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1.1 超音速电弧喷涂技术的提出与实现

时间:2012-12-26 10:14:26  来源:超音速喷涂技术  作者:王汉功 查柏林著

 电弧喷涂技术的应用在我国有较长的历史,与普通火焰喷涂相比,电弧喷涂有以下优点:

1)热效率高。火焰喷涂时,火焰产生的热量大部分散失到大气和冷却系统中去了,热能的利用率只有5%~15%;而电弧喷涂是直接用电能转化为热能来熔化金属,热能利用率高达60%~70%

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表面积,其生产效率正比于喷涂电流。一般情况下,电弧喷涂的生产效率是火焰喷涂的3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,只要把工作电压、电流根据喷涂材料的不同选在规定范围内,均可保证喷涂质量;而且仅使用电能和压缩空气,不用氧、乙炔等易燃气体,安全可靠。

4)生产成本低。电能的价格远低于氧气和乙炔,火焰喷涂所消耗的燃料价格是电能价格的数十倍,所以,电弧喷涂的成本要比火焰喷涂降低30%以上。

5)涂层结合强度高。电弧喷涂可在不提高工件温度、不使用贵重底材的条件下获得高的结合强度,一般可达20MPa,是火焰喷涂的2.5倍;新研制的二次雾化喷枪,结合强度达40MPa

6)可方便地制备伪合金涂层。电弧喷涂只需两根不同成分的金属丝就可以制备出假合金涂层,以获得独特的综合性能。

由于电弧喷涂具有独特的优点,因此再防腐、耐磨、旧件修复以及生产领域得到较为广泛的应用,产生了很大的经济和社会效益。

但是,与超音速火焰喷涂及等离子喷涂相比,电弧喷涂有以下缺点:

1)涂层与基体结合强度低。电弧喷涂的涂层与基体的结合强度通常为20MPa左右,经改进的二次雾化电弧喷枪,其涂层与基体的结合强度最高达40MPa;与超音速火焰喷涂和等离子喷涂的涂层结合强度高达60MPa以上相比,其结合强度偏低。

2)涂层孔隙率高。电弧喷涂层表面的孔隙率高达8%以上,而超音速火焰喷涂和等离子喷涂的涂层表面孔隙率一般小于5%,不仅影响涂层与基体的结合强度,而且影响涂层的耐磨、耐蚀性能。

电弧喷涂虽然具有不少独特的优点,但结合强度低和孔隙率高等缺点,严重影响它在某些领域的应用,致使电弧喷涂在热喷涂应用中只占10%左右。随着科学技术的发展,各种新技术相继问世,并飞速发展,如果电弧喷涂不能克服自身存在的缺点,它的应用领域就有可能被其他技术所取代,在热喷涂中所占的份额还有可能下降。这对电弧喷涂来讲,不能不说是一种挑战。

在受到挑战的同时,电弧喷涂也迎来了发展的机遇。正是由于电弧喷涂有较多的优点,使热喷涂中从事电弧喷涂研究的工作者对其产生了极大兴趣。科学技术的发展,在为其他技术领域注入活力的同时,也为电弧喷涂克服自身的缺点提供了新的技术途径。从提高压缩空气气流的速度出发,来提高喷涂粒子的速度,使粒子的速度达到或超过音速,从而提高电弧喷涂层与基体的结合强度并同时降低孔隙率,这对电弧喷涂技术的发展将会产生重大的推动作用。

第二炮兵工程学院王汉功教授根据火箭发动机原理,采用拉伐尔喷嘴技术,将压缩空气的速度提高到超音速,大大提高了电弧喷涂的粒子速度,研制成功超音速电弧喷涂,改善了电弧喷涂的涂层质量,制备的金属和合金涂层与等离子喷涂相当,推动了电弧喷涂技术的发展。超音速电弧喷涂技术获实用新型专利一项,并已产业化,已在机械制造、石油化工、水利电力、矿山冶金、造纸印刷、交通运输、装备维修等领域获得了广泛应用,产生了很大的经济效益和社会效益。该成果2000年获军队科技进步一等奖,2001年获国家科技进步二等奖。

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