co-WC以及聚乙烯、尼龙等热塑型粉末材料。此外,西安交通大学等单位已研制成功高速火焰(HVOF)喷涂装置,并开始应用。

2、 高速电弧喷涂装置 由于电弧喷涂具有结合强度高、耗能少、成本低等优点,所以近年来这种设备在国内越来越被人重视,并积极采用,特别是在钢铁结构件大面积长效防护工程及电站锅炉管道热腐蚀中发挥了重要作用。在普通电弧喷涂的基础上,国家产学研设备工程中心装甲兵工程学院、西安第二炮兵工程学院近期又研制成功了高速电弧喷涂枪,气流速度高达600m/s以上,其涂层结合强度、孔隙率等多项指标都优于普通电弧喷涂,目前正在进一步推广应用。

3、 氧-乙炔火焰金属粉末喷涂装置 氧-乙炔火焰金属粉末喷涂技术目前在国内推广应用范围很广,几乎所有大企业都把它作为修旧利废的一种手段。上海、江苏、武汉和四川等地已开发生产了多种型号的喷涂、喷焊枪,已广泛为喷涂单位服务。上海焊割喷涂机械厂近期在原QHT-7/h火焰喷枪的基础进行改进,采用两套喷嘴,利用两种热源:即氧乙炔焰和氧液化石油气(家用瓶装)。采用瓶装液化石油气作可燃气体,可大大降低成本,且对喷涂作业带来更大的方便。

4、 气体爆燃式喷涂装置 航天总公司六二一研究所,从60年代开始研制,现已安置了一套完整的燃气爆炸喷涂装置,为航天、航空以及其他军工部门喷涂了许多高密度优质涂层,设备已达到或接近国外同类产品水平。北京长城钛金公司近年来与乌克兰合作,建立了中外合资的北京钛得新材料有限公司,引进了乌克兰的爆炸喷涂设备制造技术,现在能生产计算机控制三维行走机构的爆炸喷涂设备,除面向国内用户外,已出售到美国及台湾等地区。

5、 氧-乙炔火焰塑料粉末喷涂装置 近年来,采用氧-乙炔火焰,用沸腾送粉方法,通过特制的喷枪喷涂塑料粉末,可以得到平整光滑的塑料涂层。这对于大型工件、各种贮罐、管道涂装塑料涂层提供了一种新方法。为此,沈阳市热喷涂厂、武汉材料保护研究所、装甲兵工程学院等都先后研制成功了不同型号的火焰塑料粉末喷涂装置,并且进行了大面积施工,收到了良好效果。其中,武汉材料保护研究所研制成功的FSP-Ⅱ型塑料粉末火焰喷枪性能达到了UTP公司I-SPRAY-JET喷枪的水平。

6、 新型等离子喷涂枪 清华大学等单位研制成功了QZNI高能内孔等离子喷涂枪,该枪功率可达75kW,热效率、等离子射流平均焓值、射流温度、喷枪功率和粉末沉积率均达到Metco大内孔喷枪水平。近期,北京市熵科尔应用技术研究所研制成功了BT-G1、BT-G2、BT-G3型新型等离子喷枪,以及BT-NI型大内孔喷枪,同时还研制成功了BT-F1型双筒式超细粉末送粉器和物理方法冷却系统,使国产等离子喷涂设备水平又上了一个新的台阶,缩短了与国外设备水平的差距。

7、 新型喷砂设备问世 北京、上海等地近期已研制成功了小型可回收式喷砂设备以及大型环保喷砂设备,大大地改善了劳动条件,减少了环境污染,为推动我国热喷涂技术的发展起到了积极作用。

二、热喷涂材料的新发展

人们称热喷涂材料是热喷涂的"粮食"。喷涂材料性能、质量、品种是衡量涂层质量的重要水准之一,也是影响经济效益的关键因素。我国热喷涂材料虽然起步较晚,但进入70年代以来发展相当迅速,目前已有40多个生产厂家生产近百个品种,基本上能满足国内需要。这些研究和生产单位研制和生产的热喷涂材料大体可分为(近期的新品种):

1、 粉末材料 北京矿冶研究总院研制成功的氧化钇部分稳定型氧化锆热隙涂层材料,以及抗高温氧化的镍铬铝钴氧化钇底层材料已在航空发动机上得到了广泛应用;重庆仪表材料研究所研制成功的空气氧化锆材料喷涂的热障涂层,其各项指标也达到要求;北京矿冶研究总院研制成功的镍铬-碳化铬复合粉末材料,已在许多电厂锅炉水冷壁管上作为抗高温耐蚀耐磨涂层,应用效果良好;沈阳砂轮厂研制成功的氧化铝、氧化铝-氧化钛粉末已广泛用于纺织机械及冶金设备上,该厂研制成功的CrB2粉末在连铸机轧辊及炉底辊上喷涂应用已初见成效;北京钢铁研究总院采用自蔓延法研制的XTiC+yCr3C2+zNi复合陶瓷材料,适于等离子喷涂,涂层硬度可达54HRC,可耐800℃高温;自贡硬质合金厂生产的Co-WC合金粉末,已经得到广泛推广应用;四川等地研制成功的钼基合金粉末,已成功地应用于汽车同步环的喷涂。

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