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1、中海石油炼化有限责任公司中海石油炼化有限责任公司q材料表面工程技术之一材料表面工程技术之一 热喷涂技术及其应用热喷涂技术及其应用设备维修技术交流(二)-欧阳健中海石油炼化有限责任公司中海石油炼化有限责任公司目录目录 一、前言一、前言 1. 1. 材料表面技术概况材料表面技术概况 2. 2. 材料表面技术分类材料表面技术分类 3. 3. 热喷涂技术概况热喷涂技术概况 4. 4. 热喷涂涂层的性能热喷涂涂层的性能 二、先进热喷涂技术二、先进热喷涂技术1. 1. 低压等离子喷涂低压等离子喷涂2. 2. 高速火焰喷涂高速火焰喷涂3. 3. 冷喷涂冷喷涂4. 4. 热喷涂工艺热喷涂工艺 三三. . 热喷
2、涂技术应用热喷涂技术应用 1. 1. 防腐蚀涂层防腐蚀涂层 2. 2. 抗磨损涂层抗磨损涂层 3. 3. 抗高温氧化和耐热腐蚀涂层抗高温氧化和耐热腐蚀涂层 4. 4. 热障涂层热障涂层 5. 5. 绝缘涂层绝缘涂层 6. 6. 尺寸恢复涂层尺寸恢复涂层 石化行业的其它应用中海石油炼化有限责任公司中海石油炼化有限责任公司一、前言一、前言1. 1. 材料表面工程技术概况材料表面工程技术概况众所周知众所周知, , 金属材料会与周围介质发生化学、电化学反应而遭受腐金属材料会与周围介质发生化学、电化学反应而遭受腐蚀蚀. . 此外此外, ,金属表面受各种机械作用会也引起磨损金属表面受各种机械作用会也引起磨
3、损. .针对受损部位，可以运用材料表面工程技术中的表面镀膜、涂层、表面异针对受损部位，可以运用材料表面工程技术中的表面镀膜、涂层、表面异种材质的扩渗，表面改性或几种的复合等方法，修补材料表面、改变材料种材质的扩渗，表面改性或几种的复合等方法，修补材料表面、改变材料表面的形态、化学成分、组织结构，获得所需要的结构和性能；表面的形态、化学成分、组织结构，获得所需要的结构和性能；现代表面技术已制备出了许多新材料、新器件，应用到如光、磁记录，液现代表面技术已制备出了许多新材料、新器件，应用到如光、磁记录，液晶显示，太阳能材料，耐高温、耐磨的航空晶显示，太阳能材料，耐高温、耐磨的航空( (燃气轮机燃气轮
4、机) )、火箭发动机等高、火箭发动机等高新技术领域，是目前节能及节约资源的有效技术之一；新技术领域，是目前节能及节约资源的有效技术之一；工业部门越来越多地要求机械设备能在高参数工业部门越来越多地要求机械设备能在高参数( (高温、高压、高速度和高度高温、高压、高速度和高度自动化自动化) )和恶劣的工况条件和恶劣的工况条件( (如严重的磨损和腐蚀如严重的磨损和腐蚀) )下长期稳定的运行下长期稳定的运行. . 表面表面处理技术就具有重大的技术和经济意义。而表面处理技术也在这种需求的处理技术就具有重大的技术和经济意义。而表面处理技术也在这种需求的推动下获得了飞速的发展和提高推动下获得了飞速的发展和提高
5、. . 中海石油炼化有限责任公司中海石油炼化有限责任公司2. 2. 材料表面技术的分类材料表面技术的分类材料材料表面表面技术技术涂镀涂镀技术技术表面表面改性改性技术技术表面表面检测检测技术技术扩渗扩渗（气体、（气体、液体、固液体、固体）体）机械机械强化强化PVD(真空离子真空离子电镀电镀 )喷塑喷塑漆料漆料热喷涂热喷涂喷焊喷焊电镀、电镀、阳极氧阳极氧化、化化、化学镀学镀CVD(化學蒸镀化學蒸镀 )三束改性三束改性(电子束、电子束、离子束、离子束、激光束激光束)中海石油炼化有限责任公司中海石油炼化有限责任公司qq热喷涂技术是表面防护和强化的技术之一热喷涂技术是表面防护和强化的技术之一热喷涂技术是
6、表面防护和强化的技术之一热喷涂技术是表面防护和强化的技术之一, , , , 利用某种热利用某种热利用某种热利用某种热源源源源, , , , 如电弧、等离子弧、燃烧火焰等将粉末状或丝状的如电弧、等离子弧、燃烧火焰等将粉末状或丝状的如电弧、等离子弧、燃烧火焰等将粉末状或丝状的如电弧、等离子弧、燃烧火焰等将粉末状或丝状的金属和非金金属和非金金属和非金金属和非金 属涂层材料加热到熔融或半熔融状态属涂层材料加热到熔融或半熔融状态属涂层材料加热到熔融或半熔融状态属涂层材料加热到熔融或半熔融状态, , , , 然然然然后借助焰流本身的动力或外加的高速气流雾化并以一定后借助焰流本身的动力或外加的高速气流雾化并
7、以一定后借助焰流本身的动力或外加的高速气流雾化并以一定后借助焰流本身的动力或外加的高速气流雾化并以一定的速度喷射到经过预处理的基体材料表面的速度喷射到经过预处理的基体材料表面的速度喷射到经过预处理的基体材料表面的速度喷射到经过预处理的基体材料表面, , , , 与基体材料与基体材料与基体材料与基体材料结合而形成具有各种功能的表面覆盖涂层的一种技术。结合而形成具有各种功能的表面覆盖涂层的一种技术。结合而形成具有各种功能的表面覆盖涂层的一种技术。结合而形成具有各种功能的表面覆盖涂层的一种技术。 3. 3. 热喷涂技术概况热喷涂技术概况中海石油炼化有限责任公司中海石油炼化有限责任公司q利用热源将涂层
8、材料加热到熔融或者半熔融状态，借助焰流及高速气体将涂层材料粒子喷射到基体表面，获得沉积成具有某种特殊功能涂层。中海石油炼化有限责任公司中海石油炼化有限责任公司热喷涂技术分类热喷涂技术分类热喷涂技术分类热喷涂技术分类q1)1)气体燃烧火焰喷涂气体燃烧火焰喷涂：高速火焰喷涂、爆炸喷涂、粉末高速火焰喷涂、爆炸喷涂、粉末火焰喷涂、线、棒材火焰喷涂火焰喷涂、线、棒材火焰喷涂q2)2)电弧喷涂：电弧喷涂：常规电弧喷涂、高速电弧喷涂常规电弧喷涂、高速电弧喷涂q3)3)等离子喷涂等离子喷涂：大气等离子喷涂、低压等离子喷涂、水稳：大气等离子喷涂、低压等离子喷涂、水稳等离子喷涂、微弧等离子喷涂、三阴极等离子喷涂等
9、离子喷涂、微弧等离子喷涂、三阴极等离子喷涂q4)4)电热热源喷涂：电热热源喷涂：线材电爆喷涂、冷喷涂线材电爆喷涂、冷喷涂中海石油炼化有限责任公司中海石油炼化有限责任公司常用热喷涂喷枪常用热喷涂喷枪常用热喷涂喷枪常用热喷涂喷枪等离子喷涂等离子喷涂高速火焰喷涂高速火焰喷涂粉末火焰粉末火焰电弧喷涂电弧喷涂丝材火焰喷涂丝材火焰喷涂粉末粉末丝材丝材中海石油炼化有限责任公司中海石油炼化有限责任公司热喷涂工艺温度要素热喷涂工艺温度要素热喷涂工艺温度要素热喷涂工艺温度要素热源种类热源种类 温度（温度（） 丙烷丙烷- -氧气氧气 26402640天然气天然气- -氧气氧气 27352735氢气氢气- -氧气氧气
10、 26902690乙炔乙炔- -氧气氧气 31003100电弧电弧 5000-60005000-6000等离子电弧等离子电弧 1000010000中海石油炼化有限责任公司中海石油炼化有限责任公司常用喷涂材料常用喷涂材料常用喷涂材料常用喷涂材料金属及其合金金属及其合金FeFe、AlAl、ZnZn、NiNi、CuCu、MoMo等各种金属及其合金；等各种金属及其合金；NiNi3 3AlAl、TiNiTiNi等金属间化合物；等金属间化合物；TiTi、ZrZr和和HfHf（系元素）碳化物；（系元素）碳化物；CrCr、MoMo和和W W（系元素）硼化物；（系元素）硼化物；V V、NbNb和和TaTa（系元
11、素）氮化物（系元素）氮化物金属基复合材料金属基复合材料 Ni/Co/FeNi/Co/Fe基合金基合金+ Al+ Al2 2O O3 3、ZrOZrO2 2 等等Ni/Co/FeNi/Co/Fe基合金基合金+ WC, + WC, TiCTiC，CrCr3 3C C2 2等等Al/NiAl/Ni基材料基材料+ +磨料磨料陶瓷陶瓷AlAl2 2O O3 3、ZrOZrO2 2、TiOTiO2 2、 CrCr2 2O O3 3氧化物；氧化物；B B4 4C C、SiCSiC、SiSi3 3N N4 4、BNBN等等有机材料有机材料聚醚、聚丙烯类共聚物聚醚、聚丙烯类共聚物 、Al-Si+Al-Si+聚醚
12、等聚醚等中海石油炼化有限责任公司中海石油炼化有限责任公司4.4.热喷涂涂层的性能热喷涂涂层的性能q1. 1. 化学成分化学成分q 由于涂层材料在熔化和喷射过程中，在高温下会与周围介质发生作用生成氧化物、氮化物，以及在高温下会发生分解，因而涂层的成分与涂层材料的成分是有一定的差异的，并在一定程度上影响涂层的性能。如MCrAlY氧化后会影响其耐蚀性，而WCCo经氧化和高温分解后其耐磨性会降低。通过喷涂方法的选择可以避免和减轻这一现象的发生。如采用低压等离子喷涂可大大减少涂层材料的氧化，而高速火焰喷涂则可以防止碳化物的高温分解。q2. 2. 孔隙度孔隙度q 热喷涂涂层中不可避免地存在着孔隙，孔隙度的
13、大小与颗粒的温度和速度以及喷涂距离和喷涂角度等喷涂参数有关。一般来说，温度及速度都低的火焰喷涂和电弧喷涂涂层的孔隙度都比较高，一般达到百分之几，甚至可达百分之十几。而高温的等离子喷涂涂层及高速的超音速火焰喷涂涂层则孔隙度较低。最低可达0.5以下。q3. 3. 硬度硬度q 由于热喷涂涂层在形成时的激冷和高速撞击，涂层晶粒细化以及晶格产生畸变使涂层得到强化，因而热喷涂涂层的硬度比一般材料的硬度要高一些，其大小也会因喷涂方法的不同而有所差异。中海石油炼化有限责任公司中海石油炼化有限责任公司热喷涂涂层的性能热喷涂涂层的性能q4. 4. 结合强度结合强度q 热喷涂涂层与基体的结合主要依靠与基体粗糙表面的
14、机械咬合（抛描效应）。基材表面的清洁程度、涂层材料的颗粒温度和颗粒撞击基体的速度以及涂层中残余应力的大小均会影响涂层与基体的结合强度，因而涂层的结合强度也与所采用的喷涂方法有关。q5. 5. 冷热疲劳性能冷热疲劳性能q对于一些在冷热循环状态下使用的工件，其涂层的抗冷热疲劳（或称热震）性能至关重要，如若该涂层的抗热震性能不好，则工件在使用过程中便会很快开裂甚至剥落。涂层抗热震性能的好坏主要取决于涂层材料与基体材料的热膨胀系数差异的大小和涂层与基体材料结合的强弱。中海石油炼化有限责任公司中海石油炼化有限责任公司二、先进热喷涂技术及应用二、先进热喷涂技术及应用1. 1. 低压等离子喷涂（低压等离子喷
15、涂（LPPSLPPS、VPSVPS）q在低压保护气氛下进行的等离子喷涂；在低压保护气氛下进行的等离子喷涂；q涂层成分不受污染、结合强度高、涂层致密；涂层成分不受污染、结合强度高、涂层致密；q设备主要包括真空系统、冷却和除尘系统、喷涂工作室、持枪设备主要包括真空系统、冷却和除尘系统、喷涂工作室、持枪机器人及与其联动的工件夹持系统、等离子喷涂系统、转移弧机器人及与其联动的工件夹持系统、等离子喷涂系统、转移弧电源系统和控制系统。电源系统和控制系统。中海石油炼化有限责任公司中海石油炼化有限责任公司 低压等离子喷涂的特点低压等离子喷涂的特点低压等离子喷涂的特点低压等离子喷涂的特点q在低压保护性气氛下工作
16、，可防止氧、氮污染；在低压保护性气氛下工作，可防止氧、氮污染；q等离子射流可到等离子射流可到2000m/s2000m/s，粒子速度可达，粒子速度可达300m/s300m/s，涂层致密；，涂层致密；q基体温度可达基体温度可达650650，涂层应力较小，涂层能较厚；，涂层应力较小，涂层能较厚；q采用转移弧电清理，提高基体表面活性，提高了涂层与基体的结合；采用转移弧电清理，提高基体表面活性，提高了涂层与基体的结合；q低压下等离子焰变粗变长，粉末受热均匀；低压下等离子焰变粗变长，粉末受热均匀；q喷涂在真空罐内进行，粉尘和噪音污染小；喷涂在真空罐内进行，粉尘和噪音污染小；q低压等离子喷涂要求较细的粉末；
17、低压等离子喷涂要求较细的粉末；q主要用于活性金属材料的涂层（如钛、锆、钨、钽及合金）及对成分要主要用于活性金属材料的涂层（如钛、锆、钨、钽及合金）及对成分要求严格，且要求结合强度高，孔隙率低的涂层（如求严格，且要求结合强度高，孔隙率低的涂层（如MCrAlYMCrAlY系合金）的制系合金）的制备上。备上。中海石油炼化有限责任公司中海石油炼化有限责任公司低压等离子喷涂的应用低压等离子喷涂的应用低压等离子喷涂的应用低压等离子喷涂的应用q生物涂层：人工种植体上的钛涂层；生物涂层：人工种植体上的钛涂层；q超合金涂层：在飞机发动机和大型地面燃机涡轮叶片上喷涂抗高温氧超合金涂层：在飞机发动机和大型地面燃机涡
18、轮叶片上喷涂抗高温氧化化MCrAlYMCrAlY超合金涂层以及热障涂层的过渡层；超合金涂层以及热障涂层的过渡层；q用作靶材的高纯度金属涂层；用作靶材的高纯度金属涂层；q钨涂层：核聚变托克马克装置用反应内腔喷涂钨涂层。钨涂层：核聚变托克马克装置用反应内腔喷涂钨涂层。中海石油炼化有限责任公司中海石油炼化有限责任公司真空等离子喷涂薄涂层技术真空等离子喷涂薄涂层技术真空等离子喷涂薄涂层技术真空等离子喷涂薄涂层技术q工作压力在工作压力在0.5-10mbar0.5-10mbar之间；之间；q涂层均匀、致密、沉积效率高；涂层均匀、致密、沉积效率高；q制备的涂层在制备的涂层在5-505-50m；q涂层应力小，
19、可以制备出厚的热障涂层涂层应力小，可以制备出厚的热障涂层(TBC)(TBC)，Al2O3Al2O3绝缘涂层和导电绝缘涂层和导电涂层；涂层；q铝表面上制备铝表面上制备AlAl2 2O O3 3涂层，孔隙率涂层，孔隙率1%1%，具有，具有250-450KV/cm250-450KV/cm的击穿电压；的击穿电压；AlAl2 2OO3 3涂层涂层中海石油炼化有限责任公司中海石油炼化有限责任公司低压等离子喷涂的其它应用及前景低压等离子喷涂的其它应用及前景低压等离子喷涂的其它应用及前景低压等离子喷涂的其它应用及前景 q在航空航天、电子、医学、能源有广泛的应用，特别是在航空航天、电子、医学、能源有广泛的应用，
20、特别是制备各种绝缘涂层、导电涂层、能量转换涂层、光学性制备各种绝缘涂层、导电涂层、能量转换涂层、光学性能（反射、吸收、转移等）涂层、梯度涂层、催化涂层、能（反射、吸收、转移等）涂层、梯度涂层、催化涂层、隔热涂层、抗高温氧化及热腐蚀涂层等。隔热涂层、抗高温氧化及热腐蚀涂层等。中海石油炼化有限责任公司中海石油炼化有限责任公司2. 2. 高速火焰喷涂（高速火焰喷涂（HVOFHVOF、HVAFHVAF）q二十世纪二十世纪8080年代，出现了第一代年代，出现了第一代HVOFHVOF设备设备Jet-Jet-KoteKote；q粒子速度提高到粒子速度提高到400m/s400m/s以上；以上；q涂层结合强度大
21、幅度提高，孔隙率大大降低；涂层结合强度大幅度提高，孔隙率大大降低；q火焰温度火焰温度30003000，碳化物喷涂过程中分解小，碳化物喷涂过程中分解小; ;q采用航空煤油替代丙烷、丙烯和氢气等，降低了成本；采用航空煤油替代丙烷、丙烯和氢气等，降低了成本；q近年出现了使用压缩空气替代氧气的近年出现了使用压缩空气替代氧气的HVAFHVAF设备，碳化钨涂层的性能设备，碳化钨涂层的性能更优。更优。中海石油炼化有限责任公司中海石油炼化有限责任公司HVOFHVOFHVOFHVOF特点特点特点特点q氧化程度低，碳化钨失碳接近真空喷涂；氧化程度低，碳化钨失碳接近真空喷涂；q孔隙率孔隙率1%;1%;q强度接近烧结
22、强度接近烧结/ /铸造材料；铸造材料；q高硬度、韧性好；高硬度、韧性好；q优异的抛光性能；优异的抛光性能；q低应力，涂层厚度不受限制；低应力，涂层厚度不受限制；q生产效率高，金属生产效率高，金属20Kg/h20Kg/h，碳化钨，碳化钨30-40Kg/h30-40Kg/h；q喷涂过程不积瘤。喷涂过程不积瘤。中海石油炼化有限责任公司中海石油炼化有限责任公司采用采用采用采用HVOFHVOFHVOFHVOF涂层替代电镀硬铬涂层替代电镀硬铬涂层替代电镀硬铬涂层替代电镀硬铬q传统电镀的缺限和制约：传统电镀的缺限和制约： 1) 1) 环保要求：环保要求：CrCr6+6+致癌，电镀废水污染环境。致癌，电镀废水
23、污染环境。 2) 2) 性能要求：不能满足工作温度高、耐磨的工况，存在氢脆。性能要求：不能满足工作温度高、耐磨的工况，存在氢脆。 3) 3) 电镀工艺沉积速度慢；电镀的工件尺寸受镀槽尺寸的限制。电镀工艺沉积速度慢；电镀的工件尺寸受镀槽尺寸的限制。q高速火焰喷涂优势：高速火焰喷涂优势：特点特点热喷热喷涂涂镀铬镀铬涂涂层层厚度厚度均匀，可以很厚均匀，可以很厚有限制有限制化学溶液控制化学溶液控制不需要不需要严严格格工件尺寸限制工件尺寸限制无无有有机机动动性性好好差差现场现场修复能力修复能力强强差差中海石油炼化有限责任公司中海石油炼化有限责任公司HVOFHVOFHVOFHVOF涂层和硬铬层的性能比较涂
24、层和硬铬层的性能比较涂层和硬铬层的性能比较涂层和硬铬层的性能比较涂涂 层层性能性能WC - 12CoWC - 12CoCrCr3 3C C2 2- 25NiCr- 25NiCr硬铬镀层硬铬镀层显微硬度显微硬度 HVHV1100 - 14001100 - 1400900 - 1200900 - 1200800 - 1000800 - 1000表面粗糙度表面粗糙度, ,微英寸微英寸140 - 170140 - 170180 - 200180 - 20040 - 5040 - 50研磨光洁度研磨光洁度 Ra,Ra,微英寸微英寸1010101016 - 3216 - 32干磨粒磨损率干磨粒磨损率0.2
25、0.20.20.21.01.0干磨粒磨损比干磨粒磨损比5 5 1 15 5 1 11:11:1最高工作温度，最高工作温度，538538816816427427中海石油炼化有限责任公司中海石油炼化有限责任公司HVOFHVOFHVOFHVOF的应用的应用的应用的应用q轴承、转子叶轮安装面的修复等轴承、转子叶轮安装面的修复等中海石油炼化有限责任公司中海石油炼化有限责任公司HVOFHVOFHVOFHVOF的应用的应用的应用的应用q造纸压光辊、钢铁张力辊、输送辊、炉底辊造纸压光辊、钢铁张力辊、输送辊、炉底辊q水力发电站水轮机部件等。水力发电站水轮机部件等。q油浆泵、砂浆泵、烟气轮机等。油浆泵、砂浆泵、烟
26、气轮机等。中海石油炼化有限责任公司中海石油炼化有限责任公司3. 3. 冷喷涂技术冷喷涂技术q粒子在喷涂过程中加热到粒子在喷涂过程中加热到，但没，但没熔化，同时被超音速气流加速，喷射到基体表面，熔化，同时被超音速气流加速，喷射到基体表面，粒子产生锻焊作用而沉积在基体表面的技术；粒子产生锻焊作用而沉积在基体表面的技术；q原理：加热到一定温度的高压气流经拉瓦尔管加速原理：加热到一定温度的高压气流经拉瓦尔管加速产生超高音速的束流，该束流将粉末粒子加速到数产生超高音速的束流，该束流将粉末粒子加速到数倍音速，撞击到基体表面，通过固态塑性变形而形倍音速，撞击到基体表面，通过固态塑性变形而形成涂层。成涂层。中
27、海石油炼化有限责任公司中海石油炼化有限责任公司冷喷形成良好涂层的基本条件冷喷形成良好涂层的基本条件冷喷形成良好涂层的基本条件冷喷形成良好涂层的基本条件q粒子的速度要达到临界速度；粒子的速度要达到临界速度；q基体与喷涂材料粒子都要有一定的塑性变基体与喷涂材料粒子都要有一定的塑性变形的能力。形的能力。材料材料临界速度值临界速度值(m/s)(m/s)CuCu560560FeFe620620NiNi620620AlAl680680中海石油炼化有限责任公司中海石油炼化有限责任公司冷喷涂涂层的微观结构冷喷涂涂层的微观结构冷喷涂涂层的微观结构冷喷涂涂层的微观结构中海石油炼化有限责任公司中海石油炼化有限责任公
28、司部分冷喷涂涂层的性能部分冷喷涂涂层的性能部分冷喷涂涂层的性能部分冷喷涂涂层的性能中海石油炼化有限责任公司中海石油炼化有限责任公司冷喷涂涂层的优点冷喷涂涂层的优点冷喷涂涂层的优点冷喷涂涂层的优点q涂层致密，且涂层成分基本上与粉末保持一致；涂层致密，且涂层成分基本上与粉末保持一致；q涂层残余应力低，涂层厚度基本不受限制；涂层残余应力低，涂层厚度基本不受限制；q涂层具有稳定的相结构；涂层具有稳定的相结构；q工件温度低，热影响小；工件温度低，热影响小；q涂层具有锻造结构，其硬度高于同样成分的块体材料；涂层具有锻造结构，其硬度高于同样成分的块体材料；q涂层是形变组织，特殊处理后可得到纳米结构组织；涂层
29、是形变组织，特殊处理后可得到纳米结构组织；q沉积的斑点大小可以调节，省去遮挡工作；沉积的斑点大小可以调节，省去遮挡工作；q设备运行成本低；设备运行成本低；q工作环境好，无高温辐射、噪音低；工作环境好，无高温辐射、噪音低；q几乎所有金属和合金都可以进行喷涂。几乎所有金属和合金都可以进行喷涂。中海石油炼化有限责任公司中海石油炼化有限责任公司4. 4. 热喷涂工艺热喷涂工艺 热喷工艺过程如下：工件表面预处理热喷工艺过程如下：工件表面预处理热喷工艺过程如下：工件表面预处理热喷工艺过程如下：工件表面预处理 工件预工件预工件预工件预热热热热 喷涂喷涂喷涂喷涂 涂层后处理涂层后处理涂层后处理涂层后处理q1.
30、 1. 表面预处理表面预处理 为了使涂层与基体材料很好地结合为了使涂层与基体材料很好地结合, ,基材表面必须清洁及粗糙基材表面必须清洁及粗糙. . 净化处理的目的是除去工件表面的所有污垢净化处理的目的是除去工件表面的所有污垢, , 方法有溶剂清洗法、蒸汽方法有溶剂清洗法、蒸汽清洗法、碱洗法及加热脱脂法等清洗法、碱洗法及加热脱脂法等. . 粗化处理的目的是增加涂层与基材间的接触面粗化处理的目的是增加涂层与基材间的接触面, , 增大涂层与基材的机械增大涂层与基材的机械咬合力咬合力, , 使净化处理过的表面更加活化使净化处理过的表面更加活化, ,以提高涂层与基材的结合强度以提高涂层与基材的结合强度.
31、 . 粗粗化处理的方法有喷砂、机械加工法化处理的方法有喷砂、机械加工法( (如车螺纹、滚花如车螺纹、滚花) )、电拉毛等。其中喷、电拉毛等。其中喷砂处理是最常用的粗化处理方法，常用的喷砂介质有氧化铝、碳化硅和冷砂处理是最常用的粗化处理方法，常用的喷砂介质有氧化铝、碳化硅和冷硬铸铁等。多数工件表面的硬铸铁等。多数工件表面的2.52.51313 mRamRa就够了。就够了。 对于一些与基材粘结不好的涂层材料对于一些与基材粘结不好的涂层材料, , 还应选择一种与基体材料粘结还应选择一种与基体材料粘结好的材料喷涂一层过渡层好的材料喷涂一层过渡层, ,称为粘结底层称为粘结底层, ,常用作粘结底层的材料有
32、常用作粘结底层的材料有MoMo、NiAlNiAl、NiCrNiCr及铝青铜等及铝青铜等. .粘结底层的厚度一般为粘结底层的厚度一般为0.080.080.180.18 m m。中海石油炼化有限责任公司中海石油炼化有限责任公司2.2.预热预热 预热的目的是为了消除工件表面的水分和湿气预热的目的是为了消除工件表面的水分和湿气, , 提高喷涂粒子与工件接提高喷涂粒子与工件接触时的界面温度触时的界面温度, , 以提高涂层与基体的结合强度；减少因基材与涂层材料以提高涂层与基体的结合强度；减少因基材与涂层材料的热膨胀差异造成的应力而导致的涂层开裂的热膨胀差异造成的应力而导致的涂层开裂. . 预热温度取决于工
33、件的大小、预热温度取决于工件的大小、形状和材质形状和材质, ,以及基材和涂层材料的热膨胀系数等因素以及基材和涂层材料的热膨胀系数等因素, ,一般情况下预热温一般情况下预热温度控制在度控制在60 - 120 60 - 120 之间之间. .3.3.喷涂喷涂采用何种喷涂方法进行喷涂主要取决于选用的喷涂材料、工件的工况及对采用何种喷涂方法进行喷涂主要取决于选用的喷涂材料、工件的工况及对涂层质量的要求。例如，如果是陶瓷涂层，则最好选用等离子喷涂；如果涂层质量的要求。例如，如果是陶瓷涂层，则最好选用等离子喷涂；如果是碳化物金属陶瓷涂层则最好采用高速火焰喷涂；若是喷涂塑料则只能采是碳化物金属陶瓷涂层则最好
34、采用高速火焰喷涂；若是喷涂塑料则只能采用火焰喷涂；而若要在户外进行大面积防腐工程的喷涂的话，那就非灵活用火焰喷涂；而若要在户外进行大面积防腐工程的喷涂的话，那就非灵活高效的电弧喷涂或丝材火焰喷涂莫属了。总之，喷涂方法的选择一般来说高效的电弧喷涂或丝材火焰喷涂莫属了。总之，喷涂方法的选择一般来说是多样的，但对某种应用来说总有一种方法是最好的。是多样的，但对某种应用来说总有一种方法是最好的。 预处理好的工件要在尽可能短的时间内进行喷涂预处理好的工件要在尽可能短的时间内进行喷涂, ,喷涂参数要根据涂层喷涂参数要根据涂层材料、喷枪性能和工件的具体情况而定材料、喷枪性能和工件的具体情况而定, , 优化的
35、喷涂条件可以提高喷涂效优化的喷涂条件可以提高喷涂效率、并获得致密度高、结合强度高的高质量涂层率、并获得致密度高、结合强度高的高质量涂层. .中海石油炼化有限责任公司中海石油炼化有限责任公司q4.4.涂层后处理涂层后处理 喷涂所得涂层有时不能直接使用喷涂所得涂层有时不能直接使用, , 必须进行一系列的后处理必须进行一系列的后处理. . 用于防腐蚀的涂层用于防腐蚀的涂层, , 必须对涂层进行封孔处理必须对涂层进行封孔处理. . 选择合适的封孔剂选择合适的封孔剂, , 要根据工件的工作介质、环境、温度及成本等多种因素进行考虑要根据工件的工作介质、环境、温度及成本等多种因素进行考虑. . 对于承受高应
36、力载荷或冲击磨损的工件对于承受高应力载荷或冲击磨损的工件, ,为了提高涂层的结合强度为了提高涂层的结合强度, ,要对喷涂层进行重熔处理要对喷涂层进行重熔处理( (如火焰重熔、感应重熔、激光重熔以及热等如火焰重熔、感应重熔、激光重熔以及热等静压等静压等), ), 使多孔的且与基体仅以机械结合的涂层变为与基材呈冶金结使多孔的且与基体仅以机械结合的涂层变为与基材呈冶金结合的致密涂层合的致密涂层. . 有尺寸精度要求的有尺寸精度要求的, ,要对涂层进行机械加工要对涂层进行机械加工. . 选用合理的加工方法和选用合理的加工方法和相应的工艺参数才能保证喷涂层机械加工的顺利进行和保证达到所要求相应的工艺参数
37、才能保证喷涂层机械加工的顺利进行和保证达到所要求的尺寸精度的尺寸精度. .中海石油炼化有限责任公司中海石油炼化有限责任公司q防腐蚀涂层q抗磨损涂层q抗高温氧化和耐热腐蚀涂层q热障涂层q绝缘涂层q尺寸恢复(维修)三三. .热喷涂在工业中的应用热喷涂在工业中的应用中海石油炼化有限责任公司中海石油炼化有限责任公司防腐蚀涂层防腐蚀涂层防腐蚀涂层防腐蚀涂层 长长期期暴暴露露在在户户外外大大气气(海海洋洋、工工业业及及城城乡乡大大气气)和和不不同同介介质质(海海水水、河河水水、溶溶剂剂及及油油类类等等)环环境境中中的的大大型型钢钢铁铁构构件件,如如输输变变电电铁铁塔塔、钢钢结结构构桥桥、海海上上钻钻井井平
38、平台台、煤煤矿矿井井架架以以及及各各种种化化工工容容器器如如储储罐罐等等,受受到到不不同同程程度度的的环环境境氧氧化化和和侵侵蚀蚀. 采采用用Al、Zn、Al - Zn合合金金及及不不锈锈钢钢等等涂涂层层进进行防护行防护,可以获得长期防护效果可以获得长期防护效果。 在在气气体体腐腐蚀蚀和和化化学学腐腐蚀蚀介介质质工工况况下下运运行行的的部部件件,可可以以根根据据具具体体工工况况(如如介介质质、浓浓度度、温温度度、压压力力等等)选选择择合合适适的的金金属属、合合金金、陶陶瓷瓷及及塑塑料等涂层材料进行防护料等涂层材料进行防护。中海石油炼化有限责任公司中海石油炼化有限责任公司抗磨损涂层抗磨损涂层抗磨
39、损涂层抗磨损涂层 磨损是造成工业部门设备损坏的主要原因之一磨损是造成工业部门设备损坏的主要原因之一, 可能产生磨损的可能产生磨损的工作条件包括冲刷、滑动、冲击、擦伤、侵蚀等工作条件包括冲刷、滑动、冲击、擦伤、侵蚀等.抗磨损涂层应该是抗磨损涂层应该是高硬度的高硬度的,而且具有耐热和耐化学腐蚀的性能而且具有耐热和耐化学腐蚀的性能.Fe、Ni、Co基自熔合金基自熔合金以及以及WC - Co和和Cr3C2-NiCr等金属陶瓷以及等金属陶瓷以及 Al2O3、Cr2O3等陶瓷材料等陶瓷材料具有上述这些性能具有上述这些性能.他们他们 的硬度可以达到的硬度可以达到HRC65以上，其耐磨性能是以上，其耐磨性能是
40、镀硬铬的镀硬铬的5倍以上。倍以上。采用涂层技术提高工件表面耐磨性的应用非常广采用涂层技术提高工件表面耐磨性的应用非常广泛，如活塞环、齿轮同步环喷涂泛，如活塞环、齿轮同步环喷涂Mo涂层涂层, 纺织机械中的罗拉、导丝钩纺织机械中的罗拉、导丝钩等零部件喷涂耐纤维磨损的等零部件喷涂耐纤维磨损的 Al2O3、 Al2O3 -TiO2陶瓷涂层，机械密封陶瓷涂层，机械密封件喷涂件喷涂WC - Co 涂层、各种密封轴套、泵叶泵壳过流部位和阀门密封涂层、各种密封轴套、泵叶泵壳过流部位和阀门密封面喷涂面喷涂Cr2O3、WC-Co等耐磨涂层等耐磨涂层, 大马力载重汽车曲轴及大型磨煤大马力载重汽车曲轴及大型磨煤机、排
41、风机轴等采用机、排风机轴等采用Fe基合金材料进行磨损修复和耐磨强化等。基合金材料进行磨损修复和耐磨强化等。 炼油机械待业常见的炼油机械待业常见的耐磨损涂层应用有压缩机活塞杆填料部位、耐磨损涂层应用有压缩机活塞杆填料部位、滑动轴承轴颈、油浆泵、灰浆泵、烟气轮机叶片等。滑动轴承轴颈、油浆泵、灰浆泵、烟气轮机叶片等。中海石油炼化有限责任公司中海石油炼化有限责任公司抗高温氧化和耐热腐蚀涂层抗高温氧化和耐热腐蚀涂层抗高温氧化和耐热腐蚀涂层抗高温氧化和耐热腐蚀涂层 对对于于一一些些暴暴露露在在高高温温腐腐蚀蚀气气体体中中的的部部件件，受受到到高高温温、气气体体腐腐蚀蚀及及气气流流冲冲刷刷的的作作用用，严严
42、重重影影响响了了设设备备的的寿寿命命和和运运行行的的安安全全。抗抗高高温温氧氧化化及及高高温温腐腐蚀蚀的的材材料料除除了了必必须须抗抗高高温温氧氧化化和和耐耐腐腐蚀蚀外外，还还必必须须具具有有与与基基体体材材料料相相似似的的热热膨膨胀胀系系数数，才才不不会会因因温温度度周周期期变变化化和和局局部部过过热热导导致致涂涂层层抗抗热热疲疲劳劳性性能能下下降降。用用作作抗抗高高温温氧氧化化和和高高温温腐腐蚀蚀的的涂涂层层材材料料有有：NiCr、NiAl、MCrAl、MCrAlY(M=Co、Ni、Fe)及及Hastiloy和和Stellite合合金金等等. 这这类类涂涂层层的的典典型型应应用用如如锅锅炉
43、炉四四管管(水水冷冷壁壁管管、再再热热器器管管、过过热热器器管管及及省省煤煤器器管管) 、水水冷冷壁壁及及烟烟气气热热管管换换热热器器等等，经经多多年年研研究究、实实践践证证明明, 采采用用电电弧弧喷喷涂涂Ni - Cr、Fe -Cr -Al、Ni-Cr -Al、45CT等等涂涂层层能能获获得得良良好好的的防防护护作作用用,使使用用寿寿命命最最长长达达9年年。MCrAlY涂涂层层用用于于航航空空涡涡轮轮发发动动机机叶叶片片涂涂层层以以及及作作为为涡涡轮轮发发动动机机燃燃烧烧室室、火火焰焰筒筒等等用用热热障障涂涂层层的粘结底层。的粘结底层。 中海石油炼化有限责任公司中海石油炼化有限责任公司热障涂
44、层热障涂层热障涂层热障涂层 ZrO2、Al2O3 等陶瓷涂层等陶瓷涂层，熔点高、导热系数低熔点高、导热系数低,，在高温条件下在高温条件下对基体金属具有良好的隔热保护作用称为热障涂层对基体金属具有良好的隔热保护作用称为热障涂层。这种涂层一般这种涂层一般 由由两个系统构成两个系统构成，一是由金属作底层一是由金属作底层, 另一则是由陶瓷作表层另一则是由陶瓷作表层。有时为有时为了降低金属和陶瓷间的热膨胀差异和改善涂层中的应力分布了降低金属和陶瓷间的热膨胀差异和改善涂层中的应力分布, 常在粘常在粘结底层和陶瓷面层间增加一过渡层结底层和陶瓷面层间增加一过渡层，该过渡层或为由底层金属和面层该过渡层或为由底层
45、金属和面层陶瓷材料以不同比例混合的多层涂层，或为由金属及陶瓷材料成分连陶瓷材料以不同比例混合的多层涂层，或为由金属及陶瓷材料成分连续变化的涂层来形成所谓的成分续变化的涂层来形成所谓的成分(或功能或功能)梯度涂层梯度涂层。金属粘结底层为金属粘结底层为Co或或Ni、加有加有Cr、Al、Y的合金材料的合金材料，陶瓷材料最好采用由陶瓷材料最好采用由Y2O3稳定稳定的的ZrO2，热障涂层一般用于柴油发动机活塞、涡轮发动机燃烧室、阀热障涂层一般用于柴油发动机活塞、涡轮发动机燃烧室、阀门和火焰稳定器等门和火焰稳定器等。中海石油炼化有限责任公司中海石油炼化有限责任公司绝缘涂层绝缘涂层绝缘涂层绝缘涂层 陶瓷材料
46、不仅具有高的硬度和优良的耐磨性能陶瓷材料不仅具有高的硬度和优良的耐磨性能，还具有十分还具有十分优良的绝缘性能优良的绝缘性能， 采用高能等离子喷涂的采用高能等离子喷涂的Al2O3涂层涂层致密、涂层涂层致密、绝缘强度高绝缘强度高， 是理想的绝缘涂层。是理想的绝缘涂层。 如果采用有机或无机物质对喷如果采用有机或无机物质对喷涂层再进行封孔处理涂层再进行封孔处理，则将获得更为优良的绝缘效果则将获得更为优良的绝缘效果。目前这种目前这种高度绝缘的涂层已用于对高分子材料薄膜进行活化处理的电晕放高度绝缘的涂层已用于对高分子材料薄膜进行活化处理的电晕放电辊表面电辊表面，效果良好效果良好。 中海石油炼化有限责任公司
47、中海石油炼化有限责任公司 尺寸恢复涂层尺寸恢复涂层尺寸恢复涂层尺寸恢复涂层 随着先进制造技术及设备工程学的不断发展，制造与维修将越来越随着先进制造技术及设备工程学的不断发展，制造与维修将越来越趋于统一，趋于统一，“维修维修”已被赋予了更广泛的含义，并称为已被赋予了更广泛的含义，并称为“重新制造重新制造”。重新制造所需能源约为制造新品的重新制造所需能源约为制造新品的20%20%60%60%，价格只有新品的，价格只有新品的30%30%60%60%。许多采用热喷涂技术处理过的旧零部件，其性能要优于新品。许多采用热喷涂技术处理过的旧零部件，其性能要优于新品。 热喷涂是恢复零部件尺寸的一种经济而有效的方
48、法热喷涂是恢复零部件尺寸的一种经济而有效的方法. 修复各种轴类修复各种轴类和柱塞件是典型的应用和柱塞件是典型的应用, 包括迥转轴、汽车轴、往复柱塞、轴颈和轧辊包括迥转轴、汽车轴、往复柱塞、轴颈和轧辊等。等。中海石油炼化有限责任公司中海石油炼化有限责任公司尺寸恢复涂层尺寸恢复涂层尺寸恢复涂层尺寸恢复涂层-大型设备部件现场修复大型设备部件现场修复大型设备部件现场修复大型设备部件现场修复 大型轴类零件可以在现场修复，如发电机转子和汽轮机转大型轴类零件可以在现场修复，如发电机转子和汽轮机转子的轴颈有划伤，可制造专用工装在现场进行修复。子的轴颈有划伤，可制造专用工装在现场进行修复。中海石油炼化有限责任公
49、司中海石油炼化有限责任公司 尺寸恢复涂层尺寸恢复涂层尺寸恢复涂层尺寸恢复涂层 汽轮机、压缩机汽缸汽轮机、压缩机汽缸中分面现场热喷涂修复中分面现场热喷涂修复是热喷涂恢复平面工是热喷涂恢复平面工件尺寸的一个成功的应用例。汽缸在长期的使用中其中分面由于微振、件尺寸的一个成功的应用例。汽缸在长期的使用中其中分面由于微振、热汽流腐蚀及热变形等而发生变形状、面积不等及深浅各异的表面破热汽流腐蚀及热变形等而发生变形状、面积不等及深浅各异的表面破坏，引起泄漏。采用热喷涂对各破坏处进行喷涂填补、打磨，恢复平坏，引起泄漏。采用热喷涂对各破坏处进行喷涂填补、打磨，恢复平面的尺寸精度。面的尺寸精度。 热喷涂技术不失为
50、重量大、结构复杂和价格昂贵的汽缸的中分面热喷涂技术不失为重量大、结构复杂和价格昂贵的汽缸的中分面现场修复的安全现场修复的安全(不会发生变形不会发生变形)、简便而高效的方法、简便而高效的方法。解决大型汽轮解决大型汽轮机气缸平面高压蒸气漏气难题。机气缸平面高压蒸气漏气难题。 中海石油炼化有限责任公司中海石油炼化有限责任公司尺寸恢复涂层尺寸恢复涂层尺寸恢复涂层尺寸恢复涂层中海石油炼化有限责任公司中海石油炼化有限责任公司石化行业的其它应用石化行业的其它应用 1 1、 机械密封（或端面密封）机械密封（或端面密封）：采用在金属基体上喷涂复合陶瓷和金属碳化物涂层制造机械密封动、静环，具有优异的耐磨耐蚀性能，
51、摩擦性系数小，能耗低，对静环磨耗少，使用寿命均高于镀硬铬层和堆焊CoCrW焊层的45倍。与烧结的硬质合金环比，有成本低、机械性能好、不会产生崩裂的优点。(兰州赛格使用该项技术) 另外，与之配副的密封静环,如：铝青铜、M106K石墨、L516改性聚四氟乙烯等；由于摩擦系数特低,达0.0330.11(干摩擦)，故与陶瓷涂层配副的静环使用寿命均高于与镀硬铬配副的静环34倍。涂层主要技术指标：涂层厚度0.20.3mm结合强度2030Mpa涂层硬度HV8001200 涂层孔隙率12% 摩擦系数0.1(对石墨)f 精研表面粗糙度Ra0.050.1m中海石油炼化有限责任公司中海石油炼化有限责任公司石化行业的
52、应用石化行业的应用石化行业的应用石化行业的应用 2 2、 阀门密封面：阀门密封面：对大多数阀门来说 ,密封问题是首要问题，故障大都出现在阀芯上,主要原因是一般阀芯元件的耐磨性和耐腐蚀性较差 。在阀门的阀芯元件上喷涂陶瓷可改进其密封性能 ,提高其耐磨性能和耐腐蚀性能 。 对于工作在温度达540，压力达140MPa的含有腐蚀性砂浆的管道中的金属座球阀，应用超音速火焰喷涂WC-Co涂层、Cr2C3-NiCr涂层、Fe-Cr-Ni-Mo涂层或WC-Ni涂层，可大幅度改善球阀的耐腐蚀和耐冲蚀性能，提高使用可靠性和寿命。中海石油炼化有限责任公司中海石油炼化有限责任公司石化行业的应用石化行业的应用石化行业的
53、应用石化行业的应用 3 3、各种阀门密封件的修复和制造、各种阀门密封件的修复和制造 采用热喷涂技术修复和制造阀门配件（门杆、阀芯、阀座），其表面喷涂硬质合金，在850以内硬度无明显下降、不起氧化皮，抗冲蚀、汽蚀、水蚀、划伤，提高寿命三倍以上。 PCV阀门阀芯阀门阀芯(修复前修复前) 测绘制造的阀芯测绘制造的阀芯中海石油炼化有限责任公司中海石油炼化有限责任公司石化行业的应用石化行业的应用石化行业的应用石化行业的应用 减温水调节门门芯修复前减温水调节门门芯修复前 减温水调节门门芯修复后减温水调节门门芯修复后中海石油炼化有限责任公司中海石油炼化有限责任公司石化行业的应用石化行业的应用石化行业的应用石
54、化行业的应用 4 4、柱塞和活塞杆表面上喷涂陶瓷涂层：柱塞和活塞杆表面上喷涂陶瓷涂层：采用等离子喷涂或超音速喷涂技术，在各种液压缸、往复泵中的柱塞和活塞杆表面上喷涂陶瓷涂层，其突出特点在于：（1）摩擦系数低、能耗小、减少摩擦能耗； （2）使用寿命比镀铬件提高35倍，属环保涂层技术。 主要技术指标：涂层厚度 0.30.5 mm；结合强度1540 Mpa； 涂层硬度HV8001300；磨削粗糙度Ra 0.63 m （3）对密封填料或对偶件的磨耗小，减少维修；中海石油炼化有限责任公司中海石油炼化有限责任公司石化行业的应用石化行业的应用石化行业的应用石化行业的应用 5 5、修复巴氏合金：修复巴氏合金：
55、巴氏合金轴瓦使用后磨损、划伤均可以用热喷涂技术来修复。通常轴瓦为钢基体表面铸造巴氏合金，巴氏合金种类较多，锡基合金应用最广。对于铸造合金瓦，要在钢基设计燕尾槽需要铸造模具，经常会出现气孔、夹渣与基体剥离等铸造缺陷。用喷涂技术制造、修复巴氏合金涂层能解决以上问题。 喷涂后的推力瓦喷涂后的推力瓦中海石油炼化有限责任公司中海石油炼化有限责任公司石化行业的应用石化行业的应用石化行业的应用石化行业的应用 6 6、设备内喷涂合金：、设备内喷涂合金：油田使用的塔、罐、管道可采用电弧喷涂铝、锌、不锈钢等涂层防腐或采用火焰喷塑防腐。在反应发生器内壁已大量使用线材喷涂不锈钢、司太立合金、钼和钛合金。采用等离子喷涂
56、、超音速火焰喷涂、电弧喷涂均可解决油田用各种锅炉管道的腐蚀和冲蚀问题中海石油炼化有限责任公司中海石油炼化有限责任公司7 7、造船工业中的应用、造船工业中的应用： 包括防包括防电偶腐蚀，密封或易磨损面的表面修复，如电偶腐蚀，密封或易磨损面的表面修复，如承舵柱承舵柱、推进轴、发动机连轴器、潜艇弓形面壳体配合面法兰、可调变距螺推进轴、发动机连轴器、潜艇弓形面壳体配合面法兰、可调变距螺旋桨壳和电动马达转子等的密封修复等。旋桨壳和电动马达转子等的密封修复等。 在高锰铸铝青铜螺旋桨上采用在高锰铸铝青铜螺旋桨上采用LPPSLPPS技术制备了技术制备了Ti-NiTi-Ni涂层，并涂层，并经热处理后，其抗空泡腐蚀性能大幅度提高，使用寿命比无涂层的经热处理后，其抗空泡腐蚀性能大幅度提高，使用寿命比无涂层的螺旋桨提高螺旋桨提高3 3倍，且浮游生物易于清理。倍，且浮游生物易于清理。石化行业的应用石化行业的应用石化行业的应用石化行业的应用中海石油炼化有限责任公司中海石油炼化有限责任公司 热喷涂是一项促进科技进步、提高产品质热喷涂是一项促进科技进步、提高产品质量，保护环境、节约资源及能源，降低生产成量，保护环境、节约资源及能源，降低生产成本的有效工程技术。本的有效工程技术。结束语结束语谢谢!
