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熱噴涂陶瓷技術應用的發展背景

 北京耐默公司作為專業制作噴涂陶瓷涂層廠家,在此介紹 噴涂陶瓷涂層、熱噴涂陶瓷、氧化鋁涂層、氧化鋁陶瓷涂層、氧化鉻涂層、氧化鉻陶瓷涂層、氧化鋯涂層、氧化鋯陶瓷涂層、噴涂陶瓷、陶瓷噴涂、陶瓷涂層、納米陶瓷涂層、 耐磨陶瓷涂層、陶瓷防磨涂層、高溫陶瓷涂層相關知識,希望對大家會有幫助。



      1913年Schoop提出了電弧噴涂槍的設計,并于1916年研制成實用型電弧噴涂槍,制備鋼結構(Structure)長效防腐(anticorrosion)涂層,將熱噴涂陶瓷技術真正用于制作實踐。線材火焰噴涂和電弧噴涂作為主要的熱噴涂陶瓷方法,在20世紀30年代得到了發展。美國Metco金屬噴涂公司成立后,相繼研究出用空氣渦輪送絲的E型系列噴槍和用電動機送絲的K型系列噴涂槍。用于鋼鐵結構件的噴鋅(zinc)、噴鋁長效防護涂層。英國成功研制出Schoet粉末火焰噴槍,爾后Metco研制出MetcoP型粉末火焰噴涂槍。從此,世界各國各噴涂專業公司也相應研究開發了一系列粉末火焰噴涂槍,對熱噴涂陶瓷技術進行了大量的研究和應用推廣,使得熱噴涂陶瓷技術有了長足的發展,并取得很大的成績。從20世紀20~30年代開始,熱噴涂陶瓷技術就大量地用于船舶、鋼結構、水閘門等鋼鐵產品的長效防護。美、英、德、法、日等工業發達國家都制定了熱噴涂陶瓷相應的技術標準,許多數據(data)都報導了在不同使用(use)環境條件下,不同涂層材料(Material)體系和涂層厚度的防護涂層體系與防護涂層壽命指標的選擇建議。美、英、德等國家從20世紀50年代開始,用了10~20年的時間大力推廣該項技術。
      第二階段熱噴涂陶瓷技術(Technology)隨著噴涂技術的發展,新的涂層材料(Material)不斷地出現。20世紀50年代初,研制出自熔性合金粉末材料,隨后出現了粉末火焰噴焊技術。自熔性合金粉末材料的研究成功,對熱噴涂陶瓷技術在工業領域內的應用起到了有力的推動作用(role)。將熱噴涂陶瓷技術由原來的表面防護與修復,發展到機械(machinery)零部件的表面強化,不僅用于廢舊零件的修復,同時也用于新品零件的預保護強化涂層的制備,開創了熱噴涂陶瓷技術應用的新領域。
      20世紀50年代末期,美國聯合碳化物公司研制成功燃氣重復爆炸噴涂技術,用于制備高質量碳化物涂層和氧化物陶瓷涂層,并應用到航空工業中。
      燃氣爆炸噴涂粒子速度高,可制備出碳化物金屬陶瓷涂層,但溫度較低,對制備氧化陶瓷涂層依然存在不如人意的地方。氧化鋁噴涂氧化鋁化學式Al2O3。是一種高硬度的化合物,熔點為2054℃,沸點為2980℃,在高溫下可電離的離子晶體,常用于制造耐火材料。隨著航空事業的發展,對航空發動機的性能要求越來越高,發動機零件不僅要有高溫(high temperature)強度(strength),并且必須具備高溫隔熱的性能,以達到提高有效利用發動機熱效率的目的。陶瓷噴涂是提高航空發動機熱效率的關鍵技術之一?;驹硎翘沾删哂懈叩娜埸c和低的熱導率,同時陶瓷涂層含有一定的孔隙率,能夠將發動機和燃氣輪機的高溫部件與高溫燃氣隔離開來,因而陶瓷涂層成為很好的高溫隔熱涂層材料(Material)。為解決陶瓷涂層的應用,美國Plasmadyne公司和Metco公司相繼成功研究出等離子噴涂設備、工藝成套技術,從此開拓了等離子噴涂應用技術。等離子噴涂技術的應用有效地改變了熱噴涂陶瓷技術領域的面貌,解決了難熔金屬材料和陶瓷材料的噴涂技術問題,提高了涂層的結合強度和降低涂層空隙率,大幅度地提高了涂層質量,促進熱噴涂陶瓷復合(recombination)材料的迅速發展,在制備特殊涂層功能方面開辟了新的應用領域,大地加速了熱噴涂陶瓷涂層材料的開發和擴展了涂層技術的應用范圍(fàn wéi)。到20世紀60年代,等離子噴涂技術已在工業中得到十分廣泛的應用,成功地應用于飛機發動機零部件熱障涂層的制備,并取得十分顯著的成效。60年代中期,美國聯合碳化物公司又研究成功等離子噴焊技術,補充和擴展了熱噴涂陶瓷技術的內涵。至此,熱噴涂陶瓷技術已包含了氧乙炔火焰噴涂、噴焊;電弧噴涂;燃氣爆炸噴涂;等離子噴涂、噴焊等工藝技術方法,從設備、工藝、涂層材料到應用形成了較為完整的熱噴涂陶瓷技術體系。
隨著工業技術的發展,人們對高速、高效(ɡāo xiào)、高質的不斷追求,對零部件的表面性能要求越來越高,這些都促進了熱噴涂陶瓷技術的發展。20世紀70~90年代熱噴涂陶瓷技術向著高能、高速、高效發展。美國metco公司20世紀70年代末開始,逐步研究成功的80kVA高能等離子噴涂成套設備、可控氣氛(低壓或真空)等離子噴涂設備、JP2600系列燃氣高速火焰噴涂設備;聯合碳(C)化物公司成功推出Dgun噴涂工藝方法;Stellite公司成功推出JetKote系列高速火焰噴涂設備、系列等離子噴焊設備;捷克國家材料保護研究所研制出200kVA水穩等離子噴涂成套技術;美國TAFA公司研究推出88
  30、9000系列電弧噴涂設備和Plazjet250kVA高能高速等離子噴涂設備,JP5000、JP8000燃油高速火焰噴涂設備;加拿大NorthwestMettech公司和美國Metco公司研究成功AxialⅢ三電弧軸向送粉等離子噴涂系統,大地提高噴涂效率和涂層材料的沉積效率;美國UniqueCoat公司推出的IntelliJetSB250、SB500系列高速活性燃氣噴涂(HVAF)設備,噴涂粒子速度可高到達900m/s;俄羅斯成功推出活性高速電弧噴涂技術;俄羅斯發明冷氣動力噴涂技術以來,德國林德公司已推出冷氣動力噴涂成套設備技術。
隨著等離子噴涂及技術的應用,等離子電弧的惰性和高溫射流特性提供了更加廣泛的涂層材料和涂層應用機會,大地豐富了熱噴涂陶瓷涂層材料(特別是高熔點陶瓷材料)的發展和涂層質量的提高??煽貧夥盏入x子噴涂技術可控制噴涂工藝過程中的環境(environment)因素(factor),可得到真空、低壓或惰性氣體等環境條件,制備的涂層密度超過98%,涂層含氧量低于400×10-6。迄今為止,航空發動機和燃氣輪機的熱端部件采用熱噴涂陶瓷技術的零件已達到6000多個,其關鍵零部件的使用壽命提高3~4倍。如JT8發動機采用熱噴涂陶瓷技術后,其大修期由原來4000h提高到16000h。等離子噴涂電弧溫度高,噴涂碳化物(WC/Co)等材料時,不可避免地使碳化物分解產生脫碳,涂層硬度指標下降,而高速燃氣噴涂技術正好彌補了這一缺陷。高速燃氣噴涂技術,如JP5000焰流速度高達2000m/s,粒子速度高達700m/s,涂層結合強度≥70MPa,WC/Co涂層硬度高達1200HV,具有十分優異的性能,在許多應用領域已取代或部分取代等離子噴涂涂層。


      第三階段熱噴涂陶瓷工業體系從Schoop發明的第1個熔液噴涂裝置,到現在的計算機控制的等離子噴涂設備、高速燃氣噴涂設備、冷氣動力噴涂設備、機器手操作的噴涂設備,噴涂設備已具備成套性、系列化、標準化。碳化鎢噴涂碳化鎢,是一種由鎢和碳組成的化合物。分子式為WC,分子量為195.85。為黑色六方晶體,有金屬光澤,硬度與金剛石相近,為電、熱的良好導體。熱噴涂陶瓷工作原理:由小孔進入燃燒室的液體燃燒,如煤油,經霧化與氧氣混合后點燃,發生強烈的氣相反應,燃燒放出的熱能使產物劇烈膨脹,此膨脹氣體流經Laval噴嘴時受噴嘴的約束形成超音速高溫焰流。此焰流加熱加速噴涂材料至基體表面,形成高質量涂層。涂層材料由金屬絲材到陶瓷(原料:非金屬礦物)棒材,由金屬粉末到金屬陶瓷粉末、陶瓷粉末、塑料粉末,以及它們的復合材料粉末,已形成系列化和標準化。涂層應用(application)領域從簡單的長效防護、廢舊零件的修復,到再制造技術(Technology)、新品零件的預保護強化,已成為制造技術領域必不可少的重要工藝技術。涂層質量在線檢測、噴涂熱源溫度(temperature)場分布、噴涂粒子速度測量、在線診斷技術的應用,大地提高了涂層制備的穩定性和可靠性。涂層技術的應用已滲透(Osmosis)到世界各國國民經濟建設的各個領域。僅美國Metco公司(Company)和TAFA公司,2001年產值分別達到32億和35億美元。