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防磨防腐新材料超音速电弧喷涂技术

来源:乌海建材网 时间:2021年11月16日

防磨防腐新材料超音速电弧喷涂技术

一、超音速电弧喷涂的原理

电弧喷涂原理是利用两根连续送进的金属丝作为自耗电极,在其端部产生电弧作为热源,用压缩空气将熔化了的丝材雾化,并以超音速喷向工作件形成一种结合强度高、孔隙率低、表面粗糙度低的涂层的热喷涂方法。其工作原理与普通电弧喷涂一样,超音速电弧喷涂是一个不断连续进行的熔化-雾化-沉积的过程。但在雾化方式上,超音速电弧喷涂与普通电弧喷涂有根本的区别,即超音速电弧喷涂是采用超音速雾化。其优点是:雾化效果好,雾化后的粒子细小均匀,速度高,有利于获得高质量的涂层。

超音速电弧喷涂采用拉伐尔喷嘴,将气流的速度从亚音速提高到超音速,加强了气流对粒子的加速效果,从而提高了粒子速度。粒子速度对涂层的性能有很大的影响。粒子速度高,粒子沉积时对基体的撞击作用就强,粒子变形就充分。有利于粒子与基体、粒子与粒子之间的结合,从而提高涂层的结合强度和内聚强度;粒子速度高,粒子沉积前在空气中的飞行时间短,飞行中产生的氧化物就少,有利于粒子的结合,从而提高涂层的内聚强度,降低涂层的孔隙率。粒子速度越高,越有利于获得高质量的涂层。随着热喷涂设备的更新换代,粒子速度在不断提高,涂层的质量也不断得到改善。

超音速雾化减小了粒子的粒度,降低了涂层的粗糙度。粗糙度是涂层的一项重要性能指标,它取决于雾化后粒子的粒度。超音速雾化加强了气流对丝材端部熔化金属间的作用,雾化的粒子细小均匀,大大降低了涂层的粗糙度。同时,粒子粒度的减小,也降低了粒子扁平化过程中的飞溅,有利于降低涂层的孔隙率。

超音速雾化是超音速电弧喷涂的出发点,是其与普通电弧喷涂的根本区别。

超音速电弧喷涂设备包括电源、喷枪、送丝机构及其附件,关键设备是超音速电弧喷枪。我公司采用进口喷嘴,并且喷涂电流稳定,能在保证丝材雾化效果、涂层质量的前提下,一天的喷涂面积达到22m2。

电弧喷涂时,弧区的温度高达5222-6222℃,用气冷的方式对喷嘴进行冷却。

二、超音速电弧喷涂的技术优点

超音速电弧喷涂与普通火焰喷涂相比,有以下技术优点:

2、热效率高。火焰喷涂产生的大部分热量散失到大气和冷却系统中了,热能的利用率仅为8-25%。而电弧喷涂是直接用电能转化为热能来熔化丝材,热能利用率高达72-82%。

2、生产效率高。电弧喷涂的生产效率高,表现在单位时间内喷涂的金属丝材多。一般情况下,其生产效率是火焰喷涂的8倍以上。

3、操作简单,安全可靠。电弧喷涂设备没有复杂的操纵机构,只要把工作电流、电压根据喷涂材料的不同选在规定范围内,均可保证喷涂质量。现场仅使用电能和压缩空气,不用氧气和乙炔等易燃气体,安全可靠。

4、涂层结合强度高。电弧喷涂可在不提高工作温度,不使用贵重金属的条件下获得较高的结合强度,一般可达22MPa,是火焰喷涂涂层强度的2.5倍。而超音速电弧喷涂涂层的结合强度可达62MPa,与等离子的质量接近。

5、涂层孔隙率低。涂层表面的孔隙率普遍低于2%,提高了涂层的耐磨耐蚀性能。

由于超音速电弧喷涂具有独特的优点,因此在材料防腐、耐磨,修旧利废以及电力生产领域得到广泛的应用,产生了很大的经济效益和社会效益。

超音速电弧喷涂的研制和应有成功,说明该技术具有高度的先进性和科学性。具体表现如下:

2、应用空气动力学原理和计算机设计以及拉伐尔喷嘴等手段,成功研制出超音速电弧喷枪,大幅度提高粒子速度,测得的粒子速度超过了当前国内外电弧喷涂粒子速度,其中铝离子最大速度为385.7m/s。

2、设计的超音速电弧喷涂电源,起弧可靠,还有拉伐尔喷嘴对气流的加速作用,拉长了电弧并能保持电弧稳定,有效提高了丝材粒子的雾化效果和涂层的致密度、结合强度。

3、喷枪采用气冷式,解决了金属粒子与喷嘴内壁的粘接难题,提高了气流的质量,致使粒子的速度和涂层质量都得到提高。

4、该技术具有较高的实用价值和推广价值。超音速电弧喷涂技术在当前电弧喷涂领域处于国际领先水平。

三、超音速电弧喷涂在热电厂中的应用

在我国, “锅炉四管”的磨损腐蚀一直是困扰CFB锅炉电站的瓶颈问题。由此引起的锅炉爆管、泄漏,腐蚀,停炉检修等造成的经济损失和社会影响是十分巨大的。

锅炉四管因长期处在硫化腐蚀、高温氧化和粒子冲刷的环境中,工作环境十分恶劣。为解决磨损腐蚀失效问题,在国外,采用电弧喷涂技术,例如美国、德国、前苏联、日本等国,在锅炉四管上,喷涂不同的合金材料,对减缓锅炉管子的磨损腐蚀,延长使用周期,是很有效果的。在国内超音速电弧喷涂技术也得到广泛应用,如我公司先后为国内几十家电厂对锅炉四管、外置式换热器、炉膛埋管受热面、冷渣器中的热交换器、水冷式旋风分离器膜式壁、炉膛水冷壁卫燃带及其炉顶出口四周易磨损部位进行了喷涂,都取得了明显效果。

四)、喷涂工艺、涂层材料特性

2、喷涂工艺

喷涂工艺主要包括两部分:表面预处理和喷涂。先采用石英砂进行预处理,以除去管件表面的氧化物,使待喷涂的表面变得光洁,提高涂层的结合强度。涂层厚度厚度一般为2.3-2.5mm,喷涂距离为252-222mm,喷涂角度92°。

2、涂层材料及其特性

涂层材料种类

a、镍铝合金 规格 Ф3.2mmФ2.2mm

b、镍铬钼锰防磨合金 规格 Ф3.2mmФ2.2mm

c、高铬镍钒锰基防磨合金规格 Ф3.2mmФ2.2mmФ2.6mm

材料特性

▲在所有金属喷涂材料中具有最低摩擦系数 2.28—2.22

▲涂层具有超级结合强度>52Mpa

▲高耐磨性能使用寿命2—3年

▲耐高温在952℃的高温下仍具有高强度的耐磨防腐性

▲高硬度HV∽382

▲热传导性能极佳

▲热膨胀系数极小6.8×22-5/℃

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