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          熱噴涂材料選擇

          文章來源:未知時間:2019-12-04 點擊:
          正確選擇涂層材料是保證涂層性能的關鍵。在選擇涂層材料時,首先要考慮工件的工作條件和涂層的性能,還要考慮工件的材質、批次、經濟性以及提出的熱噴涂方法。根據涂層的作用,涂層可分為耐腐蝕涂層、耐磨涂層、耐磨密封涂層、高溫熱障涂層、絕緣或導電涂層、尺寸修補涂層。
          表面涂層工件在使用過程中的失效通常不是由單一因素引起的,因此工作條件的滿足程度與涂層的性能之間并不一定存在簡單的關系。應詳細分析工作條件,并根據參考文獻或實驗數據綜合考慮涂層結構、物理、化學、力學等性能,確定一種或多種涂層材料。
          耐磨涂層是表面涂層技術的主要應用領域之一。雖然涂層硬度與耐磨性之間存在著粗略的關系,但硬度并不能完全代表表面涂層的耐磨性。因為不同的磨損類型對材料性能有不同的要求,而磨損往往伴隨著沖擊、腐蝕、疲勞和溫度。
          表面涂層材料的選擇不能盲目追求高性能或高價格的涂層材料,造成不必要的浪費,高價格和低價格的材料甚至不能作為選擇涂層材料的標準,相反應在滿足工作條件要求的前提下,盡可能使用廉價的涂層材料材料,在大規模生產時尤為重要。例如,鎳基合金可以被涂覆,而不是鈷基合金。
           
          在選擇表面涂層材料時,一般可按照下列步驟進行:
          (1)分析工作條件和零件性能,了解失效原因和對涂層性能的要求;
          (2)列出可用的涂層材料;
          (3)分析所選材料與基體材料的相容性及適用的熱噴涂方法;
          (4)必要時進行實驗室或者現場試驗;
          (5)綜合考慮使用壽命、成本和工廠條件確定涂層材料;
          (6)確定表面涂裝方法,制定涂裝工藝。
           
          01、耐腐蝕涂層
          耐腐蝕涂層材料的選擇是復雜的。零件的工作狀態、工作溫度、工作環境和各種腐蝕介質增加了對涂層材料的要求。腐蝕性環境可以是水溶液、氣體或各種化學介質。它也可能有很寬的溫度范圍。在有氣體存在的情況下,燃燒的氣體或未燃燒的燃料也可能在適當的溫度下與其他物質發生反應,從而產生非常復雜的腐蝕環境?;旧嫌腥N防腐機制:
          (1)拒絕腐蝕性環境。這主要取決于涂層不會滲透腐蝕性介質,也不會與腐蝕性介質發生反應。
          (2)防止電化學腐蝕。即利用基體金屬和涂層材料的性能來了解它們的氧化還原電位,從而確定基體上的涂層是陰極還是陽極,以及電極的電位。如果涂層和基底材料不匹配,可能會發生電化學腐蝕。下表列出了一些金屬元素在25℃下的標準電極電位。
          (3)緩蝕使用化學緩蝕劑作為涂層的密封劑可以達到一定的保護效果。該方法是用緩蝕劑或無機密封劑填充多孔涂層。使用較薄的涂層可以完全排除腐蝕性環境。在某些情況下,耐腐蝕金屬也可以用作防腐涂層,但在大多數情況下,氧化物陶瓷被用作防腐涂層。
           
          耐腐蝕涂層主要有如下幾種:
          (1)耐大氣腐蝕涂層
          這種涂層在金屬或合金暴露在室外或室內空氣中,但未浸漬在液體中,且能抵抗風、雨、陽光和其他氣候條件下的腐蝕。所有的質量評估都是基于戶外暴露的結果。戶外使用的涂料在室內也很有效。
          此類涂層包括:
          A.耐工業大氣的涂層。這種涂層可以承受帶有煙塵或化學煙霧的惡劣環境,例如在大城市和重工業區。
          B.耐海洋大氣腐蝕的涂層。該涂層可在海洋附近或鹽霧環境下耐腐蝕,在那里的大氣是咸的和潮濕的。
          C.耐鄉村大氣腐蝕的涂層。農村大氣雖然沒有工業煙霧和海洋氣候的鹽霧,但含有一些污染物。
          (2)耐浸蝕涂層
          浸漬腐蝕是指金屬或其涂層暴露在液體中,全部或部分或交替浸漬。防腐層必須能抵抗高于或低于液位的腐蝕。此類涂層有幾種類型:
          A.耐食用淡水的涂層。該涂料耐淡水,不會改變水的化學成分,使其不能食用。
          B.耐非飲用淡水的涂層。該涂料耐非飲用淡水,水溫不超過52℃,PH值為5-10。
          C.耐熱淡水涂層。該系統不適合飲用,溫度為52-204°c,PH值為5-10。
          D.耐鹽水涂層。涂層可全部或部分浸入靜止或移動的鹽水或海水中。
          用于化工和食品工業的涂料。這種涂層能抵抗油、燃料和溶劑等化學反應,并能抵抗各種食品中的腐蝕,但不會改變食品的化學成分或味道。
          (3)耐化學腐蝕涂層
          這種涂層能承受各種酸、堿、鹽溶液、蒸汽和固體的腐蝕。這種涂層主要由各種鐵、鎳基和鉆基合金、自熔性合金、有色金屬、氧化物陶瓷、碳化鉻、碳化鎢和其他金屬陶瓷組成。由于熱噴涂層具有一定的孔隙率,因此,必須對各種涂層進行填充和密封。密封膠本身也必須能抵抗化學介質的腐蝕。
           
          02、耐磨損涂層
          零件磨損通常伴隨著溫度的升高,無論是由摩擦引起的還是與工作環境有關的。一般來說,耐磨涂層用于易受沖擊磨損或腐蝕的環境中。因此,作為耐磨涂層必須堅硬,不易破碎,并具有一定的耐熱和耐化學腐蝕性能。許多碳化物、氮化物、氧化物、鎳基或鈷基合金具有這些性質。
          由于使用環境、工作溫度和磨損條件的不同,磨損情況更為復雜,總結如下:
          (1)粘著磨損
          這種耐磨涂層主要用于軟硬支承面。
          A.軟支承面。該涂層允許潤滑劑中攜帶的磨粒嵌入涂層中,并使軸承表面的基線變形。軟軸承成本較低,但必須潤滑良好,否則磨損太快。
          B.硬支承面。該涂層可作為高磨損、高硬度的軸承材料,能承受磨料磨損,減少劃痕和劃傷,可用于高負荷、低速的硬質軸承表面。
          (2)磨粒磨損
          A.耐磨涂層。涂層的硬度大于磨粒的硬度。高溫用涂料的工作溫度為540—845℃,低溫用涂料的工作溫度在540℃以下。
          B.耐磨涂層。該涂層能夠在含有硬磨料的硬或軟表面上抵抗滑動磨損。涂層應光滑以減少磨損,并應具有適當的摩擦系數。C.高溫用涂料的工作溫度為540—845℃,低溫用涂料的工作溫度在540℃以下。耐低溫硬表面磨損的涂層包括耐纖維和紡織線磨損的涂層。
          (3)表面疲勞和磨損
          抗定向運動磨損的涂層。該涂層能夠承受軌道上滑動、滾動或撞擊造成的磨損,并足以承受持續的沖擊磨損。
          B.耐磨涂層。該涂層能夠抵抗由相互接觸的表面的少量位移引起的振動摩擦。由于接觸摩擦系統的無定向運動,涂層的磨損難以預測。振動是這種磨損中最常見的現象。涂層也分為兩類:高溫和低溫。
          C.抗氣蝕涂層。該涂層能承受液體流動中的孔洞引起的機械沖擊磨損,具有高的韌性、耐磨性和耐腐蝕性。
          (4)沖蝕磨損
          涂層能抵抗尖銳和堅硬顆粒的侵蝕。這些粒子由氣體或液體輸送,并以一定的速度運動。當磨粒沖蝕角小于45°時,磨粒沿磨粒表面飛舞,產生磨粒磨損。此時,涂層的硬度是主要要求,當顆粒沖蝕角大于45°時,涂層的韌性是主要要求。這種涂層也有兩種類型,用于高溫和低溫。
           
          03、機械零件間隙控制涂層
          在壓力下由氣體驅動的機器的機械效率取決于轉子的密封能力。高密封能力可減少或防止氣體泄漏。因此,轉子和定子之間需要非常緊密的配合間隙。由于旋轉部件在工作條件下可能會伸長或膨脹,并與靜止部件發生碰撞,因此很難制造間隙小的機器,但使用耐磨密封件可以解決這一問題。其方法是在靜態零件上噴涂一層耐磨密封層,通過旋轉零件使涂層形成緊密的尺寸密封通道。
          典型的耐磨涂層用于噴氣發動機壓縮機和渦輪機殼。涂層的厚度應足以使轉子葉片和機殼在發動機裝配期間相互重疊。發動機起動時,葉片尖端與涂層摩擦,去除部分涂層形成通道,葉片本身沒有損壞。由于涂層適應于葉片的徑向和軸向運動,每個葉片的尖端在涂層中達到最佳密封。在耐磨涂層的設計中,必須解決兩個根本相反的要求,即涂層不僅是耐磨的,而且必須能抵抗氣流侵蝕和顆粒侵蝕。因此,有必要對涂層的耐磨性、耐熱性和耐化學腐蝕性進行比較。下表顯示了幾種常用的研磨密封涂層材料及其性能。
           
          04、耐高溫熱障涂層
          (1)耐高溫涂層這種涂層能改善基體零件的高溫工作條件,能承受高溫下的化學或物理分解或腐蝕引起的化學損傷。
          (2)耐大氣氧化涂層。該涂層保護基材免受高溫氧化造成的損害。涂層的熔點高于工作溫度,并且在工作溫度下具有較低的蒸汽壓。涂層不需要承受機械磨損。
          (3)氣體防腐涂層。該涂層可防止基材暴露在高溫腐蝕性氣體中。必須考慮的是,氣體與涂層反應以防止形成吸附的氧化物,或者形成脆性成分或穿透涂層以侵蝕基底。涂層不需要承受機械沖擊或磨損。
          (4)耐高溫(850℃以上)侵蝕涂層。這種涂層能同時承受高溫和顆粒侵蝕。高速顆粒和高壓氣體在高溫下形成各種惡劣環境,因此涂層必須能夠承受尖銳和堅硬顆粒移動造成的侵蝕。當顆粒沖蝕角小于45°時,顆粒沿磨粒表面磨損,因此要求涂層具有較高的硬度;當顆粒沖蝕角大于45°時,要求涂層具有較高的韌性。
          (5)熱障涂層。這種涂層導熱系數低,能防止基體材料達到熔點,并具有傳遞輻射熱的功能。
          (6)熔融金屬的耐腐蝕涂層,該涂層能承受熔融金屬的腐蝕,且熔融金屬不發生潤濕。如耐熔鋅、鋁、鋼、鐵和銅鍍層。
           
          05電絕緣和導電涂層
          熱涂層也可用作導電材料,例如印刷線或爐子加熱元件的觸點。氧化物和有機塑料的熱噴涂涂層可用作電絕緣體?;w材料的電性能受噴涂材料的影響。噴涂材料一般應根據材料的已知特性及其使用狀態進行選擇。
          (1)導電涂料必須具有良好的導電性和低電阻。
          (2)電介質涂層此類涂層必須用作絕緣體,以防止電流通過。擊穿涂層的強度(通常表示為單位長度的電壓)和允許的電導是表征介電強度的參數。
          (3)屏蔽涂層
           
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