高速电弧喷涂

高速电弧喷涂（精选七篇）

高速电弧喷涂 篇1

高速电弧喷涂技术通过改进喷枪的设计,比普通电弧热喷涂提高了压缩空气的速度,改善了喷涂时的雾化效果并增加了喷涂粒子的飞行速度,从而得到了更加致密性能的涂层。随着高速电弧喷涂技术的发展,其应用场合越来越广,已经拓展到很多高温环境,如锅炉、高温烟道等。因此,涂层的高温性能也得到越来越多的重视。本工作研究了Fe基涂层在高温下的抗热震和抗高温氧化性能及其组织结构变化[1,2,3]。

1 试 验

喷涂材料为自制的ϕ2.0 mm FeCrB粉芯丝材。基体材料为Q235钢,表面经干式喷砂机粗化处理。喷砂磨料采用24目的棕刚玉砂,喷砂气压在0.6 MPa左右;电弧喷涂设备为DZ-400电弧喷涂机。喷涂工艺参数为:喷涂电压30.6 V,喷涂电流200 A,喷涂气压0.6 MPa,喷涂距离150 mm。

利用JSM-6380LV扫描电镜(SEM)和zeiss Axiover-200-MAT光学显微镜对涂层的组织形貌进行观察。涂层的热震试验是将涂层试样放入马弗炉加热,试验温度800 ℃,加热一定时间后取出放入清水中冷却,然后再加热、冷却,往复循环。观察试样是否出现裂纹以及涂层脱落等现象。高温氧化试验将涂层试样同坩埚一起放入热处理炉进行,试验温度800 ℃,用增重法评定涂层的抗氧化能力。每隔10 h取样称重,累计氧化200 h,称重采用CP64电子天平(精度0.1 mg)进行,将增重除以试样表面积,得到单位面积的增重与试验时间的关系。

抗热震试验是评定涂层在热冷交变状态下抗热应力剥离的能力。涂层抗热震性能的测定采用定性分析法,在马弗炉中进行,试验温度分别为650,800,1 000 ℃,随炉加热然后从炉中取出试样,迅速置于常温水中冷却,如此反复进行。观察涂层表面是否有起皮、涂层脱落、氧化变色等情况[4]。

2 结果与讨论

2.1 涂层的热震性能

图1为Fe基喷涂态涂层以及放入热处理炉中分别加热到650,800 ℃热震试验后的表面形貌,结果显示,在650 ℃、30次热震试验后,涂层表面基本没有明显变化,未出现宏观明显裂纹和涂层脱落现象,表明在650 ℃条件下的抗热震性很好;升温到800 ℃进行热震

试验,30次后试样发生轻微的弯曲变形(涂层的热膨胀系数高),也未出现宏观裂纹和涂层脱落的现象。可见,涂层的抗热震性良好。

涂层在经热震试验后,内部组织发生了相应的变化,图2为热震试验后的显微组织变化。随着热震试验温度的升高,涂层的氧化越来越严重,层间氧化物越来越多;800 ℃热震试验后涂层的氧化物明显要多于650 ℃。图2a为涂层喷涂态的金相形貌,其层间的氧化物比较少,不存在大块的氧化物,组织也比较致密;图2b(650 ℃、30次热震)和图2c(800 ℃、30次热震)中的氧化物明显增加;图2c还有大块的氧化物聚集在一起,涂层氧化最严重,涂层的最表层已完全被氧化,在反复热震疲劳时容易脱落。

从图2还发现,涂层的热震性能与涂层中的氧化物有明显的关系:涂层随热循环的进行,由表及里不断形成氧化物(图2b中的氧化物),并不断增多,且和基体间的结合很差,再经热循环后就很容易脱落,形成裂纹(图2c中的裂纹);由于氧沿着层与层之间扩散,主要分布在层与层之间的氧化物脱落后,层与层之间就产生裂纹,当横向裂纹达到一定程度时,涂层就会脱落。该Fe基涂层因为含有较高的Cr,可在表面形成氧化膜,减缓了涂层的氧化速度,从而可减少涂层中的氧化物,提高了涂层的抗氧化能力。

2.2 涂层的抗氧化性

800 ℃高温下涂层的抗氧化能力见图3。从图3可以看到,涂层高温下的抗氧化能力相当好,经200 h氧化后涂层的增重在10 mg/cm2左右,增重小,而12CrMoV在氧化200 h时其增重约在 120 mg/cm2[5](12CrMoV属珠光体型耐热钢,高温长期使用具有高的组织稳定性和热强性;使用温度在-40~560 ℃;主要用于汽轮机中蒸汽温度达540 ℃的主导管、转向导叶环、汽轮机隔板、隔板外环,管子温度≤570 ℃的各种过热器管及导管和相应的锻件),两者相差10倍多。可见,涂层的氧化增重远小于该耐热钢,可以应用于某些抗氧化条件。

从图3还可以观察到,最初一段时间样品质量迅速增加,说明涂层氧化迅速;在整个200 h内质量一直在增加,说明氧化未趋稳定,继续进行但氧化速率比较平稳;涂层经200 h氧化后的增重仅为10 mg/cm2,抗氧化能力仍然相当好。这主要是因为涂层中含有大量的Cr,在高温下优先氧化形成致密的氧化膜,大大降低了氧化速度并起到保护作用。

图4是氧化试样的X射线衍射谱。从图4上发现:形成的含Cr元素的氧化膜主要是(Fe0.6Cr0.4)2O3,涂层中生成的氧化膜结构基本一致,基本上为M2O3型氧化物,这类氧化物膜比较连续致密,不像碳钢那样内层生成FeO,最外层生成Fe2O3,中间为Fe3O4;当内层生成FeO时,由于内层的体积变化而破坏外表层致密的Fe2O3 和Fe3O4氧化膜的连续性,氧很容易扩散到试样内部而使氧化更易进行[6,7]。

图5为氧化试样沿截面的金相组织。

从图5可以观察到,涂层样品在表面向内大约10~20 μm内氧化比较明显,颜色相对较深的部分均为产生的氧化物,再靠近基体则基本上没有明显变化,涂层只是在靠近表面很薄的范围内发生氧化。由此可见,涂层中存在的大量Cr元素,在高温下形成致密的氧化膜,起到了很好的保护作用。

3 结 论

涂层的抗热震性能好,650 ℃和800 ℃、30次热震后试样表面基本完好。涂层氧化时氧是在层与层之间扩散的,热震试验出现的裂纹和涂层脱落均是层间氧化物引起的,氧化物脱落产生的裂纹发展到一定程度后就会导致涂层的脱落。

涂层800 ℃,200 h氧化后增重约为10 mg/cm2,抗氧化能力强,优于某些耐热钢如12CrMoV,涂层中Cr元素形成氧化膜后抑制了氧向涂层内部的进一步扩散。

参考文献

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高速电弧喷涂 篇2

装甲兵工程学院装备再制造技术国防科技重点实验室成功开发出新型自动化高速电弧喷涂技术, 它是以电弧为热源, 熔化金属丝材, 并用高压空气雾化, 雾化粒子高速喷涂、逐层沉积成涂层, 同时, 将喷枪固定在操作机或机器人上, 通过电脑编程控制喷枪运动, 实现喷涂过程的自动化。项目研究中, 重点解决了关键技术问题, 集成设计了两种类型的自动化高速电弧喷涂系统: (1) 坐标式操作机自动化喷涂系统; (2) 关节式机器人自动化喷涂系统。研究开发了三种新型的喷涂材料: (1) 1Cr18Ni9Ti不锈钢+Al双丝喷涂制备伪合金涂层, 这种材料软硬相交错沉积, 具有加工性能好、摩擦学性能优异的显著特点; (2) FeAl金属间化合物复合粉芯丝材, 制备涂层硬度适中、耐磨性好; (3) Fe基非晶粉芯丝材, 制备的非晶复合涂层硬度、耐磨性比传统的合金涂层有了质的飞跃。针对专门的应用对象, 优化设计了自动化高速电弧喷涂成形工艺, 包括喷枪的路径规划、工艺流程的设计等。

高速电弧喷涂 篇3

1 试验方法与设备

1.1 试验材料的选择

试验采用销盘摩擦副, 在45号钢的小试盘上喷涂铁基合金, 测试在干摩擦与润滑条件下的摩擦学特性。试盘尺寸为Ф31.7 mm, 厚11 mm。使用的喷涂材料为直径2 mm的08Mn2Si、4Cr13丝材。08Mn2Si, 4Cr13是具有代表性的低合金钢与马氏体不锈钢, 两种丝材主要成分见表1。

1.2 喷涂工艺参数

喷涂前, 先用丙酮除去试盘上的油污, 后用20号棕刚玉磨料, 利用射吸式喷砂机进行喷砂处理。采用XDP—5型电弧喷涂设备, 分别喷涂两种铁基材料, 涂层厚度为0.5 mm。电弧喷涂工艺参数见表2。

1.3 磨损试验与硬度试验

使用MMW—1型立式万能摩擦磨损试验机。在选定的轴向力作用下进行了磨损试验, 转数为400 r/min, 示意图如图1所示。

采用HVS—1000数显显微硬度计。加载100g、保压时间10 s, 测量涂层表面10点硬度, 取平均值记为涂层硬度。

2 实验结果与分析

2.1 涂层形貌与组织

图2是08Mn2Si的金相显微形貌, 从图2中可以看到08Mn2Si涂层中灰色的带状为氧化物, 分布在粒子边界, 黑色区域为孔洞, 涂层中存在着椭圆球形粒子, 变形不够充分。

图3是08Mn2Si涂层在2 000倍时的电镜图片, 经过金相处理后, 从图3中可以清楚地看到粒子边界和内部的孔隙, 氧化物分布在粒子的边界, 呈现出长长的带状。

图4是08Mn2Si涂层的电镜组织照片, 从中可以看到, 涂层中存在很多分布在粒子内部的孔隙, 形态不规则, 氧化物多分布在粒子边界。通过图5涂层的XRD衍射图谱分析氧化物相, 发现氧化物为Fe O、Fe3O4、Mn3O4和Si O2。

图6是4Cr13涂层的显微组织图片。从图7 (a) 中可以看到这种材料的涂层较为致密, 粒子变形比较充分, 呈现出扁平的层状结构, 粒子之间夹杂着氧化物, 形态多为带状, 断续地包围在粒子周围。涂层中也存在少量的小球形粒子, 周围被氧化物包裹着。从图7 (b) 清晰地显示出了粒子与粒子之间的孔隙, 4Cr13涂层组织主要是条状马氏体, 这是因为此种丝材含有大量的Cr元素, 在喷涂过程中, 由于快速冷却形成了大量的马氏体。通过图8涂层XRD衍射图谱分析得知, 氧化物为Fe O、Fe3O4、Cr O、Cr O3等。

图9是灰铸铁的显微组织形貌, 从图中可以看出, 灰铸铁的显微组织为细片状珠光体基体中均匀的分布着片状石墨, 同时存在很少的铸造缩孔。

2.2 涂层侧面观察

图10是各个涂层的侧面金相照片, 可以看到这五种涂层与基体的结合良好, 经过磨床加工后的涂层厚度为0.2~0.5mm。表3列出了这五种涂层的厚度。

2.3 涂层孔隙率

利用涂层孔隙率的计算公式 (1) , 计算出涂层中的孔隙率。为了提高结果的准确率, 此次实验中每种涂层的孔隙率分别取5个视场照片进行计算。

式 (1) 中:R、S1和S2分别为孔隙率、一个视场中孔隙的总面积和视场的面积。

求出孔隙率并算出平均孔隙率, 如表4所示。

2.4 涂层干磨损

首先研究干摩擦情况, 设定轴向力为50 N, 工作时间10 min, 平销磨损。实验结果如表5。

分析数据, 摩擦系数、硬度与失重最小的为灰铸铁, 说明在没有润滑的条件下, 石墨的减摩效果好于金属氧化物。对比08Mn2Si和4Cr13, 硬度较大的4Cr13的磨损量小于08Mn2Si, 说明同样在金属氧化物的减摩作用下, 硬度大的涂层, 抗磨损性能更优。

图11是被测材料磨损表面的显微形貌, 从图中可以看出08Mn2Si涂层出现了擦伤, 这些擦伤主要是由氧化物的脱落形成了磨粒, 加重了磨粒磨损而形成的。在08Mn2Si涂层的磨损试验过程中, 看到了黑色粉末和白色颗粒从磨损表面脱落, 可知此时涂层出现了氧化物的脱落对磨件灰铸铁出现了石墨的脱落, 而涂层中的机加工开孔和孔隙则可以储存石墨和细微磨粒, 减少磨粒磨损。通过观察涂层的表面, 可以看到表面上部分地附着着一层石墨。

2.5 涂层平销浸油磨损

模拟涂层在润滑条件下的磨损, 工作参数为轴向力50 N, 2 h。实验结果如表6所示。

通过对比, 4Cr13涂层摩擦系数最低, 失重最少。08Mn2Si与灰铸铁的摩擦系数相似, 但失重较少。因为孔隙的存在, 涂层具有了储油效应。在摩擦的过程中, 孔隙内的油液不断补充, 保持表面油膜。

涂层的孔隙和氧化物越多, 粒子与粒子之间的结合越差。在平销的作用下, 进入到珩磨沟槽和孔隙内的油液对降低涂层的摩擦系数起到了作用。通过观察各个试样的磨痕图12, 可以得出各个试样的主要磨损形式都是磨粒磨损, 材料均没有完全进入此阶段, 由于珩磨沟槽的储油作用, 摩擦系数均比较低。

2.6 磨痕分析

在轴向力200 N、转速0.5 m/s、滑行距离3 600 m的条件下, 分别进行三平销与三凸销的浸油磨损试验, 磨痕如图13和图14所示。

涂层中存在一些因机械加工过程而产生的开孔, 珩磨沟槽。随着磨损量的增加, 珩磨沟槽消失, 此时主要是涂层的孔隙 (包括机加工开孔) 和氧化物因储油而实现减摩的效果。相比于平销, 凸销的接触面积小、压强大, 接触面上的油液会被挤走, 试样的摩擦系数会因此而增大, 处于边界润滑状态, 主要磨损方式为磨粒磨损。对比图片, 发现4Cr13的磨痕比08Mn2Si宽, 这是因为前者的涂层硬度高, 对销的磨损更重, 导致磨痕更宽, 但就磨损性能而言, 前者好于后者。

3 结论

1) 涂层由扁平化粒子堆叠而成, 粒子之间夹杂着带状氧化物, 还存在一些未熔颗粒、孔隙。孔隙多与带状氧化物一起, 分布在粒子的边界。XRD衍射分析结果表明涂层中氧化物主要为金属氧化物。

2) 在干磨损试验中, 可以发现涂层越硬耐磨性越好, 金属氧化物的润滑效果较石墨差。

3) 在油液润滑条件下, 涂层表现均优于灰铸铁, 磨损系数与磨损量都较小。证明了孔隙与氧化物的储油效应起到了明显的减摩作用。对比磨痕, 较硬的涂层的磨痕较宽, 这是因为对销的磨损重, 使销的磨损面积增大, 磨痕变宽。

摘要：在铝制发动机缸体内壁喷涂铁基减摩涂层代替在其内嵌套铸铁缸套, 是实现汽车发动机缸体轻量化的一条重要途径。采用两种铁基合金制作铝制缸体内壁的减摩涂层, 在干摩擦、浸油条件下分别进行磨损实验, 并与耐磨性较好灰铸铁进行对比, 结果显示干摩擦时金属氧化物的润滑效果较石墨差, 而油液润滑条件下涂层耐磨性均优于灰铸。观察涂层发现其主要由扁平化粒子堆叠而成, 粒子之间夹杂着带状氧化物, 还存在一些未熔颗粒、孔隙, 表明涂层的孔隙结构的储油效应和表面氧化物起到了明显的减摩作用。

关键词：电弧喷涂,铁基涂层,孔隙结构,耐磨性

参考文献

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铝合金电弧喷涂纯铝涂层的耐蚀性能 篇4

铝耐腐蚀性强,在常用的金属材料中可回收性最好,其再生后的材料品质可与原生铝相媲美[1]。此外,铝合金具有合金强度/质量比高、导电导热能力强、力学性能优异、可加工性好等优点,因而在交通运输、航空航海等领域得到了广泛的应用。

铝与氧的亲和力很大,能与空气中的氧反应,在表面很快生成一层薄而致密、具有自愈合能力的Al2O3氧化膜。随着时间的延长或大气湿度的增加,这层氧化膜厚度增大。因此,铝在大气中具有良好的耐蚀性[2]。但在有大量氯离子存在的环境下(如海洋环境中),氧化膜将氯离子吸附在表面,氯离子就会取代膜中的氧形成易溶于水的氯化物,从而使保护膜的结构遭到破坏,产生孔隙,腐蚀介质就可能渗入内部,加速铝的腐蚀。保护膜的修复和增厚也会由于氯离子的存在而受阻[3,4]。

本工作采用电弧喷涂技术在铝合金表面制备纯铝涂层,然后用E - 44型环氧树脂封孔处理;采用极化曲线测试、常温浸泡试验以及盐雾腐蚀试验等手段研究了涂层的耐腐蚀性,以便为提高海洋环境下铝合金的使用寿命提供技术依据。

1 试 验

1.1 试验材料

选用耐蚀性良好的锻造铝合金Al6061,厚度1.7 mm,质量分数[5]为0.80%～1.20% Mg;0.04%～0.35% Cr;0.25 %Zn;0.15% Mn;0.40%～0.80%Si;0.70% Fe;0.15%～0.40% Cu;0.15 % Ti;其他0.15%;Al余量。喷涂材料选用铝丝,直径ϕ2 mm,纯度99.7%以上。

1.2 试样制备

(1)表面预处理

用9060A型干喷砂机对试样进行喷砂,磨料为Al2O3,颗粒直径平均0.6 mm,喷砂角度60°～80°,喷砂距离100 mm。喷砂后,表面粗糙度为Ra=7.8 μm。

(2)喷涂工艺

喷砂后立即用自行研制的高速电弧喷涂机对试样喷涂。喷涂电压28 V,电流100 A,喷涂距离100 mm,喷射角度为90°,空气压力0.6 MPa,涂层厚度约为0.2 mm。

(3)封孔处理

用E - 44型环氧树脂进行封孔处理。环氧树脂与固化剂体积比为4 ∶1,加入适量丙酮稀释涂于试样表面,待48 h后封孔剂自然固化。

1.3 试验方法

(1)极化曲线测试

利用Model - 273恒电位仪、M342电化学测试系统,在5%NaCl(质量分数)溶液中进行电化学极化。电解池采用三电极体系,参比电极为饱和甘汞电极(SCE),辅助电极为金属铂电极。溶液用去离子水配制,扫描速度为0.1 mV/ s,测试在室温下进行。

(2)常温浸泡试验[6,7]

将30 mm×15 mm试样浸入5%NaCl溶液中,溶液用量≥20 mL/cm2。144 h后取出试样并观察其表面及截面形貌,并对涂层表面进行XRD检测。

(3)中性盐雾试验

按GB/T 10125-1997在YW/R - 150型盐雾腐蚀试验箱中,用5%NaCl(质量分数)去离子水溶液连续喷雾试验。

2 结果与讨论

2.1 涂层的显微组织

图1为涂层的截面组织形貌。涂层为层状组织结构,变形颗粒之间的界面上有一定的氧化物及少量孔隙,用灰度法测得孔隙率为4.6%。图1中局部区域层状结构并不明显,这是因为铝丝融化良好,粒子变形充分,颗粒之间咬合紧密,连成一体,使组织更加致密,这对提高涂层的结合强度和耐蚀性十分有利。

图2为涂层与基体结合处的形貌。涂层与基体互相嵌合,锚固良好。结合面上没有熔合的区域, 全部为机械咬合。涂层的形成过程不仅决定了涂层的层状结构,也使涂层中不可避免地出现少量氧化物与孔隙[7]。

A.孔隙 B.氧化物

2.2 涂层的耐蚀性

2.2.1 极化曲线分析

图3为涂层与基体在5%NaCl溶液中的电化学极化曲线。从图3可以看出,涂层与基体相比自腐蚀电位有所提高。根据成相膜理论,铝在空气中氧化生成2～3 nm厚、无孔的γ - Al2O3或多孔的β - Al2O3钝化膜[2]。铝合金基体中的多种合金元素及杂质成分影响了它的耐蚀性。而纯铝涂层中只有铝及其氧化物,表面生成的Al2O3钝化膜均匀致密,隔离作用良好,故涂层的自腐蚀电位高于基体的电位。比较两者的自腐蚀电流发现,涂层的腐蚀电流较大。原因分析:6061铝合金基体为锻造铝合金,组织致密;而涂层有一定的表面粗糙度及孔隙率,在连续的极化过程中,腐蚀电压与电流不断增大,一旦涂层表面达到其腐蚀电位,氧化膜表面有一点被击穿后,氯离子便较容易地侵入组织疏松的涂层内部,使涂层腐蚀速率加快。因此,涂层的腐蚀电流较大。但是,涂层的腐蚀电流大于基体并不代表涂层的耐蚀性小。首先,涂层的腐蚀电位相对基体的较高,在相同环境下,涂层表面的氧化膜不易被破坏;其次,在实际的腐蚀环境中,铝涂层开始腐蚀的速率较快,但随着腐蚀时间的延长,腐蚀产物堵住孔隙,腐蚀速率不断下降,最终长期趋于稳定[8],达到了良好的耐蚀效果。

2.2.2 常温浸泡性能

浸泡过程中观察试验现象并记录,结果见表1。

0～48 h之间试样缓慢腐蚀,48 h之后腐蚀速率加快,与浸泡前相比试样最终减薄;0～144 h之间未封孔涂层腐蚀较快,涂层表面最终呈褐色;封孔涂层没有很明显的腐蚀现象,浸泡前后变化不明显。图4a涂层表面的封孔剂未被破坏,完好无损,没有被腐蚀。在NaCl溶液中,无论是基体,还是铝涂层,均由于氯离子的存在而加速腐蚀。氯离子活性大,氧化膜更容易把氯离子吸附在表面,取代膜中的氧形成易溶于水的氯化物,使保护膜的结构遭到破坏而形成孔隙。另外,氯离子半径较小,更加容易侵入孔隙,使铝合金基体或涂层加速腐蚀。由于基体试样在空气中长期放置,其表面的氧化膜具有一定的保护作用,因此,在0～48 h之间腐蚀缓慢。长期浸泡在腐蚀溶液中,基体表面的氧化膜被破坏。在48 h之后的浸泡过程中,虽然也有新的氧化膜的生成过程,但氧化膜的形成速率小于其溶解速率,氧化膜不断溶解,基体最终减薄。图4b涂层近1/2的厚度被腐蚀,表面凹凸不平,点蚀较严重。由于涂层表面有少量孔隙,氯离子较容易侵入孔隙,使涂层更容易发生点蚀。另一方面,涂层表面有一定的粗糙度,凸起的部位表面能大,腐蚀速率快。在0～144 h时间内,点蚀占优势。涂层在腐蚀过程中尽管也有氧化膜的形成,但腐蚀速率远大于氧化膜的形成速率。因此,对未封孔涂层进行XRD检测时只检测到铝,而检测不到氧化膜的存在。

图5为浸泡480 h前后涂层的表面形貌。浸泡前涂层表面有或大或小的孔隙存在;浸泡480 h后,涂层表面的孔隙大大缩小,甚至被堵塞或封闭。在144～480 h之间,涂层凸起的部位腐蚀较快,趋于优势,腐蚀产物不断增加。未溶的腐蚀产物几乎把涂层表面的孔隙全部堵塞,对氯离子暂时起到隔离作用,促进了氧化膜的形成,从而使氧化膜与水反应,使涂层产生“自封闭效应”[9,10]。此时,氧化膜的形成速率超过了氧化膜的溶解速率,涂层表现出较好的耐蚀效果。

浸泡腐蚀480 h后,涂层的截面形貌见图6。与图4b相比,涂层厚度减半,表面凹凸趋于圆滑,已没有明显的孔隙。XRD检测结果见图7。

涂层表面主要是Al、Al2O3及Al(OH)3,可见,涂层表面因未溶的腐蚀产物及吸水后的氧化膜而呈褐色,溶液中的白色絮状物为不溶于水的Al(OH)3。为证实以上分析,对浸泡腐蚀480 h后的未封孔涂层试样做极化曲线测试,结果见图8。与浸泡前的涂层或基体相比,浸泡480 h后,涂层的自腐蚀电位大大提高,自腐蚀电流大大减小。因此,涂层的耐蚀性大大提高,对基体可起到良好的保护作用。对涂层表面进行封闭处理的试样浸泡480 h后,封孔剂仍未脱落,封孔剂与涂层起到了最佳协同效应[11],耐蚀效果提高。

2.2.3 中性盐雾腐蚀

图9为盐雾腐蚀48 h前后试样的表面形貌。

基体长期放置于空气中,表面氧化膜呈黑色。盐雾腐蚀后,这层黑色的氧化膜部分被腐蚀掉,而且表面出现点蚀的痕迹。喷涂未封孔试样表面呈褐色,并有几处白锈,XRD检测结果同图7。由于潮湿的盐雾气氛,吸水后的氧化膜及未溶的腐蚀产物堆积使涂层表面呈褐色,白锈为Al(OH)3,封孔涂层腐蚀前后几乎没有变化。试验前后对试样称重,对比腐蚀前后的质量变化。由于盐雾试验后在试样上形成的腐蚀产物与涂层结合较紧密,不易清洗脱落。因此,试样均表现为腐蚀后质量增加。称重结果显示,喷涂未封孔试样的增重量大于基体的增重量。这说明在盐雾腐蚀48 h内,涂层的腐蚀速率比基体的腐蚀速率快。继续连续喷雾720 h后,每120 h取出称重,在500～720 h之间,基体试样的增重量最大;喷涂未封孔试样增重次之,且增重量逐渐减小;喷涂封孔试样的增重量最小。这就证明,连续喷雾500～720 h后涂层的腐蚀速率逐渐减小并趋于稳定,这与浸泡试验中的结果及分析一致。即随着腐蚀时间的延长,腐蚀产物将孔隙堵塞,对氯离子暂时起到隔离作用,促进了氧化膜的形成,从而使氧化膜与水反应,使涂层产生自封闭效应。当氧化膜的形成速率大于溶解速率时,涂层表现出良好的耐蚀性,对基体起到保护作用;而将涂层封孔后,涂层与封孔剂达到最佳协同效应,耐蚀效果大大提高。

3 腐蚀模型的建立

综合极化曲线测试、常温浸泡试验以及中性盐雾腐蚀试验分析,建立了纯铝涂层及6061铝合金的腐蚀模型(见图10)。腐蚀前,纯铝涂层表面形成的Al2O3氧化膜纯度高、均匀致密、隔离效果良好。由于涂层有一定的表面粗糙度,其表面生成的氧化膜也有一定起伏,涂层表面的少量孔隙使氧化膜存在轻微不连续(见图10a)。铝合金基体中含有多种合金元素及杂质成分,活性较大的Mg,Fe等或其氧化物更易腐蚀,与Al或Al2O3组成腐蚀原电池,影响铝合金基体的耐蚀性。与铝涂层表面的氧化膜相比,铝合金基体表面较平滑,几乎没有孔隙,而且由于铝合金被长期放置于空气中,其表面的氧化膜相对较厚(见图10b)。

由于涂层表面有一定的粗糙度,凸起的部位表面能大,容易腐蚀;涂层表面有一定的孔隙率,溶液中活度大、半径小的氯离子容易侵入,使涂层发生点蚀。因此,在涂层腐蚀的一段时间内,其腐蚀速率大于氧化膜的形成速率,表现为涂层较快地腐蚀,表面的氧化膜很薄,且不连续,不能起到保护作用(见图10c)。而对于6061铝合金基体,虽然有点蚀与均匀腐蚀的发生,氧化膜不断溶解,但长期放置于空气中生成的氧化膜有一定的厚度,故在一定的腐蚀时间内,氧化膜尚未完全被腐蚀,基体的腐蚀速率较为缓慢(见图10d)。涂层的前期腐蚀与基体的前期腐蚀时间并不相同,基体在空气中生成的氧化膜只能维持较短的腐蚀时间,如浸泡腐蚀48 h;涂层的前期腐蚀时间为0～144 h。

当腐蚀进行一定时间后,涂层凸起的部位腐蚀速率加快,腐蚀产物以及不溶的Al(OH)3将孔隙堵塞,对氯离子暂时起到隔离作用,点蚀得以控制,为氧化膜的形成提供了有利条件。一般情况下,铝浸入水中即可得到Al2O3薄膜,由于该膜致密、增厚有限,为得到更厚的氧化膜,需要将初始氧化膜浸入酸或碱性溶液中,控制膜局部溶解[12]。这一方法就是为了使氧化膜有局部不连续,从而使水较容易渗入氧化膜内部。而与铝合金相比,涂层的组织相对疏松,恰好使水容易渗入,使涂层表面较容易形成隔离作用良好的氧化膜(见图10e)。随着时间的延长,氧化膜的形成与溶解速率基本保持相同,铝涂层缓慢腐蚀。对于铝合金,当其表面原来的氧化膜被破坏后,新鲜的铝合金暴露于腐蚀介质中。铝的纯度与其耐蚀性密切相关,基体中有些合金元素会大大影响其耐蚀性,这些合金元素或杂质作为阴极材料与铝构成腐蚀电池。杂质越多,活性阴极面积越大,腐蚀速率越快[13]。6061铝合金基体属于锻造铝合金,组织极为致密,水很难渗入内部,再加上氯离子的破坏作用,铝合金表面氧化膜的形成速率远小于其溶解速率。因此,只存在零星的几处氧化膜,基体持续缓慢腐蚀(见图10f)。

通过以上腐蚀模型可以发现,纯铝涂层虽然在前期阶段腐蚀较快,但腐蚀一段时间涂层表面的孔隙因腐蚀产物的堵塞,使氧化膜的形成速率大于其溶解速率,形成隔离效果较好的涂层,对基体有较好的保护作用。

4 结 论

(1)通过系列腐蚀试验,建立了纯铝涂层与铝合金的腐蚀模型。通过电化学极化曲线测试发现,涂层的腐蚀电位相对6061铝合金基体的电位有所提高。

(2)在浸泡试验与中性盐雾腐蚀试验中,涂层在最初的腐蚀阶段腐蚀速率较大,但腐蚀一段时间(如浸泡144～480 h)或连续喷雾500～720 h后,涂层表面的孔隙因被腐蚀产物堵塞,对氯离子起到暂时的隔离作用,促进了氧化膜的形成,从而使氧化膜与水反应,使涂层产生自封闭效应,腐蚀电位提高,腐蚀电流减小,对铝合金基体起到了良好的保护作用。

(3)将涂层用环氧树脂封孔后,涂层与树脂产生最佳协同效应,防腐蚀效果显著提高。

摘要：海洋环境下存在大量的氯离子,铝合金容易发生点蚀。利用电弧喷涂技术在铝合金表面喷涂纯铝,采用浸泡、盐雾和电化学试验等方法测试了涂层在5%NaCl溶液中的腐蚀行为。结果表明,常温浸泡144～480h或连续喷雾500～720h后,涂层表面的孔隙因被腐蚀产物堵塞,对氯离子可起到暂时的隔离作用,从而促进了氧化膜的形成,使腐蚀电位提高、腐蚀电流减小、腐蚀速率减缓,涂层对铝合金基体起到良好的保护作用;将涂层用环氧树脂封孔后,防腐蚀效果显著提高。

高速电弧喷涂 篇5

高速电弧喷涂技术是近年来发展起来的新型电弧喷涂技术, 它是以电弧为热源, 以特殊的喷枪将熔化了的金属丝材用气流雾化, 高速喷射到工件表面形成涂层的一种新型热喷涂工艺。它以优质、高效、低成本等特点受到广泛关注。

近年来, 随着电弧喷涂设备和材料的不断改善, 使喷涂质量显著提高, 应用更加广泛, 尤其在农业机械的修复上得到了更加广泛的应用。多年来, 本单位应用电弧喷涂技术修复大量发动机曲轴、缸体、连杆等部件, 取得了显著的效果。本文以钻床动力头轴承室修复为例, 介绍应用电弧喷涂技术进行设备维修的经验, 论述电弧喷涂技术在修复零件磨损方面的工艺、方法和效果等。

1 工件失效情况及修复方案选择

一多级组钻, 在使用过程中由于多方面的原因, 造成动力头上支撑钻头的轴承室严重磨损, 严重影响钻床的加工精度, 甚至无法使用, 需立即修复。检测发现该动力头的八个轴承室的尺寸均不合格, 最小直径磨损量为0.1 mm, 最大直径磨损量为0.40 mm。动力头材质为铸铁, 且八个轴承室均匀分布, 间隔很小, 只有2~3 mm。为防止轴承室在修复过程中产生变形, 所以采用电弧喷涂修复工艺。其特点如下:结合强度高、修复时间短、省时省力不易变形。

2 设备及材料选择

1) CMD-AS-1620型电弧喷涂电源及送丝机构一台HAS-01型高速电弧喷枪一把;

2) CMD-600型喷砂机一台;

3) IV-3/8型空压机一台;

4) 喷砂材料:棕刚玉;

5) 打底层材料:镍铝复合丝 (直径2 mm) ;

6) 工作层材料:Fe-Cr-Al丝材 (直径2 mm) ;

7) 机加工具:镗床。

3 喷涂工艺

喷涂和加工工艺流程如下:

基体除油→基体检查→表面预加工→表面防护→表面粗化→喷涂底层→喷涂工作层→表面处理→涂层加工。

3.1 表面预处理

1) 净化:用绵纱擦拭、火焰吹烧将轴承室表面油污除净。

2) 尺寸修调:用镗床将轴承室表面疲劳层磨掉, 并预留一定的涂层尺寸;保证机加后涂层厚度不小于0.40 mm。

3) 表面防护:将轴承室不需修复的部位保护好, 便于喷后处理;

4) 表面粗化:采用CMD-600型喷砂机, 磨料为棕刚玉对曲轴待修表面进行粗化处理, 以增大涂层的结合强度。

喷砂工艺参数见表1。

3.2 表面修复

3.2.1 喷涂底层

喷涂工艺参数见表2, 底层厚度为0.10~0.15 mm。

3.2.2 喷涂工作层

工作层的材料为Fe-Cr-Al丝材, 喷涂工艺参数见表3。

喷涂层厚度应按工件磨损量、喷涂层加工余量以及其它因素 (诸如直径收缩率、装夹偏差量、喷涂层直径不均匀量等) 确定, 一般预留1.5 mm的余量。

3.2.3 喷后处理

喷涂后, 将护具除掉, 将因护具防护不当而喷上的多余的涂层清理干净, 只留下需要的涂层。

3.3 涂层加工

用镗床将轴承室加工至标准尺寸。

3.4 效果

仅用两天就完成修复任务, 且各项技术指标完全满足要求, 争取了时间, 经济效益十分显著。

4 结语

通过实践证明, 应用电弧喷涂技术对钻床动力头轴承室进行修复是可行的。而且修复后的钻床动力头运转正常, 提高了钻床动力头的使用寿命, 为社会节省了大量的资金。在零件供应短缺, 价格昂贵的情况下, 推广应用电弧技术具有十分重要的意义。

随着我国农机保有量的增加, 农业工程机械的维修任务越来越繁重。电弧喷涂技术作为一项重要的表面工程技术, 在农机零部件的制造和维修中发挥着重要的作用, 而且随着我国农业机械化程度的不断提高, 农机零部件的磨损在所难免, 运用电弧喷涂技术对其进行合理的修复, 既为国家节省了资金, 也为社会带来了巨大的经济效益。

参考文献

[1]徐滨士, 梁秀兵, 马士宁, 等.新型高速电弧喷涂枪的开发研究[J].中国表面工程, 1998, 11 (5) :16-19.

超音速电弧喷涂在电厂锅炉中的应用 篇6

一、循环流化床锅炉磨损特点

循环流化床锅炉的燃烧属于低温燃烧, 有一个物料浓度很大的密相区来保证整个锅炉的正常燃烧, 同时防止使锅炉的床温波动过大, 还需要锅炉的内循环和外循环来保证锅炉燃烧的稳定性和可靠性, 在锅炉设计时, 为保证炉膛温度均匀, 需要一部分物料在炉膛上升过程中释放出热量, 需要小颗粒的燃料带出密相区, 锅炉正常运行时, 返料量是给煤量的30倍以上, 所以整个炉膛中物料浓度都比较大, 同时要保证返料器的高效率, 炉膛出口需要比较高的速度, 高浓度的烟气在炉膛出口处又需要改变方向, 烟气会对炉膛出口的水冷壁形成冲刷和碰撞, 形成比较重的磨损。在高浓度的上升烟气中, 有一部分发生破裂, 沿着水冷壁向下, 形成面壁流, 在锅炉正常运行中, 面壁流的浓度比较大, 速度又比较快 (要比烟气的浓度和速度都大得多) 。面壁流主要对炉膛下部水冷壁形成较大磨损, 特别是在锅炉运行中, 水冷壁在高温下有一定的变形, 更加重了磨损。如果水冷壁上有凸起, 就会在凸起上部形成涡流, 使锅炉因为局部磨损爆管停炉。

二、锅炉运行和燃料对金属磨损的影响

燃料的好坏直接影响到炉膛的物料浓度, 因为给煤量越大, 炉膛中的物料浓度就会增大。对炉膛内金属磨损也越大。锅炉运行中煤风的配比, 以及一、二次风的比例也很重要, 因为风速的增加引起的纵向冲刷, 还能引起物料浓度的变化, 锅炉的返料量随之增加, 所以风量是影响磨损的重要因素, 炉膛负压和返料量的控制也对锅炉的正常运行有很大影响, 因为返料量决定炉膛上部的物料浓度, 负压对返料颗粒的大小有影响, 所以锅炉的安全、经济运行是非常重要的。

三、炉膛磨损的主分布

炉膛出口磨损的主要原因是由于高速烟气速度的改变引起的冲刷和碰撞, 磨损速度主要取决于炉膛出口烟气速度和物料浓度, 同时负压也会影响炉膛出口的磨损。炉膛下部磨损主要受面壁流对水冷壁的影响。面壁流在高速下落的过程中, 向上的烟气、水冷壁变形凸起对面壁流形成影响, 形成局部的切割磨损。

四、目前常用解决锅炉磨损方法对比

1、对重磨损区进行堆焊处理工艺简单, 费用低。缺点在于长期进行堆焊会使锅炉的母材材质发生变化, 产生的应力无法释放, 堆焊部位产生泄漏。同时, 堆焊也使炉管发生变形, 加大磨损。

2、加防磨护瓦虽然能保护锅炉管壁, 但防磨护瓦容易发生变形和剥落, 在防护瓦上部形成切割磨损。

3、刷非金属涂料能减少磨损, 但非金属跟锅炉管壁的结合强度低, 容易脱落, 形成磨损点, 其次非金属涂料还会影响锅炉传热, 影响锅炉的整体效率。

4、防止锅炉重磨损还可以打防磨梁, 防磨梁虽然能对重磨损区进行有效保护, 但在每道防磨梁的上部, 会产生切割磨损, 使锅炉的磨损区上移。

五、超音速电弧喷涂的原理

超音速电弧喷涂是两根连续卷进的喷涂丝材作为自耗电极, 分别接直流电源的正负极, 在金属丝端部端接的瞬间, 两根金属丝间产生电弧, 接触点产生高温, 在电源作用下, 维持电弧稳定燃烧, 在电弧发生点背后, 由喷嘴喷射出高速气体, 使熔化的金属雾化成微粒, 在高速气流的推动下喷射到经预处理基材表面形成涂层。喷涂时基材温度低于150摄氏度, 对基材性能不会有任何影响。其次超音速电弧喷涂会使粒子速度接近音速, 从而使涂层具有很高的结合强度。喷涂质量的好坏主要取决于喷涂材料、喷涂设备和喷涂工艺。

六、大漠电厂循环流化床锅炉磨损失效分析

1、大漠电厂使用2台YG-130/3.82-M7型循环流化床锅炉, 由于炉型结构和设计参数等特点, 固体颗粒对受热面的磨损是影响锅炉经济运行的主要问题。

其失效形式有:水冷壁管的磨损集中表现在水冷壁管耐火材料过渡区域的磨损、炉膛角落区域水冷壁磨损、不规则区域管壁的磨损和一般水冷壁管的均匀磨损。

水冷壁管的磨损是一个复杂过程。烟气中颗粒对受热面撞击产生的磨损, 与煤粉锅炉尾部受热面的冲刷磨损相类似。这种磨损的形式大致可以分为两类:一类是在碰撞过程中由于材料的反复变形引起的疲劳磨损, 另一类是材料在自由运动的粒的切削作用下引起的破坏, 称为凿削式磨损。磨损的程度与颗粒的冲击角度有很大的关系。冲击角为90°没有凿削式磨损, 仅是疲劳磨损, 磨损很轻微;当冲击角度在20°～50°时, 磨损最严重。循环流化床锅炉中的疲劳磨损非常小, 主要是凿削式磨损。

由于炉膛上部的稀相区是快速床, 在一定条件下, 稀相区的颗粒发生团聚, 细颗粒聚集成大颗粒团后, 颗粒团重量增加, 自有沉降速度提高, 一旦大于流化速度, 颗粒团不是被吹上去而是逆着气流向下运动。下降过程中, 被上升的气流打散成细颗粒, 再被气流带动向上运动, 又聚集成颗粒团沉降下来。这种颗粒团不断聚集、下沉、吹散、上升又聚集的过程, 使循环流化床内气固两相间发生强烈的热量和质量交换。由于颗粒团的沉降和边壁效应, 循环流化床内气固流动形成靠近炉壁处很浓的颗粒团以旋转状向下运动, 炉膛中心则是相对较稀的气固两相向上运动, 产生一个强烈的炉内循环运动, 大大强化了炉内热和传质过程, 有效地延长了包括焦炭颗粒在内的固体物料的停留时间, 并保证了整个炉膛内纵向及横向都具有十分均匀的温度场。这一炉内物料颗粒在水冷壁附近下降流动的形态, 导致了在垂直水冷壁表面的磨损, 尤其是垂直面的凸起或凹进, 磨损更为明显。

耐火材料过渡区磨损原因有两个, 一是在过渡区域内由于沿水冷壁面向下流动的固体物料与炉内向上运动的固体物料运动方向相反, 因而在局部产生涡流。涡流方向主要决定气流方向, 磨损坑的形状表明气流是从下向上磨损的。二是沿炉膛水冷壁面向下流动 的固体物料在交界区域产生流动方向的改变, 产生对水冷壁管的冲刷。

其次炉内水冷壁等受热面还受到一定高温氧化和硫酸盐及硫、硫化物的热腐蚀。锅炉炉膛顶部、后墙、一级蒸发管上集箱竖向管等受热面都具备了高温氧化和高温腐蚀条件, 其烟气温度高, 且是富氧燃烧, 在300℃以上, 管材外表温度每升高50℃, 腐蚀速度增加1倍。锅炉在运行过程中受热面管表面首先发生高温氧化, 表面生成Fe2O3, 其次燃料灰中的Na2O和K2O与烟气中的SO3化合生成硫酸盐, 其捕捉飞灰形成结渣和流渣, 此时烟气中SO3与M2SO4同管壁上的Fe2O3反应生成复合硫酸盐MFe (SO4) 2或M3Fe (SO4) 3, 此复合硫酸盐受高温又分解为疏松状氧化铁和硫酸盐沉积层, 易被飞灰气流冲蚀带走, 氧化腐蚀继续向管壁纵深进行;另外燃料中硫份, 经燃烧生成的S和H2S也对管壁会产生强烈的腐蚀, 与Fe反应生成FeS。

在上述多种因素作用下, 受热面管逐渐被磨蚀减薄, 当局部承受不了管内水汽压力时即造成爆漏而失效。

在充分掌握本厂锅炉的磨损规律后, 2009年, 大漠电厂开始尝试利用超音速电弧喷涂法解决锅炉磨损严重、运行周期短的问题。

2、防护范围及涂层设计

(1) 、防护范围

翼片水冷壁管全部喷涂。115.44m2

后墙水冷壁第一道防磨梁向上3000mm喷涂。27m2

两侧墙及前墙第一道防磨梁向上500mm喷涂。9m2

四角角封管及相邻管全部喷涂。22m2

第一道对接口上下各200mm喷涂。10.08m2

两侧墙炉膛出口对应的各自5根管喷涂。7.38m2

共计:168.9m2

(2) 、涂层设计:

先采取二次喷砂工艺对防磨部位进行表面糙化, 即先用石英砂对表面进行清洁, 再用金刚砂对管子表面进行糙化处理。

采用超音速电弧喷涂技术, 并选用硬度特别高、耐冲刷磨损性能优异, 同时具备抗高温氧化和热腐蚀性能良好的PS45合金丝材制作涂层。

表面用KM型高温耐磨防腐专用封孔剂进行封孔。由此制得复合涂层结合强度高, 具有优异的抗吹损、冲刷磨损和耐高温腐蚀、耐热疲劳性能, 涂层不开裂、不脱离, 能满足防护要求。

防护层技术指标

PS45涂层

厚度:0.6-0.8mm

粒子速度:>386m/s

结合强度:≥50MPa

硬度:≥HRC45

抗高温氧化性:+1.08mg/cm2 (750℃氧化250h)

孔隙率:≤0.9%

喷涂时基体温度:≤100℃

工件变形性:不变形, 不改变母材表面金相组织及理化性能

高温耐磨防腐专用封孔层

工作温度:≤1000℃

耐磨性:≤10 mg/1000r

结合强度:≥6 MPa

厚度:0.05mm-0.1mm左右

(3) 喷涂设备

喷涂设备主要有:螺杆空压机, 主要提供符合要求的压缩空气, 冷干机, 主要是把压缩空气中水分和杂质清除掉, 电弧机, 主要是提供:额定电压36-44V, 额定电流400A的电源, 推式送丝机和喷涂枪, 主要是把丝材喷到工作面上。

3、影响涂层的主要因素:

(1) 喷涂材料对涂层的影响

我厂使用的GM-N66是一种不锈钢非晶态的粉芯丝材, 形成的涂层是一种非静态的金属陶瓷材料, 具有金属的结合强度和陶瓷的高耐磨性能。为提高锅炉管壁和涂层结合强度, 专门使用新型打底材料GM-D60是一种含镍的低碳马氏体型高结合强度的耐磨涂层, 涂层具有很强结合强度和高耐磨性, 结合强度>60MPA, 洛式硬度HRC>60, 能够把锅炉管壁和耐磨涂层有机地结合在一起, 有效地解决了涂层在锅炉运行中的脱落和开裂现象的发生, 使涂层更稳定。对于锅炉四管的喷涂, 采用打底层和喷涂层相结合的喷涂方式, 喷涂厚度为0.6-0.8mm, 涂层机体的耐磨强度是锅炉母材的20倍, 能够解决锅炉管壁因横向冲刷造成的磨损。

(2) 施工工艺对涂层的影响

施工工艺使涂层与锅炉管壁形成完整的整体, 形成致密, 耐磨的涂层, 在喷涂之前要对锅炉管壁进行净化, 粗化处理, 通常用8-16目的石英砂对锅炉管壁进行抛沙处理, 处理后使锅炉管壁表面GB89中规定的Ca3级, 即完全除去氧化层、銹、油污等附着物, 管壁表面露出金属光泽。抛沙完成后为防止锅炉管壁的氧化, 在两个小时之内要喷涂过滤层 (GM-D60) , 是一种结合强度非常好的材料。一般要求喷涂的厚度是0.1mm～0.2mm主要是防止涂层起皮、开裂和脱落, 减少涂层可能出现的磨损点, 然后喷涂耐磨层。GM-N66是一种高耐磨的非晶态材料。能有效地防止冲刷和撞击的磨损, 达到很高的耐磨度, 涂层的厚度为0.5mm～0.6mm这样既能防止锅炉的横向冲刷, 也不会因涂层厚, 使喷涂层上部与锅炉管壁形成台阶, 形成纵向的切割磨损。如果锅炉存在一定的硫腐蚀, 最后喷涂一层GM-F66, 这是一种耐磨抗腐蚀的材料, 这样就形成完整的涂层, 涂层既高耐磨, 又能防腐蚀。

为了防止涂层上部与锅炉管壁形成台阶, 在喷涂层上部要留有一定的过渡层, 每次涂层的上部向下顺延1cm, 形成10cm的过渡层, 为防止涂层表面的磨损, 每一层涂层又形成相对独立的涂层, 增强了涂层的横向结合, 使涂层的结合强度得到进一步加强。

喷涂时空气压力的控制相当重要, 在喷涂不同丝材时使用不同的空气压力, 在要求粗糙度时需要较小的空气压力;要求喷涂表面基本光滑时, 需要加大空气压力。但是, 空气压力要控制在一定的范围内, 过小的空气压力会使热量在喷涂枪聚集, 把喷涂枪烧坏, 空气压力过大会造成丝材的附着率过低, 丝材熔化时温度过高, 降低了涂层的结合强度。所以要根据不同的丝材, 采用不同的空气压力, 才能既保证涂层的硬度, 同时保证涂层的结合强度。

(3) 其他方面对涂层的影响

涂层的耐磨程度不仅与涂层的洛式硬度有关, 还与涂层的结合强度有关。实验证明, 在洛式硬度HRC>55-60时, 涂层的耐磨度随硬度的升高变化不大, 涂层的高温强度随结合强度的增大而增加, 涂层的结合强度与涂层的材质, 喷涂时的温度控制, 喷涂速度, 空气压力, 喷涂时与管壁的距离都有着密切的关系, 只有调整好喷涂时的各种参数, 才能保证涂层在管壁上二次结晶的质量, 才能保证涂层的质量。所以结合强度也是影响涂层的重要因素。要保证涂层质量, 就要保证涂层的洛式硬度HRC>60, 结合强度>55MPA, 同时要保证涂层颗粒细均匀。

采用超音速电弧喷涂工艺前后, 大漠电厂锅炉管材使用寿命、运行周期、及经济效益的对比:锅炉水冷壁管使用寿命由原来3年延长到6年;运行周期由原来的50天延长到120天;单炉喷涂费用约43万元, 单炉平均每年节省钢材费用约300万元。大漠电厂采用喷涂技术后, 节能效果明显, 取得了良好的经济效益。

总之, 要保证涂层质量, 一定要有好喷涂材料, 严格的施工工艺, 优良的施工设备, 熟练的施工队伍和精细化的管理, 才能保证喷涂质量才能形成高耐磨的耐腐蚀的优质涂层。

摘要：煤炭是我国的主要能源, 近年来, 我国一次能源消费结构中煤炭所占比例一直保持在74%以上, 随着大量的煤炭开采, 低热值煤矸大量排放。一方面造成严重的环境污染, 另一方面煤矸石的有效热成分得不到充分利用, 造成能源浪费。利用煤矸石为燃料的循环流化床燃烧技术是近几十年来发展起来的一种高效、低污染清洁燃烧技术, 因其燃料适应性广、燃烧效率高、高效脱硫、氮氧化物排放低、燃烧强度高, 炉膛截面积小、燃料预处理及给煤系统简单、负荷调节范围大, 调节速度快、易于实现灰渣综合利用等特点, 在国内外得到了迅速发展和推广。

高速电弧喷涂 篇7

1 电弧喷涂的特点

(1) 效率高。与火焰喷涂相比, 电弧喷涂是将电能直接转化为热能来熔化金属, 热能利用率在60%～70%, 而火焰喷涂的热能利用率只有5%～15%,

(2) 涂层强度高。一般来说, 电弧喷涂比火焰喷涂粉末粒子含热量更大一些, 粒子飞行速度也较快, 因此, 熔融粒子喷射到基体上时, 形成局部微冶金结合的可能性要大得多;所以涂层与基体的结合强度较火焰喷涂高1.5～2.0倍。

(3) 喷涂层硬度较高。比原来的金属丝硬度提高30%～80%;由于孔隙占涂层体积的4%～20%, 可以贮存润滑油, 提高耐磨性能50%～70%。

(4) 可方便地制造合金涂层或“伪合金”涂层。通过使用2根不同成分的线材和使用不同进给速度, 即可得到不同的合金成分, 如铜-钢的合金具有较好的耐磨性和导热性, 是制造制动车盘的理想材料。

(5) 喷涂效率高、成本低。电弧喷涂与火焰喷涂相似, 同样具有成本低、一次性投资少, 使用方便等优点, 电弧喷涂成本比其他喷涂可降低30%以上。因为是2根同时送丝, 所以喷涂效率也较高, 电弧喷涂的高效率使得在喷涂Al、Zn及不锈钢等大面积防腐应用方面成为首选工艺。

(6) 在整个喷涂过程中, 喷前工件不需要加热。喷涂时工件温度仅70～90℃, 因而工件受热小, 这样不会引起工件变形和金相组织的改变。

近年来, 为了进一步提高电弧喷涂涂层的性能, 国外对设备和工艺进行了较大的改进, 公布了不少专利。如将甲烷等加入到压缩空气中作为雾化气体, 以降低涂层的含氧量。日本还将传统的圆形线材改成方形, 以改善喷涂速率, 提高了涂层的结合强度。

2 EA827型发动机曲轴尺寸参数

电弧喷涂修复EA827型发动机曲轴轴颈的一组直径数据见表1。

3 工件喷前准备

(1) 检查轴径。曲轴轴颈的检查是通过外径千分尺测量其圆度和圆柱度, 然后将曲轴用顶针顶在磨床或车床上, 进行弯曲和扭曲的检查, 以确定轴颈是否可以喷涂。

(2) 清洗。将曲轴所有附件拆掉, 用汽油或温度为80℃、浓度为10%的碱水煮洗1～2 h, 将附在曲轴外部的油污洗净, 并用砂布或刷子除去铁锈, 使轴颈及圆角处露出金属光泽, 并注意将油道及曲柄处的油污洗净。

(3) 检查裂纹。将洗净的曲轴放在磁力擦伤机上检查, 轴颈表面不允许有环形裂纹, 轴颈表面允许有长度不超过10 mm延伸至圆角处的轴向裂纹3处。

(4) 修磨。磨修曲轴的目的, 是消除轴颈表面的缺陷 (如划伤、烧伤及表面裂纹等) , 消除失圆、锥形以及不大的弯曲和扭曲, 从而恢复曲轴的原有精度。一般采用专门的曲轴磨床, 如M8230型或者MQ8260型等。为了使磨修后的主轴颈、飞轮以及正时齿轮之间有较高的同心度, 主轴颈应以飞轮接盘外缘及正时齿轮轴颈为安装调整的基准。安装的偏摆量不得大于0.03～0.05 mm;磨削连杆轴颈时, 应以磨修后的主轴颈表面为安装调整的基准。磨削规范:推荐用粒度为46～60, 硬度为Z1～ZR1, 以陶瓷为粘结剂的白刚玉砂轮, 直径为750～950 mm, 粗磨时曲轴转速为30～70 r/min, 砂轮圆周速度为25～30 m/min, 横向进给量0.005～0.010 mm, 纵向进给量为7～10 mm/s, 精车时曲轴转速为30～70 r/min, 砂轮圆周速度为30～40 m/min。

(5) 电火花拉毛。电火花拉毛是用一只变压器供给低压电 (6～9 V) , 零件和镍条各接拉毛机电极中的一极;拉毛时, 将镍条在零件表面滑动, 使镍条在接触放电过程中呈颗粒状熔接在零件表面上, 这样不但可在零件表面造成一定的粗糙度, 而且因镍的扩散性能好, 能够向基体金属表层中扩散, 因而涂层与基体金属的结合较好。镍条纯度应达95%以上 (最好是电解镍) , 在使用过程中, 镍条应保持清洁、干燥, 并且不得过热。

4 喷涂金属层

(1) 喷涂线材选择。为保证得到硬度较高的喷涂层, 且不产生裂纹, 应选用T8A或T9A钢丝, 直径为1.6～1.8mm, 钢丝应除去油和铁锈, 并擦拭干净。

(2) 喷涂工艺规范。电弧喷涂工艺规范如表2所示。

(3) 喷涂时的注意事项。曲轴在喷涂机床上的安装摆差应不大于2 mm, 喷涂前要开动通风设备, 使室内通风良好, 将喷枪移开工件一个角度进行试喷, 以火焰集中、声音均匀正常、电流电压稳定和不产生连续断弧为正常。喷涂过程中断弧时, 应立即将喷枪移开, 避免冷空气使金属层急冷导致剧烈收缩而破裂。起喷时应先送气, 然后送丝, 否则易烧坏喷嘴。每道轴颈应连续喷完, 不得间断很长时间, 否则有分层现象;但喷涂层在5mm以上时, 为防止喷涂层过热, 冷却时应力较大而破裂, 可以分层喷涂, 并控制工件温度为70～90℃。

5 喷涂后的浸油处理

将喷涂后曲轴上的残余喷皮清理干净, 放在盛有清洁机油的油槽中进行浸油处理, 以100～110℃的油温煮浸2～4 h, 然后停止加热, 让曲轴在油槽中自然冷却, 保持10 h, 然后将曲轴取出, 用干布将曲轴各部擦干, 进行车削或磨削加工。

6 喷后加工

(1) 粗车。由于喷涂层加工余量较大, 应先粗车。由于喷涂层硬度较高, 且夹有氧化物, 加工较困难 (与加工铸件类似) , 故应选择适当的切削规范, 刀具材料宜用YG8、YG6或YG7。车削规范:切削速度10～12 m/s, 切削深度0.5～0.8 mm, 走刀量0.3～0.5 mm/r。

(2) 磨削油道并倒角。将修正好的砂条夹持在手电钻上, 对准油孔中心磨削油孔边缘, 使油孔边缘倒出1×45°的倒角, 修正好的油孔应光滑, 不能有毛刺。

(3) 磨削。电弧喷涂层组织比较疏松, 硬而脆, 其磨削工艺规范应与磨削铸铁相似, 磨削时可以采用中等硬度粗粒的氧化硅砂轮 (如TL46ZR2型) 。磨削规范:砂轮线速度30～35 m/s, 工件线速度8～10 m/s, 砂轮走刀速度0.2～0.3 mm/r, 磨削深度0.05～0.10 mm, 冷却剂为皂化液。

(4) 检查。所有的轴颈及圆角不得有裂纹、烧伤、波纹、沟痕、氧化皮和毛刺等缺陷, 表面粗糙度Ra的极限值为0.4μm。主轴颈及连杆轴颈的尺寸公差应与名义尺寸公差相同。轴颈的圆度及圆柱度偏差≤0.02 mm, 轴的直线度偏差≤0.05 mm, 回转半径的偏差≤0.01 mm。

摘要：本文介绍了用电弧喷涂修复汽车曲轴的方法及工艺规范。

关键词：曲轴,修复,电弧喷涂,车削,磨削

参考文献

[1]李庆军, 王甲聚.汽车发动机构造与维修[M]:北京:.机械工业出版社.