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时间:2020-11-25 16:16  编辑:wendj

电弧喷涂技术应用现状及发展

李天虎 杨 军 金 珠

(陕西科技大学造纸工程学院 , 咸阳 ,712081)

摘    要

   阐述了电弧喷涂技术的原理及特点 。 介绍了电弧喷涂技术在长效防腐蚀

防护 、 制模技术 、 。 。 关键词 :电弧喷涂 应用 研究进展

1前言

熔并达到过热状态 , 强烈的压缩空气流使融熔的金 属喷射 、 雾化 , 并以微粒方式以 200— 300m/s 高速 冲击到经过预先制备的工件表面上 , 在基体表面形 成涂层的方法 〔 1〕 。

电弧喷涂技术与其它热喷涂方法相比 , 具有如 下特点 :

结合强度高 。应用电弧喷涂技术 , 可以在不提 高工件温度 、 不使用贵重底层材料的情况下获得高 的结合强度 , 结合强度大于 20M Pa 。一般电弧喷涂 层的结合强度是火焰喷涂层的 215倍 ;

生产效率高 。在单位时间内喷涂金属的质量 大 。 电弧喷涂的生产效率正比于电弧电流 , 相当于 火焰喷涂的 4— 5倍 ;

成本低 。 电弧喷涂是热喷涂方法中能源利用率 最充分 的方法 。火焰 丝材喷 涂的 热能利 用率 为 13%, 等离子喷涂为 12%, 而电弧喷涂热能利用率 高达 57%。 同时电能的价格又远低于氧气和乙炔 , 其费用通常仅为火焰喷涂的 1/10;

安全性好 。电弧喷涂技术仅使用电和压缩空 气 , 不用氧气 、 乙炔等易燃气体 ;

喷涂质量稳定 。 电弧喷涂所有粒子均由丝材经 电弧熔化雾化而成 , 粒子得到充分的燃烧 。

2电弧喷涂技术的应用

电弧喷涂是 20世纪 80年代兴起的热喷涂技

20年间获得迅速发展 , 在国际上已逐步 部分取代火焰喷涂和等离子喷涂 。据有关资料统 计 , 到 20世纪末 , 在所有热喷涂技术中 , 电弧喷涂的 技术应用比例占 15%, 其市场比例占第 3位 [2]。电 弧喷涂正日益成为热门的热喷涂技术之一 。

211长效防腐涂层的应用

锌 、 铝及锌铝合金是长效防腐蚀的主要涂层材 料 。 锌与铝具有比铁更低的电极电位 , 对钢铁基体 起有阳极保护作用 。广泛用于钢铁结构件耐大气 、 淡水 、 海水和土壤环境的长效防腐蚀涂层 。

桥梁钢结构长期暴露在户外环境中 , 风吹雨淋 , 加之河水 、 海水的蒸发冷凝 , 对钢结构形成比一般大 气更潮湿 、 更恶劣的腐蚀环境 。在沿海地区的跨海 桥梁或栈桥 , 遭受含盐潮湿海风的腐蚀 , 以及旅客列 车通过桥梁带来的污水腐蚀与污染 , 使枕木下的钢 制纵梁腐蚀更为严重 。刘宪军等 [3]采用电弧喷涂 Al 涂层加封孔剂的复合涂层的方法 , 使桥梁钢结构 耐腐蚀寿命可达 30年以上 。同时徐滨士院士大力 推荐高速电弧喷涂 , 拟对三峡二期工程采用的钢结 构防腐蚀 。

近几年应用电弧喷涂技术治理船结构钢的腐蚀 已引起了有关方面的重视 , 取得了良好的成绩 。徐 滨士院士将电弧喷涂用于海军舰船钢结构的防腐蚀 治理 , 明显地延长了舰船寿命 , 大幅度地节约了维修 费用 , 有效地提高了舰船的航率和战斗力 。目前已 有多艘主战舰艇应用了该技术 。海军 4804工厂南 海表面工程推广站对舰艇进行了电弧喷涂铝和喷塑 防腐蚀试验 , 该项目已通过了海军装修部组织的专

21四川化工             第 8卷   2005年第 2期

家验收 。 全军装备维修表面工程研究中心研制成功 了一种舰船钢板高速电弧喷涂铝基氧化铝金属陶瓷 复合材料防滑涂层 。 目前该涂层已在海军某猎潜艇 上进行了应用 , 经试用防滑效果良好 , 得到了海军业 务部门和使用单位的一致好评 [4、 5]。

煤矿井筒大型钢结构件是提升重物关键的承力 部件 , 处于严重的腐蚀环境中 。矿井的设计寿命为 50— 100年 。据专家估计 , 我国煤炭系统每年因腐 蚀造成的损失超过 10亿元人民币 。常规的普遍方 法为除锈 、 刷漆 , 防护年限仅为 3— 5年 。采用电弧 喷涂后 , 寿命在 30年以上 。 唐君源等 [6]对我国自行 设计和制造的特大型箱形钢结构框架体系济宁三号 井副井井架外壁采用电弧喷涂锌涂层 , 内壁采用 F53231红丹酚醛防锈漆 2遍的方法 ,

使用寿命 。 、

山煤矿 、

涂 , [

, 广泛用于工 业及民用输水管道 , 外壁喷锌对于管壁已经减薄的 球铁管道尤为重要 [1]。 国外铸铁生产厂在铸铁球化 退火后 (保持管温在 400℃ 以上 ) 直接喷锌 , 国内已 建成若干条铸管喷锌生产线 , 采用大功率电弧喷涂 机喷锌 , 单机生产可达 60kg/h , 涂层厚度控制在 60— 80μm 间 。 球墨铸铁管采用喷锌与沥青涂层体 系后按有关国际标准使用寿命在 100年以上 。

212机械零件修复与预保护

我国冶金 、 石化 、 煤炭行业千吨以上压力机保有 量近万台 , 压力机的大型柱塞长期运行后表面出现 划沟 , 影响密封效果 , 经多次磨削后因尺寸超限而报 废 。 采用电弧喷涂高铬涂层不仅恢复使用功能 , 还 能提高耐磨蚀性 。 薛春滨等 [8]采用电弧喷涂技术修 复 3500t 水压机副缸柱塞 , 底层采用喷涂材料为铝 青铜 、 Φ30mm 丝材 , 喷涂底层厚度 013— 015mm 。 喷涂工作层采用 3Cr13、 Φ30mm 丝材 。喷涂后的尺 寸大于工件标准尺寸 2mm , 经过喷涂后工件呈银色 为最佳 。 修复后柱塞表面光滑 、 结构致密 , 涂层与基 体之间形成良好的结合 , 表面硬度为 HRC40。经过 三年多的连续生产使用 , 涂层无脱落 , 无裂纹 , 结合 牢固 , 耐磨性 、 耐蚀性等性能均满足设备要求和生产 需要 。

造纸烘缸是造纸机械中的重要部件 , 烘缸内通 120℃ 蒸汽 , 外表面接触纸浆中腐蚀介质 。 不少地区 水质差 , 腐蚀更为严重 。烘缸表面因与刮刀接触还 有磨损问题 。 雷宏 [9]采用自结合材料高温烘烤去除 烘缸基体内的油污 。车削加工螺纹粗化 , 表面喷砂 粗化处理 , 并吹去缸体表面的浮尘 。电弧喷涂直径 2mm 的 F 275(Ni 2Al ) 合金丝作底层 , 喷涂直径 2mm 的 3Cr13不锈钢丝作工作层 。预留出磨削加工量 , 环氧树脂封孔处理 , 磨削加工至标定尺寸 , 延长了烘 缸使用寿命 , 也提高了生产质量 。

电弧喷涂修复轴类零件应用普遍 。 曲轴是发动 机的重要部件 , 它的变形 、 断裂

,

[]采用电弧喷涂材料 , 内部填

基体的结合强度高 , 耐磨性好 , 在一切正常的情况 下 , 现场记录每 200km 磨削 0102mm 。 秦颢 [11]等对 于直径 >50mm 的轴径的汽车车轴采用镍铝合金丝 电弧喷涂打底 , 然后再喷涂工作层材料 , 成功修复了 各种曲轴数百根 。郭立新 [12]等对江西新余电厂的 200MW 的 1号炉排粉机叶轮采用超音速电弧喷涂 4Cr13涂层进行修复 , 运行六个月 , 状况良好 。上海 某喷涂公司每年承接数百根各种印刷棍 、 印铁辊 、 印 染辊的热喷涂修复工程 , 采用表面喷砂粗化 、 镍铝合 金丝电弧喷涂打底 , 最后喷涂工作层 。 使用 1年多 , 效果极佳 , 而且可减少工时 , 降低成本 , 提高效率 。 广西某喷涂公司每年承接榨蔗糖的轧辊 100— 200根 。 每根轧辊大约长 3— 5m , 需要单边喷涂几毫米 至十几毫米才能满足要求 。 采用电弧喷涂镍铝合金 丝打底 , 先喷涂 011mm 左右 , 然后电弧喷涂工作 层 , 有效解决了磨损问题 。东北某大型企业需修复 美国进口轴 , 采用电弧喷涂 Φ3mm 镍铝合金丝打底 011mm , 然后电弧喷涂管状丝材做工作层 。

213工业锅炉受热管件耐高温防腐蚀涂层的应用

动力 、 造纸 、 化工等锅炉受热管件的高温腐蚀问 题严重 , 受热管件中的水冷壁管 、 过热气管 、 再热气 管 、 省煤气管常因过早失效而严重影响锅炉安全运 行 , 造成很大经济损失 。电弧喷涂已成为锅炉受热 管件防止高温腐蚀的最重要手段 。 与其它热喷涂方 法相比 , 选用专用丝材形成非消耗性涂层 , 喷涂效率 高 , 缩短锅炉停工检修时间 , 施工费用低 , 现场适应 性强 , 在环境恶劣的锅炉现场作业保持稳定的喷涂 31

第 2期              电弧喷涂技术应用现状及发展

质量 。 20世 纪 80年 代 , 美 国 TA FA 、 M ETAL 2 SPRA Y 等跨国性热喷涂公司成功地推出了用于锅 炉管道防腐蚀和抗磨损系列涂层 。 用于锅炉管道防 腐蚀的典型涂层为电弧喷涂 45C T 涂层 , 这种涂层 的热膨胀系数与碳钢管材料非常接近 , 大大降低了 应用过程中机械剥落的可能性 , 且涂层脆性低 , 结合 强度高 。 该涂层从试验到工程应用都表现出了优异 的抗腐蚀性 [13]。马世宁等 [14]研制的高速电弧喷涂 SL30涂层 +高温封孔剂的防护体系 , 通过在天津大 港电厂和邯郸电厂等锅炉水冷壁的实际应用 , 防腐 蚀效果明显 。 西柏坡电厂对锅炉水冷壁表面采用了 电弧喷涂耐磨防腐蚀合金的方法 , 由美国 M ETAL SPRA Y 公司现场施工 。经 1年的实际运行表明 涂层附着牢固 , 有效地保护了水冷壁 ,

生高温腐蚀 。 #

期间 , 采用

[15、 16]。 214电弧喷涂快速制模技术

现代工业中塑料制品应用领域日益扩大 , 塑料 制品换型十分频繁 , 要求缩短制造周期 , 许多企业需 要快速 、 经济的模具制造技术 。电弧喷涂具有生产 周期短 、 制模成本低 , 原形尺寸不受限制 , 尤其适用 于难以机械加工 , 图形复杂 。带有装饰花纹的型腔 模具 , 可用于反应注塑成型工艺中的聚氨酯零件如 汽车的驾驶盘 、 仪表盘 、 坐垫 、 靠垫 、 阻流板 , 民用建 筑的隔热材料 、 轻工业中的鞋底等 [1]。

3电弧喷涂技术的新进展

为了进一步拓展电弧喷涂技术的应用范围 , 人 们正在发展和开发各种新型电弧喷涂方法 。

311  高速电弧喷涂技术

将喷涂气流速度提高到超音速从而提高喷射颗 粒的速度到音速或超音速 。 该技术可以提高涂层与 基体的结合强度 、 涂层的致密度 , 降低涂层的氧化物 含量等 。

312  真空电弧喷涂技术 [17]

真空电弧喷涂技术 [17]将喷涂工作气氛抽成真 空 。 该技术可以大幅度地降低氧化物的含量 , 降低 孔隙率 , 提高涂层结合强度 。 313  保护气体电弧喷涂技术 [17]

用保护性气氛对涂层的制备过程进行保护 。 该 技术可以降低熔滴材料的热损率 、 涂层的孔隙率和 氧化物的含量等 。

高速电弧喷涂技术是电弧喷涂的重要发展方 向 。 鉴于普通电弧喷涂的粒子喷射速度受限制和氧 化程度严重 , 电弧喷涂的涂层质量和应用程度受到 一定影响 。 为此 , 迫切需要研制新型高速电弧喷涂 技术及其设备 。

。

在空气压力方面 , 空气压力直接影响电弧喷涂 过程中的熔滴雾化效果和熔滴粒子喷射速度 , 还影 响丝材端部电弧燃烧的稳定性 。在空气质量方面 , 空气质量关系到喷涂粒子的氧化程度及冶金质量 。 最新研究结果表明 , 采用高压空气流或燃料燃烧产 生的高速射流作雾化气流 , 可加速熔滴的脱离 , 使粒 子加速度显著增加 , 并提高电弧的稳定性 , 保证金属 熔滴的有效雾化 。 同时由于射速的增加缩短了粒子 和空气的接触时间 , 限制了不利化学变化的发生 , 减 少了粒子氧化和气化 , 使涂层质量和机械性能明显 提高 。

因此 , 提高压缩空气的压力和改善压缩空气的 质量 , 是提高电弧喷涂涂层的主要途径 。

高速射流电弧喷涂技术 [18、 19]就是依据以上思 想 , 通过提高喷涂压缩空气压力和改善压缩空气质 量 , 使电弧喷涂的效率和涂层质量得到进一步提高 , 从而使电弧喷涂技术升高到一个新的高度 , 得到更 优异的涂层 , 具有巨大的应用价值和广阔的发展前 景 。

参考文献

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[2]徐滨士 ; 朱绍华 , 表面工程的理论与技术 , 国防工业出版社 ,1999, 266

[3]刘宪军 ; 李东文 ; 董玲萱 ; 杨兴宽 ; 陈字刚 , 铁路钢桥电弧喷 Al 长 效防腐蚀技术研究 , 铁道学报 ,1999, (4) :4

[4]蔡 挺 , 热喷涂技术的现状和应用 , 广东有色金属学报 ,1999, (1) :59— 62

[5]杨春海 , 舰船钢板高速电弧喷涂防滑丝材研制成功 , 中国表面工 程 ,2000, (1) :31(下转第 20页 )

41四川化工             第 8卷   2005年第 2期

体 , 因此一般生产厂家无须采用该工艺 , 但水合肼厂 家为增加产品品种 , 可用此法生产三氮唑 , 能源消耗 低是该工艺的优势 。

7  结语

三氮唑有如此多的合成方法 , 各种方法采用不 同的原料和工艺 , 各有优缺点 。甲酰胺法和甲酸法 是目前常用的生产方法 , 生产工艺成熟稳定 , 成本较 低 。 甲酰胺 、 甲酸综合法具有一定的成本优势 , 生产 工艺也较简单 , 是目前发展的方向 。双酰肼法值得 进一步研究 。 盐酸肼法和甲乙酮连氮法是一些具有 相应副产物的厂家非常值得采用的方法 。

参考文献

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[6]US.6002015

  

治理行动的通知 , 各级农业行政部门在 开展农资打假专项治理行动中 , 要突出重点 , 抓住关 键 , 整体推进 。 一要抓住重点品种 , 在切实抓好七大 类农资市场整顿的同时 , 集中力量重点整顿种子 、 农 药 、 肥料 、 饲料 、 兽药市场秩序 , 力争年底有根本好 转 。 二要抓住重点季节 , 当前重点做好春耕备耕期 间的农资打假工作 , 确保春耕生产安全 。并结合当 地实际 , 抓好关键农时季节的农资监管 , 保证农民放 心购买和使用农资产品 。三要抓住重点市场 , 重点 加大对农资批发市场 、 专业市场 , 以及乡 、 村农资集 散地和经营单位的检查 , 彻底封堵假冒伪劣农资的 流通渠道 。 四要抓住重点地区 , 对一些群众投诉强 烈 、 市场秩序混乱的地区集中督办 , 组织力量重点整 治 , 狠抓大案要案的查处 。

(吴 蓉 )

(上接第 14页 )

[6]唐君源 , 大型钢井架的制造与防腐 , 建井技术 ,1997, (2) :42— 45 [7]徐滨士 ; 马世宁 , 发展优质高效的表面新技术 -电弧喷涂技术 , 材 料保护 ,1993, (26) :12

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02四川化工             第 8卷   2005年第 2期

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