中文版 English  加入收藏 | 设为首页 | 会员中心 | 我要投稿 | RSS
您当前的位置:首页 > 论文选登 > 喷涂材料

陶瓷热喷涂

时间:2012-10-28 16:02:00  来源:山东陶瓷  作者:黄克刚

  陶瓷热喷涂
  黄克刚
  山东陶瓷
  摘 要:本文简述了陶瓷材料热喷涂的几种方法:棒材火焰喷涂法、热喷涂粉末火焰喷涂法及等离子弧喷涂法,并对陶瓷涂层及陶瓷—金属复合涂层进行了简介。
  关键词:热喷涂;陶瓷;涂层
  1 概 述
  热喷涂是制备涂层的一类方法,已成为材料表面防护与强化的新技术之一,它是利用热源将喷涂材料加热熔化或软化,以一定速度喷射到基体表面,形成涂层。其基体几乎可以是各种材料,包括金属、陶瓷、玻璃等无机材料以及塑料、木材、纸张、布匹等有机材料,而且不限工件尺寸,大到铁塔、桥梁,小到机械零件均可采用热喷涂制备涂层。喷涂材料可以是金属材料,也可以是陶瓷等无机非金属材料以及陶瓷—金属复合材料。陶瓷热喷涂是指以陶瓷为喷涂材料的热喷涂方法,它是在金属材料热喷涂的基础上发展起来的,由于陶瓷涂层具有许多金属材料无法比拟的优异性能,所以发展迅速,在许多领域发挥了越来越重要的作用。
  2 热喷涂方法
  陶瓷材料可以制成棒材而采用棒材喷涂法,也可以将陶瓷制成粉料,采用热喷涂粉末喷涂法。陶瓷热喷涂的加热方式一般采用火焰加热法或等离子弧加热法。
  2.1 棒材火焰喷涂
  对陶瓷材料的加热熔化是通过火焰喷枪实现的,喷涂的基本原理如图1所示。喷枪通过气阀分别引入乙炔、氧气和压缩空气,乙炔和氧气混合后在喷嘴出口处产生燃烧火焰。枪内的驱动机构通过滚轮带动棒材连续地通过喷嘴中心孔送入火焰,在火焰中被加热熔化。压缩空气通过空气帽后形成锥形的高速气流,使熔化的材料从棒材端部脱离,并雾化成细微的颗粒,在火焰及气流的推动下,喷射到基材表面形成涂层。这里陶瓷材料一般被压制成 3mm棒材。由于乙炔与氧的燃烧温度可达3500℃,所以一般低熔点的陶瓷材料可以被熔化。但是由于陶瓷不能做成连续的无限长的棒材,决定了喷涂的连续性受到限制。
  2.2 热喷涂粉末火焰喷涂
  这是通过热喷涂粉末火焰喷枪实现的,喷涂原理如图2所示。喷枪通过气阀分别引入燃料气体(主要是乙炔)和氧气,经混合后从喷枪环形孔或梅花形孔喷出,产生燃烧火焰。喷枪上设有粉料斗或进粉管,利用送粉气流产生的负压,抽吸粉料斗中的热喷涂粉末,使热喷涂粉末随气流从喷嘴中心进入火焰,被加热熔化或软化,焰流推动熔粒以一定速度喷射到工件上。
  现在,这种陶瓷热喷涂粉末喷枪得到了不断的完善和改进,可将热喷涂粉末强迫送入火焰的焰心内,延长热喷涂粉末在火焰中的停留时间,使热喷涂粉末得以充分加热,熔融后的热喷涂粉末喷出后,又被空气加速,提高了涂层的质量。在热喷涂粉末的供给方面也有了很大的改进,可根据需要连续地、定时定量地供给热喷涂粉末。由于热喷涂粉末火焰喷涂具有设备简单、轻便,初投资少,现场施工方便,操作易掌握等特点,是目前陶瓷喷涂应用较普遍的方法。
  2.3 等离子喷涂
  等离子喷涂是采用刚性等离子弧为热源,以喷涂热喷涂粉末材料为主的热喷涂方法。等离子弧是等离子体弧的简称。等离子体是指气体在超高温状态下被部分或全部电离,形成正负离子(电子)数量相等而整体呈电中性的导电体。电弧本身是等离子体,但只有当电弧通过热收缩效应、自磁压缩效应、机械压缩效应被压缩,成为具有更高温度的压缩电弧时,才称为等离子体弧,其中心温度可达10000~50000℃,这样高的温度,使所有的陶瓷材料都能够得以喷涂。
  目前较为成熟的是气稳等离子喷涂,喷涂原理如图3所示。由等离子喷枪产生等离子射流,向喷枪供给工作气体(N2、Ar等),通过高频火花引燃电弧。高温等离子气体从喷嘴喷出后,体积迅速膨胀,形成高温高速等离子射流。送粉气流推动热喷涂粉末进入等离子射流后,迅速加热到熔融或半熔融状态,被等离子射流加速,形成飞向基材的喷涂粒子束,撞击到基材表面,形成涂层。
  等离子喷涂不象火焰喷涂那样只需一把喷枪即可,它是由整流电源、高频振荡器、控制柜、送粉器、喷枪、冷却水供给装置、气瓶及其它辅助设备等构成的一套设备机组,因而投资较大,但其喷涂质量要远胜于火焰喷涂。现在又发展了更具先进性的水稳等离子喷涂,是用水作电离介质,它具有功率更大,效率更高,可大幅度降低生产成本等特点,在国外已得到应用,主要用来喷涂氧化铝、硅酸锆等陶瓷涂层。
  3 材料及涂层
  3.1 陶瓷涂层
  实用的陶瓷热喷涂材料,大部分是金属氧化物及一部分碳化物、硼化物、硅化物等。一般以热喷涂粉末状态应用,其粒度影响涂层的性能,适宜的粒度取决于材料的熔点、密度、热导率、热容等,一般为150~320目,但要获得密实、光亮的涂层,需要更细的热喷涂粉末,要求在45μm以下。氧化物材料由于不怕被氧化,在火焰喷涂时可采用氧化焰,以获得更高温度,但对于碳化物要防止其分解、脱碳。现在应用最广泛的氧化物材料是Al2O3、Cr2O3、ZrO2、SiO2等以及它们的复合材料,它们都具有耐热性、耐蚀性、耐磨性、绝热性、绝缘性等优异性能。其它非氧化物材料以碳化物为主,常用的有WC、TiC、Cr3C2等,它们具有某些特殊的性能,如W2C与WC的共晶混合物属于最硬、最耐磨材料之一,用于制备耐磨涂层。这些碳化物一般不单独用来喷涂,而与Co、Ni、Ni-Cr等金属制成陶瓷—金属复合材料使用。
  3.2 陶瓷金属复合材料
  根据热喷涂的特点,可以很容易制备陶瓷与金属的复合材料,其涂层具有良好的综合性能或具有特殊功能,是单一陶瓷或单一金属所不能达到的。它的金属相可以是单一金属、合金或不同金属热喷涂粉末的混合体,陶瓷相也同样可以是单一成分、复合物或不同陶瓷热喷涂粉末的混合体。可以将陶瓷热喷涂粉末与金属热喷涂粉末按比例混合后喷涂,或通过双送粉器送料,也可以通过烧结法、包覆法、团聚法等预先将陶瓷热喷涂粉末与金属制成复合热喷涂粉末,然后进行喷涂,而后者得到的某些涂层性能更加优异,并可以保护碳化物不被氧化分解。
  3.3 涂层的过渡层
  在金属基材上制备陶瓷涂层时,由于陶瓷与金属的膨胀系数相差较大,为避免涂层因应力而剥落,一般要喷涂陶瓷—金属过渡层,以减缓膨胀系数的差异。过渡层可以是一层或多层,对于多层过渡层,金属与陶瓷之间的比例应渐变。例如,在NiCr合金底层与ZrO2面层之间如果采用三层过渡,每层金属与陶瓷的比例是: 80%NiCr+20%ZrO2;50%NiCr + 50%ZrO2; 20%NiCr + 80%ZrO2。
  4 应 用
  根据陶瓷涂层及陶瓷—金属复合涂层的特点,已经制备了许多实用的耐磨、耐蚀、耐温及抗氧化等涂层,在航空航天、石油化工、钢铁冶金、机械制造以及新技术产业等领域得到了广泛的应用。陶瓷热喷涂的相当一部分是用来制备耐磨涂层,在耐粘着磨损、耐磨粒磨损、耐纤维磨损、耐微振磨损等诸多方面发挥作用。当相同或相似的金属相之间接触并相对运动时,很容易产生粘着磨损,而当两表面的材料硬度相差较大时,则不易产生粘着磨损,所以在一个金属表面喷涂陶瓷涂层,就可以很好地解决粘着磨损。合成纤维和天然纤维由于高速运转,对机械零件引起的磨损,是纺织工业的一个共性问题。氧化物陶瓷涂层可以获得最佳的表面特征,高的耐磨性能,可得到轮廓分明的外表面,且涂层有一定的粗糙度,为丝线通过时防滑、夹紧提供了适宜的条件。
  除了人们已经认识到的陶瓷涂层的一些性能外,也逐渐发现了许多新的用途,例如在音箱的喇叭上喷涂一层陶瓷薄膜,可使音律更加宽广。相信随着科技的进步,陶瓷热喷涂会在诸多行业发挥越来越重要的作用。
         图略
   参考文献略

本站文章未经允许不得转载;如欲转载请注明出处,北京桑尧科技开发有限公司网址:http://www.sunspraying.com/

来顶一下
返回首页
返回首页
发表评论 共有条评论
用户名: 密码:
验证码: 匿名发表
推荐资讯
相关文章
    无相关信息
栏目更新
栏目热门