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    高速電弧噴涂設備

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    - 高速電弧噴涂設備

    高速電弧噴涂設備

    更新時間:2018-08-02 16:48:01點擊次數:697次
     1?引言? 電弧噴涂技術自從20世紀20年代出現以來,得到了不斷的改進,逐步走上成熟化階段,并向著精密化和自動化的方向
    發展。在20世紀80年代后,由于普通電弧噴涂的粒子噴射速度的限制且氧化程度比較嚴重,使電弧噴涂的涂層質量和應用受到一定影響。為此,迫切需要研制新型優質電弧噴涂技術及其設備。高速電弧噴涂技術是在普通電弧噴涂技術上發展起來的一種重要技術,通過對噴涂槍進行改進,提高噴涂粒子的霧化程度和飛行速度來增大涂層與基體的結合強度并降低涂層的孔隙率,可以賦予工件表面優異的耐磨損、防腐蝕、防滑、耐高溫等性能。高速電弧噴涂技術的開發和應用不僅具有重要的理論意義,并且在提高涂層性能方面具有巨大的應用價值。本文主要介紹高速電弧噴涂技術的原理、工藝及主要工藝條件的影響規律。
      2?高速電弧噴涂技術的工作原理
    電弧噴涂技術是以電弧為熱源,將熔化了的金屬絲用高速氣流霧化,并以高速噴到工件表面形成涂層的一種工藝。電弧噴涂示意圖如圖1所示,噴涂時,2根絲狀金屬噴涂材料用送絲裝置通過送絲輪均勻、連續地分別接電源的正、負極,并保證2根絲之間在未接觸之前的可靠絕緣。當兩金屬絲材端部由于送進而互相接觸時,在端部之間短路并產生電弧,使絲材端部瞬間熔化并用壓縮空氣把熔化金屬霧化成微熔滴,以很高的速度噴射到工件表面,形成電弧噴涂層。高速電弧噴涂技術是根據氣體動力學原理,在傳統電弧噴涂的基礎上,將高壓空氣或高溫燃氣通過特殊設計的噴嘴加速后,作為電弧噴涂的高速霧化和加速熔融金屬的動力來源,將霧化粒子高速噴射到工件表面形成致密涂層。圖2是高速電弧噴涂技術原理示意圖。
      3?高速電弧噴涂工藝流程
      3.1?表面預處理工藝
    表面預處理的好壞直接影響涂層的結合強度,不潔凈的表面甚至會導致涂層的剝落。如果涂層表面有水分、油脂和灰塵時,微粒與表面之間就會存在一層隔膜,不能很好地相互嵌合。如果工件表面光滑,微粒就會滑掉或虛浮地沉積,且隨著噴涂層逐漸增厚由于內應力增大而脫落。只有潔凈、干燥、粗糙的表面,?才能使微粒在塑性尚未消失時與表面牢固地嵌合,?形成良好的附著條件。件表面預處理包括以下內容:
    (1)表面清洗,對待噴涂表面及其相鄰近的區域除油、去污、除銹等。
    (2)表面預加工,對工件進行表面清理,?除去待修工件表面的各種損傷。
    (3)表面粗糙化,最為常用的方法是進行噴砂處理。? 
      3.2?噴涂工藝
    噴涂工藝參數的選擇很重要,對霧化粒子的溫度和霧化效果有較大的影響,將直接影響涂層的組織結構、工藝性能、力學性能和耐腐蝕性能。噴涂電壓一定時,噴涂電流越大,熔化金屬顆粒的溫度越高,?霧化粒子越細小, 金屬絲材熔化速度越快,顆粒表面氧化越嚴重,涂層氧化物含量增加,降低了涂層顆粒間結合力。工藝實踐表明,噴涂電流一般不超過200A為宜。噴涂電流一定時,電弧電壓越高,輸入的電功率增加,金屬絲材熔化加快,?熔融粒子溫度升高,粒子氧化嚴重,繼續增加電壓,由于送絲速度不變(由噴涂電流決定),容易造成電弧熄滅,不能進行正常噴涂,所以噴涂電壓一般不高于36V。? 常用材料的高速電弧噴涂工藝規范見表1,?具體使用中應根據具體情況和使用目的進行調整。
      3.3?噴后處理
     ?一般對噴涂后的涂層進行封孔處理。封孔后的涂層表面顏色應均勻,?無漏噴、浸潤不良及大面積流淌等現象。封孔處理后的涂層表面不再進行涂漆處理,?待封孔劑完全固化后即可使用。
      4?影響高速電弧噴涂涂層質量的因素
      一般來說,影響高速電弧噴涂涂層質量的因素有工件的表面預處理質量、高速電弧噴涂工藝規范、壓縮空氣壓力與質量、霧化氣流速度、流量和噴槍結構等。
    4.1?影響涂層表面粗糙度的因素
    霧化氣流速度和氣流流量、熔融粒子溫度、粒子飛行速度和粒子尺寸對涂層表面粗糙度有決定性影響。霧化氣流速度和氣流流量決定粒子飛行速度,粒子飛行速度越高,熔融粒子撞擊工件表面的動能越大,粒子的扁平程度越大,表面粗糙度越小。熔融粒子的溫度越高,粒子的高溫塑性變形能力越大,涂層的表面粗糙度越小。由于高速電弧噴涂霧化粒子的粒度比普通電弧噴涂的粒子粒度小,并且飛行速度高,因此高速電弧噴涂涂層的表面粗糙度比普通電弧噴涂層的要低,這對某些不需對涂層進行機械加工,而又要求表面粗糙度低的場合特別有利。
    4.2?影響涂層致密度的因素
    噴涂層的致密度由涂層的粒子尺寸、粒子飛行速度和粒子溫度決定。高速電弧噴涂由于霧化效果增強,涂層粒子飛行速度高,動能大,粒子細小,因而涂層高度致密,涂層致密度可以和等離子噴涂涂層相媲美。
    4.3?影響涂層結合強度的因素
    電弧噴涂涂層的結合強度有兩層含義,一是指涂層的內聚結合強度,即金屬顆粒之間的結合強度,二是涂層與基體之間的界面結合強度,包括界面拉伸結合強度和界面剪切結合強度。涂層的內聚結合強度直接反映涂層的力學性能,涂層的界面結合強度對涂層的使用性能有決定性影響。涂層界面結合強度低是涂層剝落的主要原因之一。影響涂層界面結合強度主要因素有:
      (1)壓縮空氣的壓力和質量。壓縮空氣壓力越高,高速射流區間越大,涂層結合強度越高。一般壓縮空氣壓力不低于0.5MPa。壓縮空氣的質量越好,空氣中所含油分、水分、雜質越少,涂層結合強度越高。
    (2)霧化氣流流量。霧化氣流流量增加,霧化和加速效果明顯,確定槍口氣流量的大小,要與空氣壓縮機流量相匹配。
    (3)被噴涂工件的表面粗糙度。工件表面粗糙度越高,涂層與基體接觸面積越大,基體與涂層之間的機械嵌合作用越大,涂層的界面結合強度越高。
     ?(4)噴涂距離。噴涂距離對電弧噴涂涂層的界面結合強度有較大的影響。普通電弧噴涂,噴涂距離在150~200mm,高速電弧噴涂,噴涂距離在150~300mm之間,熔融金屬顆粒具有最高的動能,在此區間噴涂可以獲得較高的涂層結合界面強度。
     ?(5)噴槍的噴涂效率。噴涂槍的噴涂效率越高,相應的噴涂電流越大,熔融粒子 的溫度越高,有利于涂層界面結合強度的提高。
      (6)電弧電壓。為保證電弧穩定燃燒,噴涂電壓應選擇中間值。較高的電壓對結合強度有不良影響。以較低的電弧電壓進行噴涂,有利于提高噴涂的沉積效率、改善霧化效果、提高涂層的硬度和耐磨性。
    4.4?影響涂層硬度的因素
    在電弧噴涂過程中,涂層硬度的提高是由于熔融粒子撞擊基體后的快速冷卻引起組織結構的變化和涂層氧化物的存在,以及塑性變形引起的加工硬化。影響涂層硬度的主要因素有:
    (1)噴涂絲材的化學成分。對碳鋼和合金鋼而言,絲材的含碳量越高,噴涂層的硬度越高。鐵素體不銹鋼和奧氏體不銹鋼的硬度主要取決于冷作硬化程度和氧化物含量的多少。
    (2)噴涂距離。噴涂距離越大,熔融粒子的碳元素和合金元素燒損越多,而且熔融粒子的溫度越低,塑性變形能力越小,涂層硬度降低。
    (3)壓縮空氣壓力和霧化氣流流量。壓力和流量越大,對熔化金屬的霧化和加速作用越大,高溫熔融顆粒在空氣中停留的時間越短,粒子動能大,涂層硬度增加。
    (4)噴涂槍的送絲速度。隨送絲速度加快,相應噴涂電流增加,噴涂效率提高,顆粒溫度升高,撞擊工件基體表面后冷卻時間延長,冷作硬化程度下降,涂層硬度降低。
    (5)電弧電壓。電弧穩定燃燒時,噴涂電壓越低,涂層硬度越高。
    5?高速電弧噴涂技術的應用現狀
    高速電弧噴涂技術在腐蝕防護以及設備零件的維修、搶修等領域都得到了廣泛的應用,表1列出了高速電弧噴涂技術的主要用途。下面是高速電弧噴涂技術的一些應用實例
    5.1?提高常溫防腐性能
    采用電弧噴涂技術及高速電弧噴涂技術多次對海軍某獵潛艇、“遠望”號航天測量船等艦船甲板進行防腐治理。經過多年的應用,?證明防腐效果顯著,?預計使用壽命可達15年以上。
    5.2?提高防滑性能
    應用高速電弧噴涂技術制備防滑涂層技術,?研制了防滑專用絲材FH-?16,?用于艦船甲板等需要較高摩擦系數的場合。目前,?已應用該技術對海軍某獵潛艇主甲板進行了防滑治理,?取得了良好的效果。
    5.3?提高耐磨性能
      采用高速電弧噴涂技術對一臺新引風機葉輪的葉片進行了耐磨處理,噴涂層為“低碳馬氏體+3Cr13”復合涂層體系,?涂層厚度為0.5mm,?表面未經任何機加工處理,?預計壽命可成倍增加。
    5.4?提高高溫防腐性能
    采用高速電弧噴涂技術,?噴涂新型高鉻鎳基合金SL30以及金屬間化合物基復合材料Fe-Al/Cr3C2進行高溫腐蝕/沖蝕治理,?制備防熱腐蝕/沖蝕涂層+高溫封孔涂層形成復合涂層體系,?涂層平均厚度為0.2~0.3mm,?防腐壽命可達5年以上。
    6?結?語
     ?高速電弧噴涂技術經濟性能好、適用性強,?是一項易于推廣的高新技術,?是目前大型鋼結構防護工程中防腐蝕壽命最長、成本最低的防護技術之一。未來一?段時間內,?高速電弧噴涂技術的發展應主要集中在3方面:
     (1)開發應用自動化和智能化的高速電弧噴涂設備,研制新型的噴槍結構,?以提高生產效率和質量,改善作業環境;
    (2)進一步深入研究高速電弧噴涂層的防腐蝕機理,采用現代化的技術深入分析涂層的失效形式,弄清環境腐蝕機理及工藝參數對涂層性能的影響;
    (3)為了滿足應用范圍廣、標準要求高的條件,而大力研究復合材料、納米材料、新型合金或非晶材料等高速電弧噴涂材料。
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