热喷涂技术在船舶中的应用

点击数：916发布时间：2022-06-13 00:00:00　

热喷涂技术起始于本世纪初。起初，只是将熔化的金属用压缩空气形成液流，喷到被涂敷的基体表面上，形成一层膜状组织。其喷涂温度、熔滴对基体表面的冲击速度及形成涂层的材料的性能构成了喷涂技术的核心。热喷涂技术的整个发展，基本上是沿着这三支主导线向前推进的。温度和速度取决于不同的热源和设备结构。从某种意义上说，温度越高、速度越快，越有利于形成优异的涂层，这就导致了温度和速度两种要素在整个技术发展过程中的竞争与协调的局面。繁多的喷涂材料的可选择性，是热喷涂指数的另一种优势，它可以使不同设备的工作面被“点铁成金、戴盔穿甲”。正是这三种要素，使热喷涂成为真正具有叠加效果的独特技术，它可以设计出所需的各种各样性能的表面，获得从一般机械维修，直到航天和生物工程等高技术领域广泛的应用。不久前，在日本神户举行的第十四届国际热喷涂会议上，将汽车、冶金和能源等工业领域作为热喷涂技术深化应用与重点开发的三大主题，表明这项技术在扩充应用中的新动向。
1、基本概念
a 定义:热喷涂是这样原一系列过程：以某种形式的热源将喷涂材料加热，受热的材料形成熔融或半熔融状态的微粒，这些微粒以一定的速度冲击并沉积在基体表面上，形成具有一定特性的喷涂层。
b 喷涂材料:喷涂材料有粉、线、带和棒等不同形态，它们的成分是金属、合金、陶瓷、金属陶瓷及塑料等。粉末材料居重要地位，种类逾百种。线材与带材多为金属或合金（复合线材尚含有陶瓷或塑料）；棒材只有十几种，多为氧化物陶瓷。
c 喷涂方法:以提供热源的不同，可分为燃烧法及电热法。前者包括燃烧火焰喷涂、爆炸喷涂及高速火焰喷涂(HVOF);后者包括电弧喷涂及等离子喷涂（又分常压等离子喷涂与水稳等离子喷涂）。 喷涂工艺对涂层产生重要影响的是喷涂湿度（严格地说，是熔滴冲击基体表面时的温度）和熔滴冲击表面的速度。
d 涂层的形成及其评价:喷涂材料经过具有某种热源形式的喷涂设备喷射之后，在到达被喷涂的基体表面之前，其飞行时间只有几千分之一秒或更少。在如此之短的时间内，它被加热、熔化或半熔化，形成细小而分散的熔滴，冲向基体表面，被击成扁平的叠状小片，先前生成的扁片又被后来者所覆盖，很快就形成由很多扁平罗叠而成的覆盖层，即为喷涂层。热源湿度越高，熔滴冲击速度越大，形成的涂层越致密。涂层性能与诸多因素有关。
e 涂层功能:当某一个工程问题提出后，首先应明确接受施工的工件被喷涂的部位（通常是设备或设施的工作表面）处于什么样的工况条件，而涂层功能则是确定喷涂工艺及材料的主要依据，同时还要考虑在经济上是否允许。

2 涂层的多样性:涂层的多样性源于喷涂材料的多种选择、工艺参数的可控及喷涂方法的可变。喷涂粉末材质逾百种，线材和棒材也有数十种，不同的喷涂方法和工艺参数的变化，能使同一材质形成不尽相同的涂层。如此，这些变数的组合就可得到一组“菜单式”的涂层系列，当你需要具有某种特性的涂层时，只需从中择取即是。
3 涂层类别:喷涂材料喷涂而成的涂层依据它们的万分可以分为10个系列；
（1）铁、镍和钴基涂层；
（2）自熔合金涂层；
（3）有色金属涂层；
（4）氧化物陶瓷涂层；
（5）碳化钨涂层；
（6）碳化铬和其他碳化物涂层；
（7）难熔金属涂层；
（8）氧化物陶瓷涂层；
（9）塑料基涂层；
（10）金属陶瓷涂层。
4 涂层功能 :依据美国F. N. LONGO 对热喷涂涂层的分类方法，涂层按功能可分为：
a 耐磨损涂层。包括抗粘着磨损、表面疲劳磨损涂层和耐冲蚀涂层。其中有些情况还有抗低温（<538C）磨损和抗高温（538～843C）磨损涂层之分。
b 耐热抗氧化涂层。该种涂层包括高温过程（其中有氧化气氛、腐蚀性气体、高于843℃的冲蚀及热障）和熔融金属过程（其中有熔融锌、熔融铝、熔融铁和钢、熔融铜）所应用的涂层。
c 抗大气和浸渍腐蚀涂层。大气腐蚀包括工业气氛、盐性气氛、田野气氛等造成的腐蚀；浸渍腐蚀包括饮用淡水、非饮用淡水、热淡水、盐水、化学和食品加工等造成的腐蚀。
d 电导和电阻涂层。该种涂层用于电导、电阻和屏蔽。
e 恢复尺寸涂层。该种涂层用于铁基（可切削与可磨削的碳钢和耐蚀钢）和有色金属（镍、钴、铜、铝、钛及他们的合金）制品。
f 机械部件间隙控制涂层。该种涂层可磨。
g 耐化学腐蚀涂层。化学腐蚀包括各种酸、碱、盐，各种无机物和各种有机化学介质的腐蚀。

目前，热喷涂已广泛应用于各种工业领域，以延长产品寿命，增强性能，降低生产及维修成本。热喷涂工艺也许是保护工件机体表面不受磨损、腐蚀的最佳选择。其它的主要应用包括恢复尺寸，保持精密间隔，改变热电系数等。增强表面硬度，提高使用寿命，降低维修成本：可能产生磨损的工作条件包括微振、滑动、冲击、擦伤、侵蚀等。而且具有耐热及耐化学腐蚀的性能。

应用实例: 混凝土搅拌机的螺旋输送机在工作时承受着混凝土输送所导致的持续的、强力的、恶劣的磨损。耐磨涂层，大大提高了机器作业表

面的耐磨性，延长了使用寿命。
应用实例：生产铁罐所用的巨型光面的压辊，再采用了热喷涂涂层技术后，使用寿命比还要长。
应用实例: 轮船发动机活塞环上的chrome plate 在工作温度达到了400℃后很容易被磨损掉。采用热喷涂处理活塞环的工作表面，使其能够抵抗高温条件下的磨损。
应用实例: 廊桥公司所设计的涂层还可应用于纺织机械中高速运转的引线导轨，使提高对软磨损的抵抗性，并保证机器不损伤纺线。
应用实例: 在航天航空领域，热喷涂涂层可以抵御空气的冲击、侵蚀对发动机叶片带来的不利影响。并时采用钛作为发动机叶片成为可能。压缩机密封环也通常采用了热喷涂处理。
1．恢复尺寸 . 热喷涂是恢复尺寸的一种经济有效的方法。无论是工作磨损还是加工超差造成的工件尺寸不合要求，利用热喷涂均能提供新表面，这种方法既没有焊接的变形，也不象特殊的电镀工艺那样昂贵。同时，新表面由耐磨损或抗蚀性料构成，或者与工件的构成料相同。
应用实例: 水电站的轮机叶片长期受高落差并含有腐蚀性物质水流的强力冲蚀，其厚度明显变薄。热喷涂涂层不但可以恢复叶片厚度，还将使其更加耐冲击和腐蚀。
应用实例: 复印机的墨粉滚筒在长期反复实用下被磨薄，导致复印效果变黑或出现黑线。通常的维修方法是换整个滚筒，原部件则被遗弃。采用热喷涂工艺在原滚筒上喷一层合金，不但恢复了原滚筒的直径，还使修复后的滚筒更耐磨，使用寿命更长，而维修成本只相当于换新部件的五分之一。
应用实例: 飞机的轮机的气垫在连续工作状态下损耗很快，特殊的热喷涂涂层可以提高该部件的尺寸和工作寿命。
应用实例: 火车头的曲轴。
应用实例: 印刷机上的油墨滚筒。
2．抗高温氧化：
应用实例: 喷气式发动机燃烧室内需喷上特殊的涂层，以抵抗运行过程中的高温氧化。
应用实例: 工厂、轮船的烟囱上喷上防高温氧化的涂层后，使用寿命提高了五倍。
应用实例: 汽车密封阀。
应用实例: 汽轮机的叶片
3．热障涂层：
应用实例: 一般用于柴油发动机的活塞、气体透平机燃烧室、阀门及火焰稳定器。经热喷涂处理后抵挡工作环境中的高温高压，将基体的工作温度降至10℃-65℃。
应用实例: 生产钢材设备中的传递压辊和送氧吹管。
4. 耐气蚀涂层：
应用实例: 钻井平台上的柱塞泵
应用实例: 炼钢炉
应用实例: 喷涂金属涂层对结构钢提供抗蚀防护现已普遍应用，范围包括建筑、桥梁、铁塔、无线电、广播及电视、结构钢架、雷达天线、过街天桥、铁路高价线支柱、电力线铁塔等。
应用实例: 为了对付盐类气氛的侵蚀，从五十年代开始，就已经对海面的井口装置进行了喷涂。这项技术已用于锥形冷却塔，油类和丙烷气贮槽的外部保护。
5．抗化学腐蚀
应用实例: 对液体货运车内部采用热喷涂，可保证液体货品的纯净，游客防止铁类杂志的污染。对铁路车辆喷涂锌，能有效防腐，不必运行期间再进行油漆作业。
应用实例: 廊桥公司的热喷涂涂层还可用于保护淡水管道，水塔内部和水利系统的闸门。这些设施在喷涂后可使用十年不必维修。
热喷涂在海上工程方面也得到广泛应用。对船身、甲板、驳船的混凝土部分、大平体穿、拖船等，热喷涂都取得了良好的长效保护。