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热喷涂材料选择

文章来源:未知时间:2019-12-04 点击:
正确选择涂层材料是保证涂层性能的关键。在选择涂层材料时,首先要考虑工件的工作条件和涂层的性能,还要考虑工件的材质、批次、经济性以及提出的热喷涂方法。根据涂层的作用,涂层可分为耐腐蚀涂层、耐磨涂层、耐磨密封涂层、高温热障涂层、绝缘或导电涂层、尺寸修补涂层。
表面涂层工件在使用过程中的失效通常不是由单一因素引起的,因此工作条件的满足程度与涂层的性能之间并不一定存在简单的关系。应详细分析工作条件,并根据参考文献或实验数据综合考虑涂层结构、物理、化学、力学等性能,确定一种或多种涂层材料。
耐磨涂层是表面涂层技术的主要应用领域之一。虽然涂层硬度与耐磨性之间存在着粗略的关系,但硬度并不能完全代表表面涂层的耐磨性。因为不同的磨损类型对材料性能有不同的要求,而磨损往往伴随着冲击、腐蚀、疲劳和温度。
表面涂层材料的选择不能盲目追求高性能或高价格的涂层材料,造成不必要的浪费,高价格和低价格的材料甚至不能作为选择涂层材料的标准,相反应在满足工作条件要求的前提下,尽可能使用廉价的涂层材料材料,在大规模生产时尤为重要。例如,镍基合金可以被涂覆,而不是钴基合金。
 
在选择表面涂层材料时,一般可按照下列步骤进行:
(1)分析工作条件和零件性能,了解失效原因和对涂层性能的要求;
(2)列出可用的涂层材料;
(3)分析所选材料与基体材料的相容性及适用的热喷涂方法;
(4)必要时进行实验室或者现场试验;
(5)综合考虑使用寿命、成本和工厂条件确定涂层材料;
(6)确定表面涂装方法,制定涂装工艺。
 
01、耐腐蚀涂层
耐腐蚀涂层材料的选择是复杂的。零件的工作状态、工作温度、工作环境和各种腐蚀介质增加了对涂层材料的要求。腐蚀性环境可以是水溶液、气体或各种化学介质。它也可能有很宽的温度范围。在有气体存在的情况下,燃烧的气体或未燃烧的燃料也可能在适当的温度下与其他物质发生反应,从而产生非常复杂的腐蚀环境。基本上有三种防腐机制:
(1)拒绝腐蚀性环境。这主要取决于涂层不会渗透腐蚀性介质,也不会与腐蚀性介质发生反应。
(2)防止电化学腐蚀。即利用基体金属和涂层材料的性能来了解它们的氧化还原电位,从而确定基体上的涂层是阴极还是阳极,以及电极的电位。如果涂层和基底材料不匹配,可能会发生电化学腐蚀。下表列出了一些金属元素在25℃下的标准电极电位。
(3)缓蚀使用化学缓蚀剂作为涂层的密封剂可以达到一定的保护效果。该方法是用缓蚀剂或无机密封剂填充多孔涂层。使用较薄的涂层可以完全排除腐蚀性环境。在某些情况下,耐腐蚀金属也可以用作防腐涂层,但在大多数情况下,氧化物陶瓷被用作防腐涂层。
 
耐腐蚀涂层主要有如下几种:
(1)耐大气腐蚀涂层
这种涂层在金属或合金暴露在室外或室内空气中,但未浸渍在液体中,且能抵抗风、雨、阳光和其他气候条件下的腐蚀。所有的质量评估都是基于户外暴露的结果。户外使用的涂料在室内也很有效。
此类涂层包括:
A.耐工业大气的涂层。这种涂层可以承受带有烟尘或化学烟雾的恶劣环境,例如在大城市和重工业区。
B.耐海洋大气腐蚀的涂层。该涂层可在海洋附近或盐雾环境下耐腐蚀,在那里的大气是咸的和潮湿的。
C.耐乡村大气腐蚀的涂层。农村大气虽然没有工业烟雾和海洋气候的盐雾,但含有一些污染物。
(2)耐浸蚀涂层
浸渍腐蚀是指金属或其涂层暴露在液体中,全部或部分或交替浸渍。防腐层必须能抵抗高于或低于液位的腐蚀。此类涂层有几种类型:
A.耐食用淡水的涂层。该涂料耐淡水,不会改变水的化学成分,使其不能食用。
B.耐非饮用淡水的涂层。该涂料耐非饮用淡水,水温不超过52℃,PH值为5-10。
C.耐热淡水涂层。该系统不适合饮用,温度为52-204°c,PH值为5-10。
D.耐盐水涂层。涂层可全部或部分浸入静止或移动的盐水或海水中。
用于化工和食品工业的涂料。这种涂层能抵抗油、燃料和溶剂等化学反应,并能抵抗各种食品中的腐蚀,但不会改变食品的化学成分或味道。
(3)耐化学腐蚀涂层
这种涂层能承受各种酸、碱、盐溶液、蒸汽和固体的腐蚀。这种涂层主要由各种铁、镍基和钻基合金、自熔性合金、有色金属、氧化物陶瓷、碳化铬、碳化钨和其他金属陶瓷组成。由于热喷涂层具有一定的孔隙率,因此,必须对各种涂层进行填充和密封。密封胶本身也必须能抵抗化学介质的腐蚀。
 
02、耐磨损涂层
零件磨损通常伴随着温度的升高,无论是由摩擦引起的还是与工作环境有关的。一般来说,耐磨涂层用于易受冲击磨损或腐蚀的环境中。因此,作为耐磨涂层必须坚硬,不易破碎,并具有一定的耐热和耐化学腐蚀性能。许多碳化物、氮化物、氧化物、镍基或钴基合金具有这些性质。
由于使用环境、工作温度和磨损条件的不同,磨损情况更为复杂,总结如下:
(1)粘着磨损
这种耐磨涂层主要用于软硬支承面。
A.软支承面。该涂层允许润滑剂中携带的磨粒嵌入涂层中,并使轴承表面的基线变形。软轴承成本较低,但必须润滑良好,否则磨损太快。
B.硬支承面。该涂层可作为高磨损、高硬度的轴承材料,能承受磨料磨损,减少划痕和划伤,可用于高负荷、低速的硬质轴承表面。
(2)磨粒磨损
A.耐磨涂层。涂层的硬度大于磨粒的硬度。高温用涂料的工作温度为540—845℃,低温用涂料的工作温度在540℃以下。
B.耐磨涂层。该涂层能够在含有硬磨料的硬或软表面上抵抗滑动磨损。涂层应光滑以减少磨损,并应具有适当的摩擦系数。C.高温用涂料的工作温度为540—845℃,低温用涂料的工作温度在540℃以下。耐低温硬表面磨损的涂层包括耐纤维和纺织线磨损的涂层。
(3)表面疲劳和磨损
抗定向运动磨损的涂层。该涂层能够承受轨道上滑动、滚动或撞击造成的磨损,并足以承受持续的冲击磨损。
B.耐磨涂层。该涂层能够抵抗由相互接触的表面的少量位移引起的振动摩擦。由于接触摩擦系统的无定向运动,涂层的磨损难以预测。振动是这种磨损中最常见的现象。涂层也分为两类:高温和低温。
C.抗气蚀涂层。该涂层能承受液体流动中的孔洞引起的机械冲击磨损,具有高的韧性、耐磨性和耐腐蚀性。
(4)冲蚀磨损
涂层能抵抗尖锐和坚硬颗粒的侵蚀。这些粒子由气体或液体输送,并以一定的速度运动。当磨粒冲蚀角小于45°时,磨粒沿磨粒表面飞舞,产生磨粒磨损。此时,涂层的硬度是主要要求,当颗粒冲蚀角大于45°时,涂层的韧性是主要要求。这种涂层也有两种类型,用于高温和低温。
 
03、机械零件间隙控制涂层
在压力下由气体驱动的机器的机械效率取决于转子的密封能力。高密封能力可减少或防止气体泄漏。因此,转子和定子之间需要非常紧密的配合间隙。由于旋转部件在工作条件下可能会伸长或膨胀,并与静止部件发生碰撞,因此很难制造间隙小的机器,但使用耐磨密封件可以解决这一问题。其方法是在静态零件上喷涂一层耐磨密封层,通过旋转零件使涂层形成紧密的尺寸密封通道。
典型的耐磨涂层用于喷气发动机压缩机和涡轮机壳。涂层的厚度应足以使转子叶片和机壳在发动机装配期间相互重叠。发动机起动时,叶片尖端与涂层摩擦,去除部分涂层形成通道,叶片本身没有损坏。由于涂层适应于叶片的径向和轴向运动,每个叶片的尖端在涂层中达到最佳密封。在耐磨涂层的设计中,必须解决两个根本相反的要求,即涂层不仅是耐磨的,而且必须能抵抗气流侵蚀和颗粒侵蚀。因此,有必要对涂层的耐磨性、耐热性和耐化学腐蚀性进行比较。下表显示了几种常用的研磨密封涂层材料及其性能。
 
04、耐高温热障涂层
(1)耐高温涂层这种涂层能改善基体零件的高温工作条件,能承受高温下的化学或物理分解或腐蚀引起的化学损伤。
(2)耐大气氧化涂层。该涂层保护基材免受高温氧化造成的损害。涂层的熔点高于工作温度,并且在工作温度下具有较低的蒸汽压。涂层不需要承受机械磨损。
(3)气体防腐涂层。该涂层可防止基材暴露在高温腐蚀性气体中。必须考虑的是,气体与涂层反应以防止形成吸附的氧化物,或者形成脆性成分或穿透涂层以侵蚀基底。涂层不需要承受机械冲击或磨损。
(4)耐高温(850℃以上)侵蚀涂层。这种涂层能同时承受高温和颗粒侵蚀。高速颗粒和高压气体在高温下形成各种恶劣环境,因此涂层必须能够承受尖锐和坚硬颗粒移动造成的侵蚀。当颗粒冲蚀角小于45°时,颗粒沿磨粒表面磨损,因此要求涂层具有较高的硬度;当颗粒冲蚀角大于45°时,要求涂层具有较高的韧性。
(5)热障涂层。这种涂层导热系数低,能防止基体材料达到熔点,并具有传递辐射热的功能。
(6)熔融金属的耐腐蚀涂层,该涂层能承受熔融金属的腐蚀,且熔融金属不发生润湿。如耐熔锌、铝、钢、铁和铜镀层。
 
05电绝缘和导电涂层
热涂层也可用作导电材料,例如印刷线或炉子加热元件的触点。氧化物和有机塑料的热喷涂涂层可用作电绝缘体。基体材料的电性能受喷涂材料的影响。喷涂材料一般应根据材料的已知特性及其使用状态进行选择。
(1)导电涂料必须具有良好的导电性和低电阻。
(2)电介质涂层此类涂层必须用作绝缘体,以防止电流通过。击穿涂层的强度(通常表示为单位长度的电压)和允许的电导是表征介电强度的参数。
(3)屏蔽涂层
 
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