F_75热喷涂自结合材料
雷宏
用电弧喷涂工艺修复机械零部件时,经常会遇到工作面涂层与待修复基体的结合强度太低而成片脱落的现象。为了提高工作面涂层与待修复基体的结合强度,开发了F-75(Ni/Al)合金丝。
一、自结合涂层的机理与特性
自结合涂层的机理是某些特种材料在喷涂时熔滴携带有大量的热能,过热的熔滴与空气中的氧气发生氧化反应又施放出大量的热量或组元间发生放热反应使熔滴的温度进一步升高,在熔滴与基体碰撞时发生冶金结合,形成自结合层。自结合层存在于基体与工作涂层之间,良好的冶金结合既提高了与基体的结合力又提供一个粗糙的表面给工作涂层。
F-75(Ni/Al)合金丝,相当于TAFA-75B,适合电弧喷涂,结合强度67.2MPa。涂层最高工作温度1010℃。涂层硬度20~25HRC。单位面积消耗金属量1.1kg/m2/0.1mm。喷涂速率4.5kg/h。可直接喷涂到未经粗化处理的干净的金属表面。除紫铜、钨、钼、钽、铌以外几乎可以与所有金属形成自结合。与石墨、玻璃、陶瓷也能产生自粘接效应。可作为喷涂修复内燃机曲轴、发动机主轴、机床导轨、缸体、柱塞、印刷辊、高炉风口等结合底层材料。喷涂距离:80~100mm,喷涂电压:34V,喷涂电流:200A,空气压力:0.5~0.6MPa。
对于一些异型、太薄、太硬的无法用喷砂、拉毛或机械加工进行粗化处理的基体,特别适合采用自结合层。而最理想的方法是在经过粗化处理的基体上喷涂自结合层,在基体无法粗化时,采用低气压短距离(50mm)的方法喷涂,同样可获得非常好的自结合涂层。自结合层的厚度应在0.05~0.15mm之间,不能太薄,太薄的结合底层承受不了太硬太厚工作涂层的收缩应力。太厚的自结合层又造成不必要的浪费。值得推荐的是镍铝自结合层对于提高锡基巴氏合金涂层与基体的结合最为理想。F-75(Ni/Al)合金涂层有良好的耐磨和抗高温氧化性能,在国外也作为修理飞机涡轮发动机零部件的材料。F-75(Ni/Al)合金丝喷涂时不会产生带有刺激呼吸道的烟尘,长时间喷涂也没有出现操作人员发高烧的现象。很多过去采用铝青铜作自结合层的用户已转向使用F-75(Ni/Al)合金丝。
F-75(Ni/Al)合金丝缺点是不能用作抗盐水腐蚀涂层的自结合层及氧/燃气火焰喷涂。
二、实例
1.曲轴的修复
压缩机、内燃机曲轴在运行中轴径磨损严重,缺油抱瓦拉伤轴径表面经常发生。利用电弧喷涂工艺修复损坏的曲轴能显著提高其使用寿命,比更换新的曲轴一般可节约50%的费用。由于曲轴高转数、高载荷、大冲击的工况,涂层与基体要承受很大的轴向扭力,为了提高涂层与基体的结合力采用F-75(Ni/Al)合金作结合层。
检查待修复曲轴有无裂纹、变形或磨损超过修复范围的现象,如有此类问题的曲轴不能修复。用磨削的方法去除待修复曲轴疲劳层。用溶剂蒸汽脱脂,去除油污。遮蔽不修复的部位。表面喷砂粗化处理,并吹去表面的浮尘。电弧喷涂直径2mm的F-75(Ni/Al)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。磨削加工至标定尺寸。
2.造纸烘缸表面硬化处理
烘缸作为造纸生产的重要机械设备,对缸体工作面的精度、粗糙度、硬度要求很高,由于工作环境中酸性介质的腐蚀和机械磨损,工作面损蚀。采用电弧喷涂工艺制备表面工作层,可提高烘缸表面耐腐蚀、耐磨损性能,。为了增强缸体与工作面层的结合强度采用F-75(Ni/Al)合金作结合层。
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-75(Ni/Al)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。
3.发电厂蒸汽锅炉水冷壁高温防腐涂层
火力发电厂锅炉水冷壁管工作温度600~800℃。利用复合涂层延缓水冷壁管的腐蚀早在20世纪70年代已经采用,如今用F-75(Ni/Al)合金作结合层有两个作用:①加强复合涂层与水冷壁管之间的结合强度。②利用F-75(Ni/Al)合金涂层自身的抗高温氧化性能。
喷砂清理表面,并吹去表面的浮尘。电弧喷涂直径2mm的F-75(Ni/Al)合金丝作底层,喷涂直径2mm的18-8不锈钢丝作中间层,喷涂直径3mm铝丝作面层。铝硅树脂封孔。
三、结论
丝材喷涂与粉末喷涂相比具有喷涂速率快、沉积效率高、污染少、基体无须预热等一系列优点。电弧丝材喷涂与火焰丝材喷涂相比有运营成本低(1∶3),喷涂速率高(4~10倍)等优势。电弧喷涂的电弧电压、工作电流、雾化空气压力等参数可精确控制,各种参数一经优化能确保沉积效率>70%。F-75(Ni/Al)合金丝制备的自结合底层提高了工作面涂层与待修复基体的结合强度,杜绝了工作面涂层脱落、龟裂的现象。F-75(Ni/Al)合金丝可在能源、交通、机械、纺织、化工、食品、冶金、再生修复等行业及军事工业中广泛应用。
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