热喷涂常识（四）

点击数：1213发布时间：2021-02-26 00:00:00　

5、印刷、造纸工业中的应用    随着科技的发展，对纸张和印刷的技术要求越来越高，苛刻特殊的性能要求恰好是热喷涂涂层发挥其作用的领域。（1）印刷机械    等离子喷涂陶瓷涂层技术在印刷机辊子上已成功应用多年，其应用领域正日益扩大。陶瓷涂层的许多特点正适合印刷机辊子的需要，它们包括：高耐磨性；高耐蚀性；绝热性；防粘性；可刻蚀性；可维修性；选择性润湿性、亲水性；电绝缘性、亲水性；咬人性、适度粗糙度的保持性。  〈1〉晕光辊聚乙烯塑料薄膜电刻蚀用电晕处理机辊，辊长5000mm，其典型外径为250~500mm，需要在辊面等离子喷涂介电常数6~9的介电涂层，耐2万V以上的击穿电压。氧化铝涂层耐压强度为100~175Kv/cm，因此满足2万V以上的击穿电压需制备2mm左右的厚涂层。喷涂态的氧化铝涂层为易吸潮的r-Al2O3结构，涂层的介电常数取决于涂层中的干燥度，一般喷涂的氧化铝涂层要用硅酮树脂封孔。  〈2〉彩色胶印辊彩色胶印辊工作原理见图4-83，印刷辊（4）、由辊（1）、输送油墨（3）、传统的辊（1）工作面一般采取镀铜或铬后电刻蚀成型。自20世纪80年代后，采取喷涂陶瓷涂层一磨光或抛光一激光刻蚀一抛光成型成套工艺制备。经刻蚀后的辊面能精确地向印刷辊输送油墨，因而能获得图像清晰的彩色胶印画面，不串色。采用等离子喷涂氧化铬[Cr2O3+5%(质量)SiO2]涂层能满足彩色胶印辊使用要求。涂层制备时，要求孔隙率低和涂层不失氧，一般采取在等离子喷涂送粉气中加氧，功率在50kW以上进行喷涂作业。制备的涂层经适当磨光后，用激光进行刻蚀，刻蚀形成的窝状溶池最佳半径应为1~3um，典型深度为10~15um，但一般高品化制作大于要求的数倍，如激光刻蚀的密度为140线/cm。国内进行该方面的研究，已达到大面积、长时间喷涂的涂层无任何缺陷，涂层经精密加工到Ra0.1um以下，满足激光刻蚀400线/cm的要求。激光刻蚀的熔池不规则平整，涂层应进行表面最后抛光才能应用。目的是使刮刀与辊面完全接触，有效控制油墨输送量，形成清晰的印刷效果。（2）造纸机械    造纸工业中，从纸浆生产到成品纸张成型的整个工序过程，采用热喷涂涂层的主要零件有：压光辊、烘缸、木材输送盘损板、风机叶轮、输送螺杆、蒸煮锅、黑液锅炉管道、腭形夹爪，纸张脱水机、泵轴及轴套、机械密封环等十几种。针对具体使用环境，可采用各种涂层进得腐蚀保护和提供特殊功能表面，延长工件的服役寿命和降低成本。目前，热喷涂涂层在下面几个部件上的应用效果十分突出。  〈1〉烘缸造纸烘缸基体一般均用铸铁铸造而成，烘缸直径有1.5m，2.0m, 3.0m等等，最大的可达6m以上。烘缸内通入压力为1MPa的过热蒸汽用于干燥烘缸表面的纸张。由于烘缸材质为铸铁，连续的纸带贴于缸面干燥，并以高速（最高可达约30m/s）从缸面揭去，加之刮纸刀相对于烘缸运动（功能为刮揭纸张），故烘缸表面同时受到自身缺陷、纸浆中所含碱液、松香、明矾等介质的腐蚀和刮刀的磨损，需要施加涂层。传统方法是在烘缸表面镀硬铬、电弧喷涂铝青铝+1Cr18Ni9Ti涂层和等离子喷涂Mo和含Mo的镍基涂层。最推出用高速氧燃料喷涂（HVOF），在我国又称为超音速火焰喷涂，这种工艺喷涂Co-WC层和氟化乙丙烯（FEP）聚金操作时，可使用烘缸表面的释放性能显著提高。因为在HVOF中，喷涂粉末粒度只有5~30um，粒子飞行速度达600~900m/s；因而产生高硬度（1100~1200HV）的无孔隙涂层。喷涂操作时，每遍喷涂厚度为0.01~0.15mm，不存在层间缺陷，而涂层在使用期间磨损是均匀的，故可保证涂层在任何剩余厚度下都具有相同性能。Co-WC涂层可抛光到相当低的粗糙度，氟化乙丙烯拥有与温度低于200`C时的特氟隆一样的抗粘连特性和耐腐蚀性，且与CoCr-WC涂层有更好的粘连性，能更有效地改善纸张的表面效果。  〈2〉压光辊典型的压光辊要求有非常光滑的表面，用来加工高档光板纸。传统的表面处理方法是镀硬铬后抛光，由于工作运行时表面与刮刀接触，易产生划痕磨损。辊的寿命3~6个月。先后采用电弧和等离子喷漆Ni-Al+高铬不锈钢后用酚醛清漆封闭，但涂层表面粗糙度达不到要求。采用HVOF和SB-HVOF喷涂100um厚度的耐磨CoCr-WC或Co-WC涂层，然后抛光精蚀到Ra=0.01~0.03um,压光辊的寿命可达2年。  〈3〉黑液锅炉管道纸浆碱回收用的黑液锅炉，在使用过程中，燃烧的黑液和无机物对锅炉水冷壁管道有严重的腐蚀和冲刷磨损作用。采用美国TAFA公司研制的45CT（Ni55Cr45）电弧喷涂单层涂层，取代过去采用的多层涂层体系（Ni-Al+锈钢+纯Al+SiAl封孔剂）使用寿命可达4年以上。由于45CT属高镍铬材料，成本贵且制成丝材工艺要求高，随后相继研制了Fe-22Cr-6Al合金线材等，采用电弧喷涂涂层基本达到45CT丝材性能指标，而成本大降低。
6、能源、核工业中的应用    能源工业主要包括热能、水力、核能及太阳能等。热喷涂涂层在火力发电锅炉水冷轮机、核反应堆、太阳能吸收和转换上均能发挥特殊作用。（1）锅炉“四管”保护    除了造纸工业中黑液锅炉的保护涂层。针对电站、化工及其他行业的工业锅炉水冷壁管、过热管、再过热管、省煤器管的保护应用进行了研究和开发。目前全国数家单位研究出适用电弧喷漆的高CrNi,FeCrNi及FerAl 合金涂层线材，喷漆的涂层质量达到45Ct涂层指标。成本低廉适合我国国情。另一种新型粉芯丝材，电弧喷漆后可形成Fe3Al+WC金属陶瓷涂层。具有优异的抗高温防腐蚀作用，可以替代美国超音速火焰喷漆DS200涂层。同时开发先进的高速，超音速电弧喷涂设备，大大提高了涂层的结合强度和致密性。目前，我国各地喷涂20万kW,30万kW和60万kW的发电机组锅炉水冷壁管二十多家，几十台锅炉，使用寿命成倍提高。Fe3Al+WC粉芯丝材涂层用于耐冲刷要求高的省煤器管道，效果十分突出。对沸腾硫化订式锅炉管道弯头，一般采用氧乙炔火焰喷焊Ni60+35%WC，可提高使用寿命2倍以上。至于电站风机叶轮、发电机、燃气轮机的维修保护就不一一赘述了。（2）水轮机过流部件的抗气蚀    气蚀是造成水轮机叶片等部件失效的主要原因之一。我国长江，尤其是黄河中含有大量泥沙，对水轮机过流面造成一定的冲刷磨损，使气蚀在磨损面上更加强烈。调研表明：我国水轮机气蚀破坏量数倍于国外同类机组。由于制造工艺等方面的局限，水轮机整体材质的选择受到一定的限制。表面保护和强化技术显示出较大的优越性，研制成功的试水Ni-46，试水Ni-46两种自容性合金粉末，采用氧乙炔火焰喷焊的焊层与奥102不锈钢堆焊层在模拟气蚀试验条件下，线速度为46m/s;水压为0.1MPa,试验时间为44h,耐气蚀性能比较列于表6.   Ni-46,Ni-67分别采用氧乙炔喷焊在清水电站(气蚀)水轮机过流部件和浑水电站(磨损+气蚀)水轮机过流部件使用效果均高出原件1倍以上寿命。现已在小型电站水轮机导水叶，转轮，叶片，迷宫环上推广应用。我国小浪底电站水轮机组现已采用HVOF喷涂硬质耐磨抗蚀层进行保护，使用效果有待进一步观察。

表6几种焊层耐气蚀性能比较

（3）核电工程功能图层    核聚变装置大致可分成磁约束聚变反应堆（MCF）和惯性约束聚变反应堆（ICF）两大类。B4C是一种能吸收高深度X射线而表面受热最小的低Z材料，它不会被中子激活，并且有较高的硬度和汽化温度，ICF反应堆可采用B4C涂层作为第一级保护墙。另外，在封闭磁场中维持燃料连续核聚变，使MCF反应堆长期运行，选用高Z材料是有利的，如钨，可用作TokamacMCF反应堆和其中的Toraid燃料装置（等离子产生装置）的保护。B4C和W涂层性能见表7。涂层均采用低压等离子喷涂（VPS）制备。核反应堆水循环系统的高温截止阀、控制阀是为了防止钴合金受核辐射对水回路造成污染，对其密封面材料提出喷焊无钴少硼自熔性合金粉末。研制的Ni-Cr-W-C基自熔性合金粉末与传统的自熔性 Ni-Cr-B-Si粉末相比，硼硅含量相低，且含钨、铬和碳均较高。形成的等离子喷焊层为韧性好的Ni基固溶强化的奥氏体中镶嵌初晶态和共晶态硬质相组织。焊层有较好的抗裂性和耐热冲击性，摩擦系数小，耐磨性好，高温硬度和强度高，已投入使用。

表7 B4C和W涂层的性能

新能源工业中，目前出现的钇钡铜氧（YBa2Cu3O7）铋锶钙铜氧（BiSrCaCuO）高温超导陶瓷涂层，固体炮料电池涂层，储氢材料涂层以及太阳能吸收与转换涂层均已有雏形正在深入研究，工业化应用前景广阔。