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閥門熱噴涂技術(shù)研究
[摘 要]隨著現(xiàn)代工業(yè)技術(shù)的不斷發(fā)展，不同生產(chǎn)領(lǐng)域?qū)I(yè)加工方式提出了更高的要求，傳統(tǒng)的工業(yè)生產(chǎn)材料和工藝已經(jīng)很難滿足現(xiàn)階段生產(chǎn)領(lǐng)域的發(fā)展需求。熱噴涂技術(shù)是目前較為先進(jìn)的工業(yè)加工技術(shù)，通過利用該技術(shù)能夠使機械零件表面產(chǎn)生具有良好耐磨性、耐腐蝕和耐高溫氧化的涂層，進(jìn)而保護(hù)零件的工作面，延長其工作年限，保證設(shè)備運行安全。
[關(guān)鍵詞]熱噴涂技術(shù)；發(fā)展現(xiàn)狀；應(yīng)用
中圖分類號：F230-4 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1009-914X（2019）02-0212-01
引言
熱噴涂技術(shù)是通過將涂層材料送入熱源加熱并熔化后，再利用高速氣流將其噴涂在基體表面，進(jìn)而形成保護(hù)涂層的工藝技術(shù)。利用熱噴涂技術(shù)制作的保護(hù)涂層具有耐腐蝕、耐磨損、耐高溫和隔熱的特點，此外，該技術(shù)還能對一些由于磨損、腐蝕導(dǎo)致尺寸發(fā)生變化的零件進(jìn)行修復(fù)。如今，熱噴涂技術(shù)已經(jīng)在機械制造、石油化工、航空設(shè)備制造等領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。
1熱噴涂技術(shù)
熱噴涂技術(shù)屬于表面改性技術(shù)之一，也是表面工程發(fā)展應(yīng)用的重要內(nèi)容。所謂熱噴涂技術(shù)是利用熱源將噴涂材料加熱熔融或軟化，依靠熱源自身或外加的壓縮氣流，將熔滴霧化或推動熔滴形成噴射的粒束，以一定的速度噴射到經(jīng)過預(yù)熱處理的工件表面，從而形成有一定特殊性能的牢固涂層的加工方法。
根據(jù)熱噴涂涂層的形成原理，可以把熱噴涂過程分為四個階段：第一，噴涂材料被熔化的階段；第二，熔化材料被霧化階段；第三，霧化噴涂材料向前噴射階段；第四，噴涂材料沉積成型階段。當(dāng)噴涂材料被高溫熔化后以一定的速度接觸到基材表面時，材料顆粒會帶有一定的動能，進(jìn)而不斷對基材表面進(jìn)行沖擊、碰撞。在噴涂材料顆粒與基體接觸、碰撞的瞬間，顆粒蘊含的動能會轉(zhuǎn)化為熱能傳遞給基材，進(jìn)而使基材表面出現(xiàn)凹凸不平的情況，此時降溫后的顆粒會呈扁平狀粘連在基材表面，進(jìn)而將坑洼填補完整。噴涂的粒子束接連不斷地沖擊基材表面，重復(fù)碰撞—變形—冷凝—收縮的過程，變形顆粒與基材表面之間以及顆粒與顆粒之間互相交錯地粘結(jié)在一起，從而形成涂層，其基本過程如圖1所示。
2熱噴涂技術(shù)的類別分析
2.1火焰噴涂技術(shù)
火焰噴涂技術(shù)的基本特點是：一般金屬、非金屬基體均可噴涂，對基體的形狀和尺寸通常也不受限制，但小孔目前尚不能噴涂；涂層材料廣泛，金屬、合金、陶瓷、復(fù)合材料均可為涂層材料，可使表面具有各種性能，如耐腐蝕、耐磨損、耐高溫、隔熱等：涂層的多孔性組織有儲油潤滑和減摩性能，含有硬質(zhì)相的噴涂層宏觀硬度可達(dá)450HB，噴焊層可達(dá)65HRC；火焰噴涂對基體影響小，基體變形小，材料組織不發(fā)生變化?；鹧鎳娡考夹g(shù)的缺點：噴涂層與基體結(jié)合強度較低，不能承受交變載荷和沖擊載荷；基體表面制備要求高；火焰噴涂工藝受多種條件影響，涂層質(zhì)量尚無有效檢測方法。常用火焰噴涂方法有乙炔-氧焰粉末噴涂、乙炔-氧焰線材噴涂等。乙炔-氧焰粉末噴涂用的設(shè)備簡便可在現(xiàn)場施工適用于設(shè)備維修。
2.2等離子噴涂技術(shù)
等離子噴涂技術(shù)是一種能夠使基材表面得到強化或者改變表面性質(zhì)的技術(shù)，該技術(shù)能夠時基材表面的耐磨性、耐腐蝕性、絕緣性、隔熱性以及防輻射等性能得到加強。等離子噴涂技術(shù)是利用直流電驅(qū)動作為噴涂熱源，之后將陶瓷、合金等材料加熱至熔融狀態(tài)或半熔融狀態(tài)，之后在利用高速氣流噴射至基材表面。等離子噴涂技術(shù)是繼火焰噴涂之后大力發(fā)展起來的一種新型多用途的精密噴涂方法，它具有超高溫特性，便于進(jìn)行高熔點材料的噴涂，噴射粒子的速度高，涂層致密，粘結(jié)強度高等優(yōu)點。此外，由于等離子噴涂技術(shù)是使用惰性氣體作為工作氣體，因此等離子噴射的涂層不易被氧化。
2.3超音速火焰噴涂技術(shù)的原理與應(yīng)用
超音速火焰噴涂（簡稱HVOF）是20世紀(jì)80年代初在普通火焰噴涂的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一種新型熱噴涂技術(shù)。它是利用氫、乙炔、丙烯、煤油等做燃料，用氧氣作助燃劑，在燃燒室或特殊的噴嘴中燃燒，產(chǎn)生高達(dá)2000～3000℃、2100m/s以上速度的超音速燃燒火焰，同時將粉末送進(jìn)火焰中，產(chǎn)生熔化或半熔化的粒子，高速撞擊在基體表面上沉積形成涂層，其超音速火焰制備的涂層比普通火焰噴涂或等離子噴涂制備的涂層結(jié)合強度更高更致密。
2.4電弧噴涂技術(shù)
電弧噴涂技術(shù)的工作效率非常高，同時工作成本比較低，基材的受熱影響較小，因此該技術(shù)在防腐、修復(fù)、特殊涂層等方面的應(yīng)用十分廣泛。但與等離子噴涂和超音速火焰噴涂相比，電弧噴涂的涂層質(zhì)量較低，結(jié)合強度約20MPa，孔隙率3%～10%，進(jìn)而限制了電弧噴涂技術(shù)的應(yīng)用范圍。
3熱噴涂技術(shù)在石油化工領(lǐng)域的應(yīng)用
在石油行業(yè)，油田的一些鉆井設(shè)備零部件、提升設(shè)備零部件、泵、球閥、管接頭、各種管道等需要耐腐蝕、耐磨零部件可考慮用熱噴涂技術(shù)，延長其使用壽命。在已有研究中，抽油光桿的內(nèi)涂層技術(shù)已有所突破，并在塔里木油田得到了推廣應(yīng)用。這項技術(shù)主要解決原油對抽油桿的腐蝕問題在抽油光桿內(nèi)壁實施涂層也是噴涂技術(shù)的一項突破。對于在鉆井工具的磨損問題，從對接箍進(jìn)行熱噴涂Ni、Cr、Si等合金可以使接箍的使用壽命提高5～8倍，還有對鉆頭進(jìn)行噴涂或者激光熔敷WC/Co合金，提高鉆頭的硬度和耐磨強度，使鉆頭使用效率得到大幅度提高。此外，熱噴涂技術(shù)還廣泛用于稠油開采中的螺桿泵，因結(jié)垢和磨損嚴(yán)重，檢泵周期很短造成螺桿泵不能正常工作，采用納米摻雜Al2O3+TiO2等離子噴涂，在油田開采試驗中應(yīng)用，并取得良好效果。煉油廠的催化設(shè)備，處于腐蝕嚴(yán)重的環(huán)境中，對裝置進(jìn)行等離子噴涂硬質(zhì)合金粉末，延長設(shè)備的使用壽命。通過對海上鉆井平臺的鋼結(jié)構(gòu)進(jìn)行鋁合金的熱噴涂和封閉處理，很好地解決了海水對平臺的腐蝕問題。
結(jié)語
我國的熱噴涂技術(shù)經(jīng)過多年的發(fā)展，已經(jīng)取得了較大突破和進(jìn)步，為我國的國民經(jīng)濟增長作出了非常重要的貢獻(xiàn)。今后，熱噴涂技術(shù)的發(fā)展與研究過程應(yīng)該立足于產(chǎn)品和構(gòu)件的功能與失效分析、涂層系統(tǒng)設(shè)計、熱噴涂材料、裝備的生產(chǎn)與研發(fā)、質(zhì)量檢驗與產(chǎn)品認(rèn)證、市場開拓與營銷、產(chǎn)業(yè)的技術(shù)咨詢與服務(wù)等方面，進(jìn)而形成完整的工業(yè)體系，推動我國熱噴涂技術(shù)的不斷發(fā)展。
