热喷涂技术在再制造工程中的应用

点击数：1388发布时间：2023-11-09 00:00:00　

1.高速电弧喷涂金属间化合物涂层耐高温腐蚀、冲蚀研究

大型电站锅炉水冷壁管道的工作环境非常恶劣，热腐蚀非常严重。锅炉的燃料为煤，煤中含有S、K、Na、V等杂质，在燃烧时形成SO2、SO3、H2S、V2O5等，与空气中的O2、NaCl等反应在管道表面形成沉积熔盐，从而加速材料的腐蚀破坏。

通过对管道壁喷涂高Ni-Cr合金涂层可有效防止热腐蚀，但该方法成本较高，不易推广。Fe-Al金属间化合物结构涂层以其优良的抗氧化和抗硫化性能、多种介质中的抗腐蚀性能、较高的高温强度、低密度、尤其是低成本等特点，可广泛用于减轻热腐蚀破坏。

图1(a)、(b)分别为高速电弧喷涂Fe-Al/WC、Fe-Al/Cr3C2复合涂层的截面形貌，可见复合涂层与基体是良好的机械嵌合，同时还存在着一定的冶金结合，因此结合强度较高。图2(a)、(b)分别为对Fe-Al/WC复合涂层中不同区域的TEM分析。由于冷却速度不同，涂层的扁平颗粒内部以亚微晶和微晶为主，在局部区域出现纳米晶结构，同时发现存在少量非晶态相；晶粒内部位错密度较高。

图1Fe-Al涂层和Fe-Al/WC涂层扁平颗粒内部的超细组织

图2Fe-Al涂层和Fe-Al/WC涂层扁平颗粒内部的超细组织

图3为在实验室中模拟实际工况对高速电弧喷涂Fe-Al/WC、Fe-Al/Cr3C2复合涂层进行的摩擦学性能试验。图3(a)为复合涂层在不同温度下的磨损率曲线。可以看出，Fe-Al/WC复合涂层的磨损率无论在室温还是高温下，磨损率均最低，表明该涂层具有优异的高、低温耐磨性能。图3(b)为Fe-Al/Cr3C2复合涂层在650℃下的热腐蚀实验结果，可见其耐热腐蚀性能明显优于基体，尤其在高温条件下。高速电弧喷涂Fe-Al金属间化合物及其复合涂层（Fe-Al/WC、Fe-Al/Cr3C2），在高温条件下也会被氧化，但氧化过程中，Al原子向涂层表面扩散形成Al元素富集区，并与O反应生成保护性的Al2O3膜，阻止了涂层的进一步氧化，这样保护了基体免受热腐蚀破坏。

图3Fe-Al/WC、Fe-Al/Cr3C2复合涂层的耐磨性与耐热腐蚀性曲线

高速电弧喷涂制备的Fe-Al金属间化合物及其复合涂层已逐渐应用于海军舰艇锅炉管道的受热面和坦克、装甲车辆发动机排气管外壁等受到热腐蚀与冲蚀磨损的零部件。

2.高速电弧喷涂铝基氧化铝增摩涂层研究

舰船主甲板的防滑处理一直是困扰我们的难题之一。舰船上的许多钢结构及部件，如顶层甲板、设备器材的搬运区、人员活动走廊、直升机甲板系桩等部位，对防滑表面有很高需要，摩擦系数要求在0.6以上。舰载直升机和人员的安全主要取决于直升机轮胎与停机坪及人员鞋底与甲板之间足够的摩擦力。现采用的防滑表面涂层为传统的聚合物涂层体系，即聚合物和大粒度金刚砂组成的有机复合涂层。金刚砂粒度为0.45～0.9mm，涂层厚度1.5mm。但这种有机涂层易老化，寿命短，金刚砂与聚合物涂料的结合强度低，使用过程中易脱落，耐磨性差，因而摩擦系数的保持能力差。此外聚合物涂层会造成环境污染。

装备维修表面工程研究中心采用高速电弧喷涂铝基粉芯丝材的方法有效地解决了这一难题。首先制备了Al基Al2O3粉芯丝材，制备示意图见图4。外皮为Al，粉芯为Al2O3陶瓷颗粒。为了解决Al2O3陶瓷颗粒沉积率低、与铝基体结合强度差的问题，在Al2O3颗粒表面包覆了一薄层超细铝粉，这样喷涂时超细铝粉由于熔点低而首先熔化，不仅改善了Al2O3颗粒的加热效果，而且形成的断续铝膜可以大幅度提高与铝基体的结合强度。

这种新型防滑涂层在猎潜艇主甲板上进行了实际应用。作业时，首先在基体上喷涂一层耐腐蚀纯铝涂层，用于防止海水腐蚀钢板，然后继续喷涂一层Al基Al2O3防滑涂层，最后采用稀释甲板漆进行封孔处理，见图5。实际应用表明，该复合涂层依靠Al2O3颗粒的作用而具有良好的防滑效果，同时又具备优良的防腐性能。目前已成为舰船防滑处理的有效手段。