熱噴涂技術(shù)及其應(yīng)用

1、中海石油煉化有限責(zé)任公司中海石油煉化有限責(zé)任公司設(shè)備維修技術(shù)交流(二)-歐陽(yáng)健中海石油煉化有限責(zé)任公司中海石油煉化有限責(zé)任公司 一、前言一、前言 1. 1. 材料表面技術(shù)概況材料表面技術(shù)概況 2. 2. 材料表面技術(shù)分類(lèi)材料表面技術(shù)分類(lèi) 3. 3. 熱噴涂技術(shù)概況熱噴涂技術(shù)概況 4. 4. 熱噴涂涂層的性能熱噴涂涂層的性能 二、先進(jìn)熱噴涂技術(shù)二、先進(jìn)熱噴涂技術(shù)1. 1. 低壓等離子噴涂低壓等離子噴涂2. 2. 高速火焰噴涂高速火焰噴涂3. 3. 冷噴涂冷噴涂4. 4. 熱噴涂工藝熱噴涂工藝 三三. . 熱噴涂技術(shù)應(yīng)用熱噴涂技術(shù)應(yīng)用 1. 1. 防腐蝕涂層防腐蝕涂層 2. 2. 抗磨損涂層抗磨損

2、涂層 3. 3. 抗高溫氧化和耐熱腐蝕涂層抗高溫氧化和耐熱腐蝕涂層 4. 4. 熱障涂層熱障涂層 5. 5. 絕緣涂層絕緣涂層 6. 6. 尺寸恢復(fù)涂層尺寸恢復(fù)涂層 石化行業(yè)的其它應(yīng)用中海石油煉化有限責(zé)任公司中海石油煉化有限責(zé)任公司1. 1. 材料表面工程技術(shù)概況材料表面工程技術(shù)概況眾所周知眾所周知, , 金屬材料會(huì)與周?chē)橘|(zhì)發(fā)生化學(xué)、電化學(xué)反應(yīng)而遭受腐金屬材料會(huì)與周?chē)橘|(zhì)發(fā)生化學(xué)、電化學(xué)反應(yīng)而遭受腐蝕蝕. . 此外此外, ,金屬表面受各種機(jī)械作用會(huì)也引起磨損金屬表面受各種機(jī)械作用會(huì)也引起磨損. .針對(duì)受損部位，可以運(yùn)用材料表面工程技術(shù)中的表面鍍膜、涂層、表面異針對(duì)受損部位，可以運(yùn)用材料表面工

3、程技術(shù)中的表面鍍膜、涂層、表面異種材質(zhì)的擴(kuò)滲，表面改性或幾種的復(fù)合等方法，修補(bǔ)材料表面、改變材料種材質(zhì)的擴(kuò)滲，表面改性或幾種的復(fù)合等方法，修補(bǔ)材料表面、改變材料表面的形態(tài)、化學(xué)成分、組織結(jié)構(gòu)，獲得所需要的結(jié)構(gòu)和性能；表面的形態(tài)、化學(xué)成分、組織結(jié)構(gòu)，獲得所需要的結(jié)構(gòu)和性能；現(xiàn)代表面技術(shù)已制備出了許多新材料、新器件，應(yīng)用到如光、磁記錄，液現(xiàn)代表面技術(shù)已制備出了許多新材料、新器件，應(yīng)用到如光、磁記錄，液晶顯示，太陽(yáng)能材料，耐高溫、耐磨的航空晶顯示，太陽(yáng)能材料，耐高溫、耐磨的航空( (燃?xì)廨啓C(jī)燃?xì)廨啓C(jī)) )、火箭發(fā)動(dòng)機(jī)等高、火箭發(fā)動(dòng)機(jī)等高新技術(shù)領(lǐng)域，是目前節(jié)能及節(jié)約資源的有效技術(shù)之一；新技術(shù)領(lǐng)域，是目

4、前節(jié)能及節(jié)約資源的有效技術(shù)之一；工業(yè)部門(mén)越來(lái)越多地要求機(jī)械設(shè)備能在高參數(shù)工業(yè)部門(mén)越來(lái)越多地要求機(jī)械設(shè)備能在高參數(shù)( (高溫、高壓、高速度和高高溫、高壓、高速度和高度自動(dòng)化度自動(dòng)化) )和惡劣的工況條件和惡劣的工況條件( (如嚴(yán)重的磨損和腐蝕如嚴(yán)重的磨損和腐蝕) )下長(zhǎng)期穩(wěn)定的運(yùn)行下長(zhǎng)期穩(wěn)定的運(yùn)行. . 表面處理技術(shù)就具有重大的技術(shù)和經(jīng)濟(jì)意義。而表面處理技術(shù)也在這種需表面處理技術(shù)就具有重大的技術(shù)和經(jīng)濟(jì)意義。而表面處理技術(shù)也在這種需求的推動(dòng)下獲得了飛速的發(fā)展和提高求的推動(dòng)下獲得了飛速的發(fā)展和提高. . 中海石油煉化有限責(zé)任公司中海石油煉化有限責(zé)任公司材料材料表面表面技術(shù)技術(shù)涂鍍涂鍍技術(shù)技術(shù)表面表面

5、改性改性技術(shù)技術(shù)表面表面檢測(cè)檢測(cè)技術(shù)技術(shù)擴(kuò)滲擴(kuò)滲（氣體、（氣體、液體、固液體、固體）體）機(jī)械機(jī)械強(qiáng)化強(qiáng)化PVD(真空離子真空離子電鍍電鍍 )噴塑?chē)娝芷崃掀崃蠠釃娡繜釃娡繃姾竾姾鸽婂儭㈦婂?、?yáng)極氧陽(yáng)極氧化、化化、化學(xué)鍍學(xué)鍍CVD(化學(xué)蒸鍍化學(xué)蒸鍍 )三束改性三束改性(電子束、電子束、離子束、離子束、激光束激光束)中海石油煉化有限責(zé)任公司中海石油煉化有限責(zé)任公司中海石油煉化有限責(zé)任公司中海石油煉化有限責(zé)任公司q利用熱源將涂層材料加熱到熔融或者半熔融狀態(tài)，借助焰流及高速氣體將涂層材料粒子噴射到基體表面，獲得沉積成具有某種特殊功能涂層。中海石油煉化有限責(zé)任公司中海石油煉化有限責(zé)任公司q1)1)氣體燃燒

6、火焰噴涂氣體燃燒火焰噴涂：高速火焰噴涂、爆炸噴涂、粉末高速火焰噴涂、爆炸噴涂、粉末火焰噴涂、線、棒材火焰噴涂火焰噴涂、線、棒材火焰噴涂q2)2)電弧噴涂：電弧噴涂：常規(guī)電弧噴涂、高速電弧噴涂常規(guī)電弧噴涂、高速電弧噴涂q3)3)等離子噴涂等離子噴涂：大氣等離子噴涂、低壓等離子噴涂、水：大氣等離子噴涂、低壓等離子噴涂、水穩(wěn)等離子噴涂、微弧等離子噴涂、三陰極等離子噴涂穩(wěn)等離子噴涂、微弧等離子噴涂、三陰極等離子噴涂q4)4)電熱熱源噴涂：電熱熱源噴涂：線材電爆噴涂、冷噴涂線材電爆噴涂、冷噴涂中海石油煉化有限責(zé)任公司中海石油煉化有限責(zé)任公司等離子噴涂等離子噴涂高速火焰噴涂高速火焰噴涂粉末火焰粉末火焰電弧

7、噴涂電弧噴涂絲材火焰噴涂絲材火焰噴涂粉末粉末絲材絲材中海石油煉化有限責(zé)任公司中海石油煉化有限責(zé)任公司熱源種類(lèi)熱源種類(lèi) 溫度（溫度（） 丙烷丙烷- -氧氣氧氣 26402640天然氣天然氣- -氧氣氧氣 27352735氫氣氫氣- -氧氣氧氣 26902690乙炔乙炔- -氧氣氧氣 31003100電弧電弧 5000-60005000-6000等離子電弧等離子電弧 1000010000中海石油煉化有限責(zé)任公司中海石油煉化有限責(zé)任公司金屬及其合金金屬及其合金FeFe、AlAl、ZnZn、NiNi、CuCu、MoMo等各種金屬及其合金；等各種金屬及其合金；NiNi3 3AlAl、TiNiTiNi等金

8、屬間化合物；等金屬間化合物；TiTi、ZrZr和和HfHf（系元素）碳化物；（系元素）碳化物；CrCr、MoMo和和W W（系元素）硼化物；（系元素）硼化物；V V、NbNb和和TaTa（系元素）氮化物（系元素）氮化物金屬基復(fù)合材料金屬基復(fù)合材料 Ni/Co/FeNi/Co/Fe基合金基合金+ Al+ Al2 2O O3 3、ZrOZrO2 2 等等Ni/Co/FeNi/Co/Fe基合金基合金+ WC, TiC+ WC, TiC，CrCr3 3C C2 2等等Al/NiAl/Ni基材料基材料+ +磨料磨料陶瓷陶瓷AlAl2 2O O3 3、ZrOZrO2 2、TiOTiO2 2、 CrCr2

9、2O O3 3氧化物；氧化物；B B4 4C C、SiCSiC、SiSi3 3N N4 4、BNBN等等有機(jī)材料有機(jī)材料聚醚、聚丙烯類(lèi)共聚物聚醚、聚丙烯類(lèi)共聚物 、Al-Si+Al-Si+聚醚等聚醚等中海石油煉化有限責(zé)任公司中海石油煉化有限責(zé)任公司q1. 1. 化學(xué)成分化學(xué)成分q 由于涂層材料在熔化和噴射過(guò)程中，在高溫下會(huì)與周?chē)橘|(zhì)發(fā)生作用生成氧化物、氮化物，以及在高溫下會(huì)發(fā)生分解，因而涂層的成分與涂層材料的成分是有一定的差異的，并在一定程度上影響涂層的性能。如MCrAlY氧化后會(huì)影響其耐蝕性，而WCCo經(jīng)氧化和高溫分解后其耐磨性會(huì)降低。通過(guò)噴涂方法的選擇可以避免和減輕這一現(xiàn)象的發(fā)生。如采用低

10、壓等離子噴涂可大大減少涂層材料的氧化，而高速火焰噴涂則可以防止碳化物的高溫分解。q2. 2. 孔隙度孔隙度q 熱噴涂涂層中不可避免地存在著孔隙，孔隙度的大小與顆粒的溫度和速度以及噴涂距離和噴涂角度等噴涂參數(shù)有關(guān)。一般來(lái)說(shuō)，溫度及速度都低的火焰噴涂和電弧噴涂涂層的孔隙度都比較高，一般達(dá)到百分之幾，甚至可達(dá)百分之十幾。而高溫的等離子噴涂涂層及高速的超音速火焰噴涂涂層則孔隙度較低。最低可達(dá)0.5以下。q3. 3. 硬度硬度q 由于熱噴涂涂層在形成時(shí)的激冷和高速撞擊，涂層晶粒細(xì)化以及晶格產(chǎn)生畸變使涂層得到強(qiáng)化，因而熱噴涂涂層的硬度比一般材料的硬度要高一些，其大小也會(huì)因噴涂方法的不同而有所差異。中海石油

11、煉化有限責(zé)任公司中海石油煉化有限責(zé)任公司q4. 4. 結(jié)合強(qiáng)度結(jié)合強(qiáng)度q 熱噴涂涂層與基體的結(jié)合主要依靠與基體粗糙表面的機(jī)械咬合（拋描效應(yīng)）?；谋砻娴那鍧嵆潭?、涂層材料的顆粒溫度和顆粒撞擊基體的速度以及涂層中殘余應(yīng)力的大小均會(huì)影響涂層與基體的結(jié)合強(qiáng)度，因而涂層的結(jié)合強(qiáng)度也與所采用的噴涂方法有關(guān)。q5. 5. 冷熱疲勞性能冷熱疲勞性能q對(duì)于一些在冷熱循環(huán)狀態(tài)下使用的工件，其涂層的抗冷熱疲勞（或稱熱震）性能至關(guān)重要，如若該涂層的抗熱震性能不好，則工件在使用過(guò)程中便會(huì)很快開(kāi)裂甚至剝落。涂層抗熱震性能的好壞主要取決于涂層材料與基體材料的熱膨脹系數(shù)差異的大小和涂層與基體材料結(jié)合的強(qiáng)弱。中海石油煉化有限

12、責(zé)任公司中海石油煉化有限責(zé)任公司1. 1. 低壓等離子噴涂（低壓等離子噴涂（LPPSLPPS、VPSVPS）q在低壓保護(hù)氣氛下進(jìn)行的等離子噴涂；在低壓保護(hù)氣氛下進(jìn)行的等離子噴涂；q涂層成分不受污染、結(jié)合強(qiáng)度高、涂層致密；涂層成分不受污染、結(jié)合強(qiáng)度高、涂層致密；q設(shè)備主要包括真空系統(tǒng)、冷卻和除塵系統(tǒng)、噴涂工作室、持槍設(shè)備主要包括真空系統(tǒng)、冷卻和除塵系統(tǒng)、噴涂工作室、持槍機(jī)器人及與其聯(lián)動(dòng)的工件夾持系統(tǒng)、等離子噴涂系統(tǒng)、轉(zhuǎn)移弧機(jī)器人及與其聯(lián)動(dòng)的工件夾持系統(tǒng)、等離子噴涂系統(tǒng)、轉(zhuǎn)移弧電源系統(tǒng)和控制系統(tǒng)。電源系統(tǒng)和控制系統(tǒng)。中海石油煉化有限責(zé)任公司中海石油煉化有限責(zé)任公司q在低壓保護(hù)性氣氛下工作，可防止氧

13、、氮污染；在低壓保護(hù)性氣氛下工作，可防止氧、氮污染；q等離子射流可到等離子射流可到2000m/s2000m/s，粒子速度可達(dá)，粒子速度可達(dá)300m/s300m/s，涂層致密；，涂層致密；q基體溫度可達(dá)基體溫度可達(dá)650650，涂層應(yīng)力較小，涂層能較厚；，涂層應(yīng)力較小，涂層能較厚；q采用轉(zhuǎn)移弧電清理，提高基體表面活性，提高了涂層與基體的結(jié)合；采用轉(zhuǎn)移弧電清理，提高基體表面活性，提高了涂層與基體的結(jié)合；q低壓下等離子焰變粗變長(zhǎng)，粉末受熱均勻；低壓下等離子焰變粗變長(zhǎng)，粉末受熱均勻；q噴涂在真空罐內(nèi)進(jìn)行，粉塵和噪音污染?。粐娡吭谡婵展迌?nèi)進(jìn)行，粉塵和噪音污染??；q低壓等離子噴涂要求較細(xì)的粉末；低壓等離子

14、噴涂要求較細(xì)的粉末；q主要用于活性金屬材料的涂層（如鈦、鋯、鎢、鉭及合金）及對(duì)成分要主要用于活性金屬材料的涂層（如鈦、鋯、鎢、鉭及合金）及對(duì)成分要求嚴(yán)格，且要求結(jié)合強(qiáng)度高，孔隙率低的涂層（如求嚴(yán)格，且要求結(jié)合強(qiáng)度高，孔隙率低的涂層（如MCrAlYMCrAlY系合金）的制系合金）的制備上。備上。中海石油煉化有限責(zé)任公司中海石油煉化有限責(zé)任公司q生物涂層：人工種植體上的鈦涂層；生物涂層：人工種植體上的鈦涂層；q超合金涂層：在飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)和大型地面燃機(jī)渦輪葉片上噴涂抗高溫氧超合金涂層：在飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)和大型地面燃機(jī)渦輪葉片上噴涂抗高溫氧化化MCrAlYMCrAlY超合金涂層以及熱障涂層的過(guò)渡層；超合金涂層

15、以及熱障涂層的過(guò)渡層；q用作靶材的高純度金屬涂層；用作靶材的高純度金屬涂層；q鎢涂層：核聚變托克馬克裝置用反應(yīng)內(nèi)腔噴涂鎢涂層。鎢涂層：核聚變托克馬克裝置用反應(yīng)內(nèi)腔噴涂鎢涂層。中海石油煉化有限責(zé)任公司中海石油煉化有限責(zé)任公司q工作壓力在工作壓力在0.5-10mbar0.5-10mbar之間；之間；q涂層均勻、致密、沉積效率高；涂層均勻、致密、沉積效率高；q制備的涂層在制備的涂層在5-505-50m；q涂層應(yīng)力小，可以制備出厚的熱障涂層涂層應(yīng)力小，可以制備出厚的熱障涂層(TBC)(TBC)，Al2O3Al2O3絕緣涂層和導(dǎo)電絕緣涂層和導(dǎo)電涂層；涂層；q鋁表面上制備鋁表面上制備AlAl2 2O O3

16、 3涂層，孔隙率涂層，孔隙率1%1%，具有，具有250-450KV/cm250-450KV/cm的擊穿電壓的擊穿電壓；中海石油煉化有限責(zé)任公司中海石油煉化有限責(zé)任公司q在航空航天、電子、醫(yī)學(xué)、能源有廣泛的應(yīng)用，特別是在航空航天、電子、醫(yī)學(xué)、能源有廣泛的應(yīng)用，特別是制備各種絕緣涂層、導(dǎo)電涂層、能量轉(zhuǎn)換涂層、光學(xué)性制備各種絕緣涂層、導(dǎo)電涂層、能量轉(zhuǎn)換涂層、光學(xué)性能（反射、吸收、轉(zhuǎn)移等）涂層、梯度涂層、催化涂層能（反射、吸收、轉(zhuǎn)移等）涂層、梯度涂層、催化涂層、隔熱涂層、抗高溫氧化及熱腐蝕涂層等。、隔熱涂層、抗高溫氧化及熱腐蝕涂層等。中海石油煉化有限責(zé)任公司中海石油煉化有限責(zé)任公司q二十世紀(jì)二十世紀(jì)8

17、080年代，出現(xiàn)了第一代年代，出現(xiàn)了第一代HVOFHVOF設(shè)備設(shè)備Jet-KoteJet-Kote；q粒子速度提高到粒子速度提高到400m/s400m/s以上；以上；q涂層結(jié)合強(qiáng)度大幅度提高，孔隙率大大降低；涂層結(jié)合強(qiáng)度大幅度提高，孔隙率大大降低；q火焰溫度火焰溫度30003000，碳化物噴涂過(guò)程中分解小，碳化物噴涂過(guò)程中分解小; ;q采用航空煤油替代丙烷、丙烯和氫氣等，降低了成本；采用航空煤油替代丙烷、丙烯和氫氣等，降低了成本；q近年出現(xiàn)了使用壓縮空氣替代氧氣的近年出現(xiàn)了使用壓縮空氣替代氧氣的HVAFHVAF設(shè)備，碳化鎢涂層的性設(shè)備，碳化鎢涂層的性能更優(yōu)。能更優(yōu)。中海石油煉化有限責(zé)任公司中海

18、石油煉化有限責(zé)任公司q氧化程度低，碳化鎢失碳接近真空噴涂；氧化程度低，碳化鎢失碳接近真空噴涂；q孔隙率孔隙率1%;1%;q強(qiáng)度接近燒結(jié)強(qiáng)度接近燒結(jié)/ /鑄造材料；鑄造材料；q高硬度、韌性好；高硬度、韌性好；q優(yōu)異的拋光性能；優(yōu)異的拋光性能；q低應(yīng)力，涂層厚度不受限制；低應(yīng)力，涂層厚度不受限制；q生產(chǎn)效率高，金屬生產(chǎn)效率高，金屬20Kg/h20Kg/h，碳化鎢，碳化鎢30-40Kg/h30-40Kg/h；q噴涂過(guò)程不積瘤。噴涂過(guò)程不積瘤。中海石油煉化有限責(zé)任公司中海石油煉化有限責(zé)任公司q傳統(tǒng)電鍍的缺限和制約：傳統(tǒng)電鍍的缺限和制約： 1) 1) 環(huán)保要求：環(huán)保要求：CrCr6+6+致癌，電鍍廢水污

19、染環(huán)境。致癌，電鍍廢水污染環(huán)境。 2) 2) 性能要求：不能滿足工作溫度高、耐磨的工況，存在氫脆。性能要求：不能滿足工作溫度高、耐磨的工況，存在氫脆。 3) 3) 電鍍工藝沉積速度慢；電鍍的工件尺寸受鍍槽尺寸的限制。電鍍工藝沉積速度慢；電鍍的工件尺寸受鍍槽尺寸的限制。q高速火焰噴涂?jī)?yōu)勢(shì)：高速火焰噴涂?jī)?yōu)勢(shì)：特點(diǎn)特點(diǎn)熱噴涂熱噴涂鍍鉻鍍鉻涂層厚度涂層厚度均勻，可以很厚均勻，可以很厚有限制有限制化學(xué)溶液控制化學(xué)溶液控制不需要不需要嚴(yán)格嚴(yán)格工件尺寸限制工件尺寸限制無(wú)無(wú)有有機(jī)動(dòng)性機(jī)動(dòng)性好好差差現(xiàn)場(chǎng)修復(fù)能力現(xiàn)場(chǎng)修復(fù)能力強(qiáng)強(qiáng)差差中海石油煉化有限責(zé)任公司中海石油煉化有限責(zé)任公司涂涂 層層性能性能WC - 12C

20、oWC - 12CoCrCr3 3C C2 2- 25NiCr- 25NiCr硬鉻鍍層硬鉻鍍層顯微硬度顯微硬度 HVHV1100 - 14001100 - 1400900 - 1200900 - 1200800 - 1000800 - 1000表面粗糙度表面粗糙度, ,微英寸微英寸140 - 170140 - 170180 - 200180 - 20040 - 5040 - 50研磨光潔度研磨光潔度 Ra,Ra,微英寸微英寸1010101016 - 3216 - 32干磨粒磨損率干磨粒磨損率0.20.20.20.21.01.0干磨粒磨損比干磨粒磨損比5 5 1 15 5 1 11:11:1最高

21、工作溫度，最高工作溫度，538538816816427427中海石油煉化有限責(zé)任公司中海石油煉化有限責(zé)任公司q軸承、轉(zhuǎn)子葉輪安裝面的修復(fù)等軸承、轉(zhuǎn)子葉輪安裝面的修復(fù)等中海石油煉化有限責(zé)任公司中海石油煉化有限責(zé)任公司q造紙壓光輥、鋼鐵張力輥、輸送輥、爐底輥造紙壓光輥、鋼鐵張力輥、輸送輥、爐底輥q水力發(fā)電站水輪機(jī)部件等。水力發(fā)電站水輪機(jī)部件等。q油漿泵、砂漿泵、煙氣輪機(jī)等。油漿泵、砂漿泵、煙氣輪機(jī)等。中海石油煉化有限責(zé)任公司中海石油煉化有限責(zé)任公司q粒子在噴涂過(guò)程中加熱到粒子在噴涂過(guò)程中加熱到，但沒(méi)，但沒(méi)熔化，同時(shí)被超音速氣流加速，噴射到基體表面，熔化，同時(shí)被超音速氣流加速，噴射到基體表面，粒子產(chǎn)

22、生鍛焊作用而沉積在基體表面的技術(shù)；粒子產(chǎn)生鍛焊作用而沉積在基體表面的技術(shù)；q原理：加熱到一定溫度的高壓氣流經(jīng)拉瓦爾管加速原理：加熱到一定溫度的高壓氣流經(jīng)拉瓦爾管加速產(chǎn)生超高音速的束流，該束流將粉末粒子加速到數(shù)產(chǎn)生超高音速的束流，該束流將粉末粒子加速到數(shù)倍音速，撞擊到基體表面，通過(guò)固態(tài)塑性變形而形倍音速，撞擊到基體表面，通過(guò)固態(tài)塑性變形而形成涂層。成涂層。中海石油煉化有限責(zé)任公司中海石油煉化有限責(zé)任公司q粒子的速度要達(dá)到臨界速度；粒子的速度要達(dá)到臨界速度；q基體與噴涂材料粒子都要有一定的塑性基體與噴涂材料粒子都要有一定的塑性變形的能力。變形的能力。材料材料臨界速度值臨界速度值(m/s)(m/s)

23、CuCu560560FeFe620620NiNi620620AlAl680680中海石油煉化有限責(zé)任公司中海石油煉化有限責(zé)任公司中海石油煉化有限責(zé)任公司中海石油煉化有限責(zé)任公司 材材料料 條條件件 楊楊氏氏模模量量 （GPa） 屈屈服服強(qiáng)強(qiáng)度度 （MPa） 極極限限強(qiáng)強(qiáng)度度 （MPa） 應(yīng)應(yīng)變變（%） 塊塊體體 207 59 317 0.3 噴噴涂涂 158 300 300 0.0002 鎳鎳 熱熱處處理理 125 207 304 0.0956 塊塊體體 110 220 噴噴涂涂 103 266 銅銅 熱熱處處理理 104 195 塊塊體體 65.5 83 152 18 噴噴涂涂 241 24

24、1 0 6061鋁鋁 熱熱處處理理 51 91 157 18 塊塊體體 30 噴噴涂涂 142 Hastyalloy C 熱熱處處理理 塊塊體體 41 噴噴涂涂 98 CoNiCrAlY 熱熱處處理理 中海石油煉化有限責(zé)任公司中海石油煉化有限責(zé)任公司q涂層致密，且涂層成分基本上與粉末保持一致；涂層致密，且涂層成分基本上與粉末保持一致；q涂層殘余應(yīng)力低，涂層厚度基本不受限制；涂層殘余應(yīng)力低，涂層厚度基本不受限制；q涂層具有穩(wěn)定的相結(jié)構(gòu)；涂層具有穩(wěn)定的相結(jié)構(gòu)；q工件溫度低，熱影響小；工件溫度低，熱影響小；q涂層具有鍛造結(jié)構(gòu)，其硬度高于同樣成分的塊體材料；涂層具有鍛造結(jié)構(gòu)，其硬度高于同樣成分的塊體材

25、料；q涂層是形變組織，特殊處理后可得到納米結(jié)構(gòu)組織；涂層是形變組織，特殊處理后可得到納米結(jié)構(gòu)組織；q沉積的斑點(diǎn)大小可以調(diào)節(jié)，省去遮擋工作；沉積的斑點(diǎn)大小可以調(diào)節(jié)，省去遮擋工作；q設(shè)備運(yùn)行成本低；設(shè)備運(yùn)行成本低；q工作環(huán)境好，無(wú)高溫輻射、噪音低；工作環(huán)境好，無(wú)高溫輻射、噪音低；q幾乎所有金屬和合金都可以進(jìn)行噴涂。幾乎所有金屬和合金都可以進(jìn)行噴涂。中海石油煉化有限責(zé)任公司中海石油煉化有限責(zé)任公司q1. 1. 表面預(yù)處理表面預(yù)處理 為了使涂層與基體材料很好地結(jié)合為了使涂層與基體材料很好地結(jié)合, ,基材表面必須清潔及粗糙基材表面必須清潔及粗糙. . 凈化處理的目的是除去工件表面的所有污垢凈化處理的目的

26、是除去工件表面的所有污垢, , 方法有溶劑清洗法、蒸汽方法有溶劑清洗法、蒸汽清洗法、堿洗法及加熱脫脂法等清洗法、堿洗法及加熱脫脂法等. . 粗化處理的目的是增加涂層與基材間的接觸面粗化處理的目的是增加涂層與基材間的接觸面, , 增大涂層與基材的機(jī)械增大涂層與基材的機(jī)械咬合力咬合力, , 使凈化處理過(guò)的表面更加活化使凈化處理過(guò)的表面更加活化, ,以提高涂層與基材的結(jié)合強(qiáng)度以提高涂層與基材的結(jié)合強(qiáng)度. . 粗粗化處理的方法有噴砂、機(jī)械加工法化處理的方法有噴砂、機(jī)械加工法( (如車(chē)螺紋、滾花如車(chē)螺紋、滾花) )、電拉毛等。其中噴、電拉毛等。其中噴砂處理是最常用的粗化處理方法，常用的噴砂介質(zhì)有氧化鋁、

27、碳化硅和冷砂處理是最常用的粗化處理方法，常用的噴砂介質(zhì)有氧化鋁、碳化硅和冷硬鑄鐵等。多數(shù)工件表面的硬鑄鐵等。多數(shù)工件表面的2.52.51313 mRamRa就夠了。就夠了。 對(duì)于一些與基材粘結(jié)不好的涂層材料對(duì)于一些與基材粘結(jié)不好的涂層材料, , 還應(yīng)選擇一種與基體材料粘結(jié)還應(yīng)選擇一種與基體材料粘結(jié)好的材料噴涂一層過(guò)渡層好的材料噴涂一層過(guò)渡層, ,稱為粘結(jié)底層稱為粘結(jié)底層, ,常用作粘結(jié)底層的材料有常用作粘結(jié)底層的材料有MoMo、NiAlNiAl、NiCrNiCr及鋁青銅等及鋁青銅等. .粘結(jié)底層的厚度一般為粘結(jié)底層的厚度一般為0.080.080.180.18 m m。中海石油煉化有限責(zé)任公司中

28、海石油煉化有限責(zé)任公司中海石油煉化有限責(zé)任公司中海石油煉化有限責(zé)任公司q4.4.涂層后處理涂層后處理 噴涂所得涂層有時(shí)不能直接使用噴涂所得涂層有時(shí)不能直接使用, , 必須進(jìn)行一系列的后處理必須進(jìn)行一系列的后處理. . 用于防腐蝕的涂層用于防腐蝕的涂層, , 必須對(duì)涂層進(jìn)行封孔處理必須對(duì)涂層進(jìn)行封孔處理. . 選擇合適的封孔劑選擇合適的封孔劑, , 要根據(jù)工件的工作介質(zhì)、環(huán)境、溫度及成本等多種因素進(jìn)行考慮要根據(jù)工件的工作介質(zhì)、環(huán)境、溫度及成本等多種因素進(jìn)行考慮. . 對(duì)于承受高應(yīng)力載荷或沖擊磨損的工件對(duì)于承受高應(yīng)力載荷或沖擊磨損的工件, ,為了提高涂層的結(jié)合強(qiáng)度為了提高涂層的結(jié)合強(qiáng)度, ,要對(duì)噴

29、涂層進(jìn)行重熔處理要對(duì)噴涂層進(jìn)行重熔處理( (如火焰重熔、感應(yīng)重熔、激光重熔以及熱等如火焰重熔、感應(yīng)重熔、激光重熔以及熱等靜壓等靜壓等), ), 使多孔的且與基體僅以機(jī)械結(jié)合的涂層變?yōu)榕c基材呈冶金結(jié)使多孔的且與基體僅以機(jī)械結(jié)合的涂層變?yōu)榕c基材呈冶金結(jié)合的致密涂層合的致密涂層. . 有尺寸精度要求的有尺寸精度要求的, ,要對(duì)涂層進(jìn)行機(jī)械加工要對(duì)涂層進(jìn)行機(jī)械加工. . 選用合理的加工方法和選用合理的加工方法和相應(yīng)的工藝參數(shù)才能保證噴涂層機(jī)械加工的順利進(jìn)行和保證達(dá)到所要求相應(yīng)的工藝參數(shù)才能保證噴涂層機(jī)械加工的順利進(jìn)行和保證達(dá)到所要求的尺寸精度的尺寸精度. .中海石油煉化有限責(zé)任公司中海石油煉化有限責(zé)任

30、公司q防腐蝕涂層q抗磨損涂層q抗高溫氧化和耐熱腐蝕涂層q熱障涂層q絕緣涂層q尺寸恢復(fù)(維修)中海石油煉化有限責(zé)任公司中海石油煉化有限責(zé)任公司 長(zhǎng)期暴露在戶外大氣長(zhǎng)期暴露在戶外大氣(海洋、工業(yè)及城鄉(xiāng)大氣海洋、工業(yè)及城鄉(xiāng)大氣)和不同介質(zhì)和不同介質(zhì)(海水、海水、河水、溶劑及油類(lèi)等河水、溶劑及油類(lèi)等)環(huán)境中的大型鋼鐵構(gòu)件環(huán)境中的大型鋼鐵構(gòu)件,如輸變電鐵塔、鋼結(jié)構(gòu)如輸變電鐵塔、鋼結(jié)構(gòu)橋、海上鉆井平臺(tái)、煤礦井架以及各種化工容器如儲(chǔ)罐等橋、海上鉆井平臺(tái)、煤礦井架以及各種化工容器如儲(chǔ)罐等,受到不同程受到不同程度的環(huán)境氧化和侵蝕度的環(huán)境氧化和侵蝕. 采用采用Al、Zn、Al - Zn合金及不銹鋼等涂層進(jìn)行合金及

31、不銹鋼等涂層進(jìn)行防護(hù)防護(hù),可以獲得長(zhǎng)期防護(hù)效果。可以獲得長(zhǎng)期防護(hù)效果。 在氣體腐蝕和化學(xué)腐蝕介質(zhì)工況下運(yùn)行的部件在氣體腐蝕和化學(xué)腐蝕介質(zhì)工況下運(yùn)行的部件,可以根據(jù)具體工況可以根據(jù)具體工況(如介質(zhì)、濃度、溫度、壓力等如介質(zhì)、濃度、溫度、壓力等)選擇合適的金屬、合金、陶瓷及塑料選擇合適的金屬、合金、陶瓷及塑料等涂層材料進(jìn)行防護(hù)。等涂層材料進(jìn)行防護(hù)。中海石油煉化有限責(zé)任公司中海石油煉化有限責(zé)任公司 磨損是造成工業(yè)部門(mén)設(shè)備損壞的主要原因之一磨損是造成工業(yè)部門(mén)設(shè)備損壞的主要原因之一, 可能產(chǎn)生磨損的工可能產(chǎn)生磨損的工作條件包括沖刷、滑動(dòng)、沖擊、擦傷、侵蝕等作條件包括沖刷、滑動(dòng)、沖擊、擦傷、侵蝕等.抗磨損

32、涂層應(yīng)該是高硬抗磨損涂層應(yīng)該是高硬度的度的,而且具有耐熱和耐化學(xué)腐蝕的性能而且具有耐熱和耐化學(xué)腐蝕的性能.Fe、Ni、Co基自熔合金以及基自熔合金以及WC - Co和和Cr3C2-NiCr等金屬陶瓷以及等金屬陶瓷以及 Al2O3、Cr2O3等陶瓷材料具有等陶瓷材料具有上述這些性能上述這些性能.他們他們 的硬度可以達(dá)到的硬度可以達(dá)到HRC65以上，其耐磨性能是鍍硬以上，其耐磨性能是鍍硬鉻的鉻的5倍以上。采用涂層技術(shù)提高工件表面耐磨性的應(yīng)用非常廣泛，倍以上。采用涂層技術(shù)提高工件表面耐磨性的應(yīng)用非常廣泛，如活塞環(huán)、齒輪同步環(huán)噴涂如活塞環(huán)、齒輪同步環(huán)噴涂Mo涂層涂層, 紡織機(jī)械中的羅拉、導(dǎo)絲鉤等零紡織

33、機(jī)械中的羅拉、導(dǎo)絲鉤等零部件噴涂耐纖維磨損的部件噴涂耐纖維磨損的 Al2O3、 Al2O3 -TiO2陶瓷涂層，機(jī)械密封件噴陶瓷涂層，機(jī)械密封件噴涂涂WC - Co 涂層、各種密封軸套、泵葉泵殼過(guò)流部位和閥門(mén)密封面噴涂層、各種密封軸套、泵葉泵殼過(guò)流部位和閥門(mén)密封面噴涂涂Cr2O3、WC-Co等耐磨涂層等耐磨涂層, 大馬力載重汽車(chē)曲軸及大型磨煤機(jī)、大馬力載重汽車(chē)曲軸及大型磨煤機(jī)、排風(fēng)機(jī)軸等采用排風(fēng)機(jī)軸等采用Fe基合金材料進(jìn)行磨損修復(fù)和耐磨強(qiáng)化等?；辖鸩牧线M(jìn)行磨損修復(fù)和耐磨強(qiáng)化等。 煉油機(jī)械待業(yè)常見(jiàn)的煉油機(jī)械待業(yè)常見(jiàn)的耐磨損涂層應(yīng)用有壓縮機(jī)活塞桿填料部位、耐磨損涂層應(yīng)用有壓縮機(jī)活塞桿填料部位、滑

34、動(dòng)軸承軸頸、油漿泵、灰漿泵、煙氣輪機(jī)葉片等?；瑒?dòng)軸承軸頸、油漿泵、灰漿泵、煙氣輪機(jī)葉片等。中海石油煉化有限責(zé)任公司中海石油煉化有限責(zé)任公司 對(duì)于一些暴露在高溫腐蝕氣體中的部件，受到高溫、氣體腐蝕及對(duì)于一些暴露在高溫腐蝕氣體中的部件，受到高溫、氣體腐蝕及氣流沖刷的作用，嚴(yán)重影響了設(shè)備的壽命和運(yùn)行的安全?？垢邷匮趸瘹饬鳑_刷的作用，嚴(yán)重影響了設(shè)備的壽命和運(yùn)行的安全?？垢邷匮趸案邷馗g的材料除了必須抗高溫氧化和耐腐蝕外，還必須具有與基及高溫腐蝕的材料除了必須抗高溫氧化和耐腐蝕外，還必須具有與基體材料相似的熱膨脹系數(shù)，才不會(huì)因溫度周期變化和局部過(guò)熱導(dǎo)致涂體材料相似的熱膨脹系數(shù)，才不會(huì)因溫度周期變化和局

35、部過(guò)熱導(dǎo)致涂層抗熱疲勞性能下降。用作抗高溫氧化和高溫腐蝕的涂層材料有：層抗熱疲勞性能下降。用作抗高溫氧化和高溫腐蝕的涂層材料有：NiCr、NiAl、MCrAl、MCrAlY(M=Co、Ni、Fe)及及Hastiloy和和Stellite合金等合金等. 這類(lèi)涂層的典型應(yīng)用如這類(lèi)涂層的典型應(yīng)用如鍋爐四管鍋爐四管(水冷壁管、再熱器管、過(guò)熱水冷壁管、再熱器管、過(guò)熱器管及省煤器管器管及省煤器管) 、水冷壁及煙氣熱管換熱器、水冷壁及煙氣熱管換熱器等，經(jīng)多年研究、實(shí)踐等，經(jīng)多年研究、實(shí)踐證明證明, 采用電弧噴涂采用電弧噴涂Ni - Cr、Fe -Cr -Al、Ni-Cr -Al、45CT等涂層能獲等涂層能獲

36、得良好的防護(hù)作用得良好的防護(hù)作用,使用壽命最長(zhǎng)達(dá)使用壽命最長(zhǎng)達(dá)9年。年。MCrAlY涂層用于航空渦輪涂層用于航空渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)葉片涂層以及作為渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室、火焰筒等用熱障涂層的發(fā)動(dòng)機(jī)葉片涂層以及作為渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室、火焰筒等用熱障涂層的粘結(jié)底層。粘結(jié)底層。 中海石油煉化有限責(zé)任公司中海石油煉化有限責(zé)任公司 ZrO2、Al2O3 等陶瓷涂層，熔點(diǎn)高、導(dǎo)熱系數(shù)低等陶瓷涂層，熔點(diǎn)高、導(dǎo)熱系數(shù)低,，在高溫條件下，在高溫條件下對(duì)基體金屬具有良好的隔熱保護(hù)作用稱為熱障涂層。這種涂層一般對(duì)基體金屬具有良好的隔熱保護(hù)作用稱為熱障涂層。這種涂層一般 由由兩個(gè)系統(tǒng)構(gòu)成，一是由金屬作底層兩個(gè)系統(tǒng)構(gòu)成，一是由金屬作底

37、層, 另一則是由陶瓷作表層。有時(shí)為另一則是由陶瓷作表層。有時(shí)為了降低金屬和陶瓷間的熱膨脹差異和改善涂層中的應(yīng)力分布了降低金屬和陶瓷間的熱膨脹差異和改善涂層中的應(yīng)力分布, 常在粘常在粘結(jié)底層和陶瓷面層間增加一過(guò)渡層，該過(guò)渡層或?yàn)橛傻讓咏饘俸兔鎸咏Y(jié)底層和陶瓷面層間增加一過(guò)渡層，該過(guò)渡層或?yàn)橛傻讓咏饘俸兔鎸犹沾刹牧弦圆煌壤旌系亩鄬油繉?，或?yàn)橛山饘偌疤沾刹牧铣煞诌B陶瓷材料以不同比例混合的多層涂層，或?yàn)橛山饘偌疤沾刹牧铣煞诌B續(xù)變化的涂層來(lái)形成所謂的成分續(xù)變化的涂層來(lái)形成所謂的成分(或功能或功能)梯度涂層。金屬粘結(jié)底層為梯度涂層。金屬粘結(jié)底層為Co或或Ni、加有加有Cr、Al、Y的合金材料，陶瓷材料最

38、好采用由的合金材料，陶瓷材料最好采用由Y2O3穩(wěn)定穩(wěn)定的的ZrO2，熱障涂層一般用于柴油發(fā)動(dòng)機(jī)活塞、渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室、閥熱障涂層一般用于柴油發(fā)動(dòng)機(jī)活塞、渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室、閥門(mén)和火焰穩(wěn)定器等門(mén)和火焰穩(wěn)定器等。中海石油煉化有限責(zé)任公司中海石油煉化有限責(zé)任公司 陶瓷材料不僅具有高的硬度和優(yōu)良的耐磨性能陶瓷材料不僅具有高的硬度和優(yōu)良的耐磨性能，還具有十分優(yōu)良還具有十分優(yōu)良的絕緣性能的絕緣性能， 采用高能等離子噴涂的采用高能等離子噴涂的Al2O3涂層涂層致密、絕緣強(qiáng)度涂層涂層致密、絕緣強(qiáng)度高高， 是理想的絕緣涂層。是理想的絕緣涂層。 如果采用有機(jī)或無(wú)機(jī)物質(zhì)對(duì)噴涂層再進(jìn)行如果采用有機(jī)或無(wú)機(jī)物質(zhì)對(duì)噴涂層再進(jìn)

39、行封孔處理封孔處理，則將獲得更為優(yōu)良的絕緣效果則將獲得更為優(yōu)良的絕緣效果。目前這種高度絕緣的涂層目前這種高度絕緣的涂層已用于對(duì)高分子材料薄膜進(jìn)行活化處理的電暈放電輥表面已用于對(duì)高分子材料薄膜進(jìn)行活化處理的電暈放電輥表面，效果良好效果良好。 中海石油煉化有限責(zé)任公司中海石油煉化有限責(zé)任公司 隨著先進(jìn)制造技術(shù)及設(shè)備工程學(xué)的不斷發(fā)展，制造與維修將越來(lái)隨著先進(jìn)制造技術(shù)及設(shè)備工程學(xué)的不斷發(fā)展，制造與維修將越來(lái)越趨于統(tǒng)一，越趨于統(tǒng)一，“維修維修”已被賦予了更廣泛的含義，并稱為已被賦予了更廣泛的含義，并稱為“重新制造重新制造”。重新制造所需能源約為制造新品的。重新制造所需能源約為制造新品的20%20%60%

40、60%，價(jià)格只有新品的，價(jià)格只有新品的30%30%60%60%。許多采用熱噴涂技術(shù)處理過(guò)的舊零部件，其性能要優(yōu)于新品。許多采用熱噴涂技術(shù)處理過(guò)的舊零部件，其性能要優(yōu)于新品。 熱噴涂是恢復(fù)零部件尺寸的一種經(jīng)濟(jì)而有效的方法熱噴涂是恢復(fù)零部件尺寸的一種經(jīng)濟(jì)而有效的方法. 修復(fù)各種軸類(lèi)修復(fù)各種軸類(lèi)和柱塞件是典型的應(yīng)用和柱塞件是典型的應(yīng)用, 包括迥轉(zhuǎn)軸、汽車(chē)軸、往復(fù)柱塞、軸頸和軋輥包括迥轉(zhuǎn)軸、汽車(chē)軸、往復(fù)柱塞、軸頸和軋輥等。等。中海石油煉化有限責(zé)任公司中海石油煉化有限責(zé)任公司 大型軸類(lèi)零件可以在現(xiàn)場(chǎng)修復(fù)，如發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子和汽輪機(jī)轉(zhuǎn)大型軸類(lèi)零件可以在現(xiàn)場(chǎng)修復(fù)，如發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子和汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子的軸頸有劃傷，可制造專(zhuān)用工

41、裝在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行修復(fù)。子的軸頸有劃傷，可制造專(zhuān)用工裝在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行修復(fù)。中海石油煉化有限責(zé)任公司中海石油煉化有限責(zé)任公司 汽輪機(jī)、壓縮機(jī)汽缸汽輪機(jī)、壓縮機(jī)汽缸中分面現(xiàn)場(chǎng)熱噴涂修復(fù)中分面現(xiàn)場(chǎng)熱噴涂修復(fù)是熱噴涂恢復(fù)平面工是熱噴涂恢復(fù)平面工件尺寸的一個(gè)成功的應(yīng)用例。汽缸在長(zhǎng)期的使用中其中分面由于微振件尺寸的一個(gè)成功的應(yīng)用例。汽缸在長(zhǎng)期的使用中其中分面由于微振、熱汽流腐蝕及熱變形等而發(fā)生變形狀、面積不等及深淺各異的表面、熱汽流腐蝕及熱變形等而發(fā)生變形狀、面積不等及深淺各異的表面破壞，引起泄漏。采用熱噴涂對(duì)各破壞處進(jìn)行噴涂填補(bǔ)、打磨，恢復(fù)破壞，引起泄漏。采用熱噴涂對(duì)各破壞處進(jìn)行噴涂填補(bǔ)、打磨，恢復(fù)平面的尺寸精度

42、。平面的尺寸精度。 熱噴涂技術(shù)不失為重量大、結(jié)構(gòu)復(fù)雜和價(jià)格昂貴的汽缸的中分面熱噴涂技術(shù)不失為重量大、結(jié)構(gòu)復(fù)雜和價(jià)格昂貴的汽缸的中分面現(xiàn)場(chǎng)修復(fù)的安全現(xiàn)場(chǎng)修復(fù)的安全(不會(huì)發(fā)生變形不會(huì)發(fā)生變形)、簡(jiǎn)便而高效的方法、簡(jiǎn)便而高效的方法。解決大型汽輪解決大型汽輪機(jī)氣缸平面高壓蒸氣漏氣難題。機(jī)氣缸平面高壓蒸氣漏氣難題。 中海石油煉化有限責(zé)任公司中海石油煉化有限責(zé)任公司中海石油煉化有限責(zé)任公司中海石油煉化有限責(zé)任公司 1 1、 機(jī)械密封（或端面密封）機(jī)械密封（或端面密封）：采用在金屬基體上噴涂復(fù)合陶瓷和金屬碳化物涂層制造機(jī)械密封動(dòng)、靜環(huán)，具有優(yōu)異的耐磨耐蝕性能，摩擦性系數(shù)小，能耗低，對(duì)靜環(huán)磨耗少，使用壽命均高

43、于鍍硬鉻層和堆焊CoCrW焊層的4 5 倍。與燒結(jié)的硬質(zhì)合金環(huán)比，有成本低、機(jī)械性能好、不會(huì)產(chǎn)生崩裂的優(yōu)點(diǎn)。(蘭州賽格使用該項(xiàng)技術(shù)) 另外，與之配副的密封靜環(huán), 如：鋁青銅、 M106K石墨、L516改性聚四氟乙烯等；由于摩擦系數(shù)特低, 達(dá)0.033 0.11 (干摩擦)，故與陶瓷涂層配副的靜環(huán)使用壽命均高于與鍍硬鉻配副的靜環(huán)3 4 倍。涂層主要技術(shù)指標(biāo)：涂層厚度0.20.3mm 結(jié)合強(qiáng)度2030Mpa 涂層硬度HV8001200 涂層孔隙率12% 摩擦系數(shù)0.1(對(duì)石墨)f 精研表面粗糙度Ra0.050.1m 中海石油煉化有限責(zé)任公司中海石油煉化有限責(zé)任公司 2 2、 閥門(mén)密封面：閥門(mén)密封面：對(duì)大多數(shù)閥門(mén)來(lái)說(shuō) ,密封問(wèn)題是首要問(wèn)題，故障大都出現(xiàn)在閥芯上,主要原因是一般閥芯元件的耐磨性和耐腐蝕性較差 。在閥門(mén)的閥芯元件上噴涂陶瓷可改進(jìn)其密封性能 ,提高其耐磨