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我国热喷涂技术近期发展概况
 
全国热喷涂协作组办公室(100044)
刘广海、曾克里、宋希剑
 
摘要
本文叙述了热喷涂技术(包括设备、工艺、材料、科研等方面)在我国近期发展概况及应用特点和最新成就,并展望了该技术的推广应用前景。
关键词:热喷涂技术、发展、前景
 
热喷涂技术在国民经济建设中所发挥的重大作用,越来越引起人们重视。它作为表面技术一个重要组成部分,在国家“六五”至“九五”连续四个五年计划重点推广应用中取得了显著成绩,获得了重大经济效益。目前,无论在设备、材料、工艺、科研等方面都在迅速发展与提高。从去年10月在宁波举行的“第十五届全国热喷涂技术经验交流会”上国内外专家的专题报告以及宣读的论文中可以看出,我国热喷涂技术近期发展的概况及特点是:设备方面(喷枪)向高能、高速度方向发展;材料方面向系列化、标准化、商品化方向发展,以保证多功能高质量涂层的需要;工艺方面向机械化、自动化方向发展,如计算机控制、机械手操作等。下面简要介绍如下:
 
1. 热喷涂设备发展的新动向
 
近期我国加快了设备研制和生产步伐,目前已形成了完整的研制和生产体系,除原有的20多个生产单位,单机品种可达100多个外,近几年来超音速喷涂、等离子喷涂、超音速电弧喷涂、冷喷涂、棒材及陶瓷软线喷涂方面都有很大进展,加之引进许多国外先进设备,使我国热喷涂设备发展达到了崭新阶段。
等离子喷涂设备
超音速等离子喷涂设备
国际上高能高速已成为热喷涂技术的发展方向,相继出现了爆炸喷涂(CD-GmsPrating)、超音速火焰喷涂(HVOF、HVAF)、低压等离子喷涂(LPPS)、以及超音速等离子喷涂(Plazjet)等技术。这些技术都是通过大幅度提高喷涂粒子的速度来获得高质量涂层。但上述设备都各自有
不足之处,由美国Browning公司在1986年末推出的超音速等离子喷涂(Plazjet)具有设备投资少、材料来源广、涂层质量好、生产效率高等诸多优点。
装甲兵工程学院在引进美国PJS-80超音速等离子喷涂设备的基础上,自主设计开发高效能HEPJET超音速等离子喷涂枪,成功地研制了超音速等离子喷涂系统。该系统设计突破了以提高功率和气体流量来获得超音速等离子射流的常规思路,采用独创的单阳极拉伐尔喷咀,研制成功了在低功率、低气体流量条件下的超音速等离子喷枪,较好地解决了刚性射流送粉困难以及等离子喷涂内送粉难以克服的堵咀和粘咀问题,减轻了射流的边界效应,保证了超音速射流对喷涂粉末的高效传热和熔融效率。用该系统制备的陶瓷涂层在结合强度、孔隙率、显微硬度等涂层质量方面已达到,但成本仅为国外的一半,充分显示了该喷枪的高效能特色。在我国首次把超音速等离子喷涂用于主战装备贵重零部件再制造,以及在高温耐蚀、耐磨损、热障涂层等方面也发挥了该喷枪的优越性。
超低功率、高效等离子喷涂设备
大连海事大学研制的Plasma-LE15超低功率高效等离子喷涂设备特点是:
    (1)充分利用等离子热能,实现电能消耗为2~13KW;
    (2)粉末和用于发生等离子气体一同投入喷咀入口,粉末从等离子体发生点开始被加热并与等离子气流方向一致;
    (3)等离体弧长约60mm(没有添加粉末时),等离子气流集中,粉末飞行速度高,涂层组织致密;
    (4)粉末充分被加热,喷涂效率高,金属和碳化物粉末沉积效率可达80%以上;
    (5)直流电源和气体控制一体化,能够方便移动,适合于现场喷涂作业;
    (6)由于喷涂小型化可直接喷涂140mm以上内表面。
水稳等离子喷涂设备
在气稳等离子喷涂占据着领导地位的今天,水稳等离子喷涂的出现为人们提供了一种互补的选择。水稳等离子喷涂的优点与缺点都较为突出;功率大、运行成本低、喷涂速度高;但结构与工艺过程较为复杂。在当今热喷涂技术向大产值、大批量迈进的形势下,这项技术开始受到更多的重视和应用。
当前工业上所采用的典型的水稳等离子喷涂设备是捷克布拉格等离子物理研究所指导开发的PAL160型,其功率可达120~200kW。该系统是由特殊形状的腔室、旋转冷却的阳极和自耗石墨阴极构成。系统的核心是阴阳两极之间的起弧过程,起弧是靠切线方向输入的水流中央的金属丝打火所引发。该过程依靠外层水流来冷却腔壁,而不必象气稳等等子弧那样,需要两套独立的工艺
——稳弧与冷却。但水稳等离子弧工艺具有弧焰不太稳定,电极易腐蚀等缺点。
很明显,气稳等离子弧适用于对喷涂质量要求高、喷涂面积小、工艺精细的作业,喷涂材料一般较为特殊、价格较昂贵;而水稳等离子喷涂则是用于大面积、高速率作业,尤其适用于批量喷涂氧化物材料,对于大量生产球形粉末材料也是最佳的选