热喷涂涂层工业应用(三)

点击数：827发布时间：2017-06-02 08:58:00　

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、省煤器管的保护作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涂的高CrNi、FeCrNi及FeCrAl合金涂层线材，喷涂的涂层质量达到45CT涂层指标。成本低廉适合我国国情。另一种新型粉心丝材，电弧喷涂后可形成Fe3Al+WC金属陶瓷涂层。具有优异的抗高温冲蚀防腐蚀作用，可以代替美国超音速火焰喷涂DS200涂层。同时开发出先进的高速、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的发电机锅炉水冷壁管达二十多家，几十台锅炉，使用寿命成倍提高。图4-84为采用涂层保护的管道与裸露管道经锅炉9000h运行后表面形貌的比较。

Fe3Al+WC粉心丝材涂层用于耐冲刷要求高的省煤器管道，效果十分突出。对沸腾硫化床式锅炉管道弯头，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，尤其是黄河水中含有大量泥沙，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剧烈。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-67两种自熔性合金粉末（化学成分见表4-51、性能用途见表4-52）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4-69。

表4-69  几种焊层耐气蚀性能比较

①耐气蚀系数=奥102堆焊层平均失重/喷焊层平均失重

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喷涂硬质耐磨抗蚀涂层进行保护，使用效果有待进一步观察。

（3）核电工程功能涂层

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Tokamac MCF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4-70。

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，硼硅含量相对低，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或共晶态硬质相组织。焊层有较好的抗烈性和耐热冲击性，摩擦系数小，耐磨性好，高温硬度和强度高，已投入使用。

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，固体燃料电池涂层，储氢材料涂层以及太阳能吸收与转换涂层均已有雏形或正在深入研究，工业化应用前景广阔。

7 、 纺织、化纤工业中的应用

现代纺织机械特别是化纤机械，正向高速、轻质、节能方向发展。许多耗能的高速运动零部件一般尽可能采用轻质合金基体（如铝）+表面强化及功能涂层复合制造。

纺织部件要求有一个轮廓分明的表面形状，这是由于在与纤维接触中这些部件必须起导向、卷绕、纺丝和拉丝并缠绕纤维作用所要求的。特殊的表面能提供设计要求的张力，同时又对纤维不造成拉毛和擦伤，同时自身还必须有足够的耐磨性，以满足纺机长时间稳定工作的要求，尤其是纺织行业规模化生产，这种要求更显突出。上述种种通过热喷涂功能性涂层的设计和制备方能满足。可知，纺织工业中使用Al2O3+TiO2涂层范围较广，尽管这类涂层有很好的耐磨抗蚀性能。但由于Al2O3和TiO2以及其他氧化物可成不同比例组成新的陶瓷涂层材料，经等离子喷涂后用不同的后处理技术如抛磨、刷磨、磨削和砂光等加工方法，可获得不同硬度与不同表面状态的涂层，以适应各种纤维纺织性能的需要。其特点

   （1）具有优异的耐高速纤维磨损性能，氧化物陶瓷涂层硬度高和低表面能性质，决定其必备耐磨和减磨性，这一点不容易被其他材料所取代。

   （2）不同的陶瓷涂层后加工方法使表面具有不同的轮廓，因而会有不同的摩擦力。能对纤维施以适度的“捻力”，使纤维达到必要的强度和韧度。

   （3）利用喷涂表面无数微粒凸起的喷涂态（可经适当的加工消除尖利的峰顶），提供适度的表面粗糙度，与纤维作用时使纤维表面获得必要的（绒度），达到染色性好，有一定的吸湿性等。

Cr2O3涂层比Al2O3+TiO2涂层硬度值更高，且具有耐化学腐蚀作用，碳化物涂层则主要提供耐磨性能，在纺织工业中均有特殊的用途。

大多数纺机零件均需要制备表面极平整、细腻、均匀的薄型陶瓷涂层表面。喷涂过程中必须把握以下三个环节：一是用≤0.25mm的细粒度刚玉进行表面粗化喷砂；二是采用粒度范围5~45μm的粉末喷涂；三是涂层厚度一般为0.15~0.20mm。

这些应用已在我国形成系统化、规模化和规范化。纺织化纤工业陶瓷涂层的应用占全国陶瓷涂层大部分市场。