热喷涂涂层工业应用（一）

点击数：950发布时间：2017-05-22 14:26:02　

 随着涂层新材料和新工艺的不断涌现，热喷涂涂层已在国民经济各个工业部门广泛地应用。加之现代计算机技术、传感测试技术，自动化及机器人技术、真空技术与热喷涂技术的结合和渗透，使得热喷涂技术的深入发展和工业规模的预测为：技术附加值高、效益好的如生物工程，航空航天，工、模具，电子工业等，但规模相对较小；要求成本低的大规模产业如汽车工业和钢结构，但技术附加值低；应用面最广的仍是机械工业，包括石油化工、轻纺、能源、冶金、航空、汽车等也均属此范畴。

  热喷涂技术能赋予各类机械产品，特别是关键零部件许多特种功能涂层，形成复合材料结构具有的综合作用，真正做到了“好钢用在刀刃上”，是材料科学表面技术发展的一个方向。但热喷涂技术仅通过涂层在机械产品基体表面获得一定的特殊功能，而不能代替基体或提高产品和结构性能。

1、钢铁长效防腐蚀涂层

由于锌、铝、锌铝、铝镁涂层的电极电位均负于钢铁，故对钢铁结构能起到阴极保护作用。从20世纪40年代起，国外已将它们喷涂于钢铁构件上作为长效抗腐蚀涂层。国内自70年代起开始推广应用，迄今成功的实例不胜枚举。表1-1列举部分应用实。目前大面积钢结构喷涂锌、铝涂层一般采用电弧喷涂工艺，局部辅助以氧乙炔火焰线材喷涂补遗。现在国内每年采用热喷涂大面积施工工程均在数百万平方米以上。

表1-1钢结构喷锌、铝长效防护涂层的应用 

锌、铝、锌铝、铝镁涂层用于长效防护虽然均能大幅度提高钢结构抗环境腐蚀能力，但根据涂层材料有性能以及所应用的环境对象也有所选择。如锌在常温下电位负于钢铁，可作为牺牲阳极的阴极涂层保护钢铁。但当环境温度高于60℃时，锌的电极电位发生了逆转，仅而比钢铁正，失去了阴极保护作用。其次，仅用喷涂层保护钢铁是不够的，由于喷涂层存在孔隙，腐蚀介质的侵蚀，缩短了涂层应有的防护寿命。在喷涂层表面施加与其性能匹配又能适应环境的有机涂层进行封孔和复合保护，使金属基体完全与环境腐蚀介质隔离，能成倍地延长钢结构的使用寿命。典型应用事例如下。

（1）大型水工钢结构闸门

水工闸门及其钢结构辅助设施是热喷涂大面积防护应用最广的对象。基于美国焊接学会19年的环境腐蚀试验和我国正在进行尚未完成的30年大气腐蚀试验已表明；热喷涂锌、铝及其合金涂层是迄今对钢铁抗蚀防护寿命最长的工艺技术。法国塞纳河上的拦水坝钢结构自1930年喷锌防护至今已历经大半个世纪，效果十分明显。我国江苏三河闸钢结构闸门钢结构闸门自1950年采用喷锌防护，至今完好无损。

大型水利枢纽葛洲坝工程建设至1984年开始对其闸门钢结构及预埋件采用热喷涂技术防护。例如大江冲砂弧形闸门以及船闸内浮桶滑道预埋件，喷涂面积达3000多平方米，涂层设计为“喷涂锌、铝涂层（120μm）+WHD8401(90μm，环氧改性聚氨酯漆)+环氧沥青涂料（90μm）”，至今历时17年之外，喷涂层依然完好无损。举世瞩目的三峡工程钢结构达28万t，基体上采用电弧喷涂和高压无气喷涂保护，施工保护面积十分巨大，目前处于干湿交替环境的闸门已固定采用热喷涂技术防护。

（2）桥梁钢结构

桥梁所处于环境基本上属大气腐蚀环境，大部分桥梁钢结构在建设时期所有的部件均可在工厂内进行喷涂预保护，仅少量拼装部分在现场进行喷涂再保护。大部分钢结构桥梁，尤其是公路桥梁维修周期长，且现场维修难度大，故要求达到15-20年的一次防护寿命。

      1993年经专家反复审查并通过验收的三峡对外交通专用公路钢管混凝土拱桥钢结构件长效防护复合涂层，一致认为：拱桥钢管采用喷涂铝涂层（约120μm）+WHD8406（环氧改性聚氨酯底漆约40μm）+WHD8401（环氧改性聚氨酯面漆约60μm）构成的长效防腐蚀复合涂层经过拉压交变应力σmax/σmin=54.0/-155.3Mpa条件下100万次疲劳试验后，其结合强度、耐腐蚀性能等指标仍然满足GB/T9793-1997标准的要求。可预计该涂层系统有效使用年限可达20年以上，此复合涂层体系和电弧喷涂施工工艺可用于现场涂层施工。

目前国内许多钢结构公路桥的桁梁、钢厢梁及其他钢结构件采用了上述方案。

（3）海洋钢结构

海洋环境是自然条件下金属腐蚀最严酷的环境之一。在海洋大气中钢的平均腐蚀速率为0.13-0.23mm/a，在海水飞溅区为0.3-0.5mm/a。同一种钢在飞溅区与全浸区内的腐蚀速率相差10倍。舰船、海洋石油平台以及灯塔航标等就是在腐蚀速率最大的飞溅区与全浸区下服役、使用。尤其是舰船防护更为复杂：①舰船具有能源，船体的杂散电流在海水介质的作用下会形成对钢铁和导电涂层的电解腐蚀；②舰船的防污外涂层一般为含Cu及CuO涂料，涂层设计与匹配如果不当，会在每个层间形成加速腐蚀；③作战舰船应考虑可能遭到袭击的情景，涂层的高阻燃，低毒性烟雾应是涂层选用的必备条件。

喷涂铝涂层是舰船防护可行方案,我国自1987年至今，采用喷涂长效防护涂层试验在数艘舰船上进行实用考核。提出了喷涂铝涂层+WRL9028复合型封闭剂+高阻抗无机微片掺入的中间层和面层涂料+低电位或仿生涂料的防污面层。不仅可增加涂层体系的电绝缘性，而且还可增强其抗海水渗透性、耐磨性和海水冲刷能力。

      新近开发研制的电弧喷涂Al+10%（质量）Al2O3复合线材和芯材，用作舰船甲板和海洋石油平台的耐磨耐蚀防滑涂层，已在我国大型科学考察船“远望号”上使用，效果良好，极具有推广价值。

（4）塑料热喷涂层

氧乙炔火焰喷涂的塑料涂层在大型容器、塔罐内应用，弥补了其他工艺制备塑料涂层的不足。塑料涂层化学稳定性好，涂层到密无孔，与绝大多数常温下的溶液不产生反应。能有效地隔离金属罐体与溶液的接触，同时，塑料涂层绝缘性好，不会形成电化学腐蚀。

      1991年，对北京葡萄酒厂多个储酒罐内壁进行喷塑防腐处理。目的是解决不锈钢储罐中铬离子渗入高级葡萄酒内，造成变降低酒类档次。工艺采用氧乙炔火焰喷涂环氧树脂塑料涂层，并用高压火花检漏仪进行孔隙检查，施工面积达1000多平方米，至今使用完好。

2、  车与造船工业中的应用

     为了提高汽车的性能，减少汽车的能耗和适应环保要求，热喷涂技术在汽车制造行业有了较大的发展。由于汽车工业属于大工业化生产，一个成熟的工艺技术，往往形成的指生产是很可观的。目前已形成批量产品的有同步环、活塞环，发动机的气门挺杆发及氧敏传感器探头等部件的热喷涂，其他许多部件仍在工业性试验中，或尚未形成批量生产，表2-1给出汽车工业零部件采用的涂层材料和工艺。

      为了减轻整车质量达到降低能耗，逐步采用铝合金取代传统金属材料，同时还要保持或提高设计和选用材料的性能。因此，在铝合金上制备不同涂层的热喷涂技术，目前正针对不同需求开展研究。其次，非传统的功能性涂层，如高隔热涂层、低噪声涂层、磁性传感功能涂层、高精度抗蚀涂层、代铬涂层均有较好的应用前景。再者，等离子喷涂工艺在汽车制造工业中仍有强劲的生命力，且对其自动化、智能化、高精度、高效率要求越来越高，其原因是应适合汽车部件生产大批量、低成本、高质量的要求。

     造船工业的应用，除了船用动力系统的排气阀，活塞环、缸套等部件按部件按类似汽车工业的要求进行热喷涂处理强化外，典型的应用是采用低压等离子喷涂镍钛合金制备螺旋桨抗空蚀涂层。使用寿命比铝青铜提高了4倍，已在海军用小型船舶螺旋桨上获得应用。

     船舶的维修和关键件的尺寸修复，在工艺上是可行的，且附加值高，值得特别重视。例如大型船舶的艉轴、轴承座，发电机、舵机、锚机等辅机轴，各种阀门密封面、泵轴套、柱塞、机械密封环等运动部件。往往由于关键部位磨损超差，不能使用，针对部件材质、磨损形式和使用条件，采取适当涂层进行修复，经济效益十分可观。航道疏浚用的挖泥船，大量零部件如泥斗、耙头、铰刀、铲齿、泥泵叶轮等被泥沙磨损需修复。为提高部件的耐磨损性，主要选用Ni60或Ni60+WC等硬质火焰喷焊层进行修复，较原部件提高寿命达数倍，效果十分明显。