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热喷涂陶瓷材料涂层技术的应用领域
 
慧聪网   2005年9月23日8时34分   信息来源:中国石油报    


热喷涂技术是材料科学领域内表面工程学的重要组成部分,它是一种表面强化和表面改性的技术,通过在金属基体表面喷涂一层涂层使金属具有耐磨、耐蚀、耐高温氧化、电绝缘、隔热、防辐射、减磨和密封等性能。热喷涂技术主要用于高温、耐磨、耐腐蚀等部件的预保护、功能涂层的制备及对失效部件的修复等。

热喷涂工艺方法中应用较广泛的有火焰喷涂、电弧喷涂、等离子喷涂、爆炸喷涂和超音速喷涂技术。火焰喷涂是通过火焰喷枪实现的,喷枪通过气阀分别引入乙炔、氧气或压缩空气,乙炔和氧气混合后在喷嘴出口处产生燃烧火焰,引入的粉状或棒状涂材在火焰中被加热熔化后,在焰流的作用下形成雾状小液滴被喷射到基体表面形成涂层。电弧喷涂所用的两根线状材料涂层材料由送丝轮自动导入,当在两线状材料之间通过大电流时将产生电弧,线状材料在电弧的高温作用下迅速熔化,并由压缩空气作用成小液滴被喷射到基体表面形成涂层。等离子喷涂适用于粉状涂层材料,等离子喷枪将电能转化为热能,产生高温高速的等离子焰流,其等离子焰流温度可高达50000℃,能熔化所有的喷涂材料。爆炸喷涂是利用可燃性气体与氧气混合物点火爆炸提供的能量,将粉体喷射到基体表面而形成涂层。超音速火焰喷涂方法因具有很高的粒子撞击速度,使得涂层结合强度、硬度、致密性、耐磨性都得到了改善。

大多数陶瓷材料具有离子键或共价键结构,键能高,原子间结合力强,表面自由能低,从而赋予了陶瓷材料高熔点、高刚度、高化学稳定性、高绝缘绝热能力、热膨胀系数小、摩擦系数小等特性;但与金属材料相比,其塑性变形能力差、对应力集中和裂纹敏感。显然,用陶瓷作为机械结构材料,其可靠性比金属材料差,机械加工困难,成本高。然而,采用热喷涂技术,在金属基体上制备陶瓷涂层,能把金属材料的特点和陶瓷材料的特点有机地结合起来,获得复合材料结构。由于这种复合材料结构具有异常优越的综合性能,使得热喷涂技术迅速从高尖领域扩展应用到能源、交通、冶金、轻纺、石化、机械等民用工业领域。

陶瓷涂层技术的特点与整体结构陶瓷材料相比,陶瓷涂层技术具有如下特点:1.能有机地把金属材料的强韧性、易加工性等和陶瓷材料的耐高温、耐磨和耐腐蚀等特性结合起来。2.合理选择涂层材料和适宜的喷涂工艺,可以获得各种功能的表面强化涂层。3.不受基体的限制:用于热喷涂的基体材料可以是金属、陶瓷、水泥、耐火材料、石料、石膏等无机材料,也可以是塑料、橡胶、木材、纸张等有机材料。4.不受工件尺寸和施工场所的限制。5.涂层沉积速率快,厚度可控,工艺简单。6.陶瓷涂层的可加工性好,且涂层损坏后可再进行喷涂。

热喷涂陶瓷涂层技术的应用领域十分广泛,主要有:1.热障涂层。航空发动机的关键部件是高温合金涡轮叶片和涡轮盘,这些受热部件处于高温、氧化和高速气流冲蚀等恶劣环境中。对于承受温度高达1100℃的燃气轮机部件,已超过了镍基高温合金使用的温度极限(1075℃),有效的解决办法是涂敷绝热性好的高熔点陶瓷涂层,称热障涂层。热障涂层主要用于航空、舰船及陆用燃气轮机的受热部件以及民用内燃机、增压涡轮、冶金工业用喷氧枪等器件。2.抗高温黏着磨损涂层:热处理炉辊、支承辊、烧结炉辊等高温辊子多在800℃-1200℃高温下运行,采用热喷涂技术,在高温炉辊表面喷涂特种陶瓷或金属陶瓷涂层,具有良好的耐高温、抗氧化、抗黏着、防节瘤和自清理净化功能,既可显著提高炉辊使用寿命,又能生产表面光洁质量优良的钢材。3.耐磨损耐腐蚀涂层:化工厂用高压往复式计量泵柱塞,采用喷涂Al2O3-TiO2复合涂层代替传统的镀铬工艺,其使用寿命提高了6倍。在低应力滑动磨损和磨蚀工况下,几乎所有原有镀铬的制品都可以用热喷陶瓷涂层代替。4.功能涂层:等离子喷涂超音速喷涂超导陶瓷涂层都已应用成功。超导陶瓷涂层在磁屏蔽、微波元件、各类传输器、量子电子器件等方面显示出良好的应用前景。在0.1mm的铁片上喷涂30μm的BaTiO3涂层,其介电常数超过了6000,已广泛应用于陶瓷片式电容器。等离子喷涂形成的Al2O3涂层在厚度不到1mm时,能够在1300℃的高温下耐电压2500℃以上,满足了高温电绝缘的要求。在钛合金基体上喷涂50-75μm羟基磷灰石等生物活性陶瓷,提供了良好的化学相容性,因此,可作为比较理想的人工骨骼材料加以利用。

油田钻井和采油工程中,存在大量腐蚀和磨损问题,可以预计热喷涂技术和陶瓷涂层有着广泛的应用前景。 

 
 
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