热喷涂技术在船舶发动机维修中的应用

点击数：960发布时间：2015-01-26 08:15:43　

分析船舶发动机零部件损坏的形式和特点可以得出发动机零部件失效的主要形式为：磨损、腐蚀与疲惫等，它们多发生于表面，或者是先从表面开始，所以改进材料表面性能对延长零部件使用寿命和发挥潜力有着重要的作用。以前也有一些修复办法，例如电镀、补焊。甚至干脆将轴颈磨小，但这些方法都有一定的局限性。电镀层的厚度是有限的，而且还受到零件尺寸和形状的限制，钢铁零件多次电镀还可能产生氢脆，造成严重后果；补焊的质量很难保证，一旦将基体烧损反会加剧其损坏程度；磨小轴颈（指回转件）可适用轻度磨损的情况，但需另配相应的轴瓦，但磨损严重时就难以采用了，因为轴如果磨削量太大会削弱其强度。鉴于以上情况，采用热喷涂法的适用性和灵活性就大多了，热喷涂法不仅能使零件具有耐磨损、耐腐蚀、耐高温、抗氧化、隔热量等功能，而且能使它具有一些复合性能，不但能修复零件，还能保护零件。目前，在船舶发动机中，主要用于活塞及环、缸套、曲轴、气门、阀座、凸轮及齿轮等重要零件的表面修复，具有良好的经济效益，如某发动机缸体新件价格11000元，而喷涂3Cr13材料成本460元，采用热喷涂修复发动机缸体与更换新件的经济效益对比，热喷涂修复仅需花费新件成本的4.2％。

3.1维修常用热喷涂材料

（1）钼及钼基合金。钼主要用于第一道活塞环的喷层，纯度需在99.95%以上。其喷涂层具有良好的储油性能。钼丝喷涂层具有熔点高、摩擦系数低、硬度高、耐磨性好的优点。钼基合金的等离子喷涂层的特点是抗拉缸性好，由于它是由低硬度的纯钼和硬度相当高的镍基合金两相组成，其热稳定性优于钼丝喷涂层，在润滑条件不够好时其耐磨性能相当于镀铬层。

（2）铬基合金。铬基合金等离子喷涂层主要用于缸套和活塞环，它能使边界润滑条件下的耐磨性及抗咬合性能改善，并能改进配磨材料的耐磨性。在边界条件下，这种涂层的活塞环比镀铬层还更耐磨。

（3）镍基合金。镍基合金主要用于发动机活塞环、阀座、阀门、凸轮的喷焊（也用于修复），是目前使用极广的耐磨、耐腐蚀材料，它们既具有良好的耐酸、耐碱性、又具有良好的耐热性，其耐磨性随铬和碳量的增加而增加。

（4）金属陶瓷。金属陶瓷主要用在排气阀面、活塞顶面、活塞环工作面上，它是以碳化物为基（如碳化钨）的涂层，即使在恶劣的运转条件下，不但活塞环的磨损低，缸套的磨损也低。但金属陶瓷很贵，而且所有陶瓷都有一个共同的缺点，就是材料没有延展性，硬而脆。绝大多数是以粉末材料出现。

（5）高碳钢与不锈钢。如碳素工具钢T8常用于修复并强化发动机铸钢、球墨铸铁轴颈表面的线材气喷、电喷涂。而不锈钢由于具有优越的耐蚀性、耐热性，而用于气缸套内表面的喷涂（火焰喷），具有很好的效果。

（6）钴基合金。钴基合金的最大特点是在高温下的耐腐蚀性和耐磨性十分突出，抗气蚀性能好，因此可用于高温排气阀、汽轮机叶片等的修复或预保护。

3.2维修常用热喷涂方法

（1）等离子喷涂：等离子喷涂采用等离子弧为热源, 将欲喷涂粉末材料加热到熔融或半熔融状态，在经过高速焰流将其雾化加速喷射到经预处理的工件表面获得热喷涂涂层的表面加工方法。是一种材料表面强化和表面改性的技术，可以使基体表面具有耐磨、耐蚀、耐高温氧化、电绝缘、隔热、防辐射、减磨和密封等性能。它是一种新型多用途的精密喷涂方法，包括大气、保护气体、真空和水稳等等离子喷涂。它具有以下特点：①可用于高熔点材料喷涂。选择不同涂层材料，可以获得不同功能的表面强化涂层。②喷射粒子的速度高，涂层致密，粘结强度高。③不受工件尺寸和施工场所的限制，涂层沉积速率快，厚度可控，工艺简单。④利用等离子弧进行，离子弧是压缩电弧，与自由电弧比较，其弧柱细，电流密度大，气体电离度高，因此具有温度高，能量集中，弧稳定性好的优点。

（2）火焰喷涂：火焰喷涂包括线材火焰喷涂和粉末火焰喷涂。火焰喷涂法是最早发明的喷涂法。它是把金属线或粉末以一定的速度送进喷枪里，使端部在高温火焰中熔化，随即用压缩空气把其雾化并吹走，沉积在预处理过的工件表面上。火焰喷涂应用非常灵活，喷涂设备轻便简单，可移动，价格低于其他喷涂设备，经济型好，是目前喷涂技术中使用较广泛的一种方法。但是，火焰喷涂也存在明显的不足。如喷出的颗粒速度较小，火焰温度较低,涂层的粘结强度及涂层本身的综合强度都比较低。

（3）电爆喷涂：在线材两端通以瞬间大电流，使线材熔化并发生爆炸。此法专用来喷涂气缸等内表面。

热喷涂技术近几年来在船舶发动机维修中得到普遍推广应用。由于它可以使已报废的许多发动机零件得以新生，并还可能提高使用寿命，因此具有明显的经济效益，发展前景非常广阔。