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通过原位干冰处理提高等离子喷涂氧化铬涂层的质量-行业动态

* 来源: * 作者: * 发表时间: 2019-12-02 0:43:55 * 浏览: 2
热喷涂层通常用于在各种行业的各种应用中提高组件的耐磨性,耐腐蚀性和耐热性。它们还用于机械间隙控制,电气和其他特殊性能。作为一种技术,还可以对磨损或损坏的零件进行热喷涂,以使其恢复工作状态。 [1]热喷涂应用的一些示例包括:涡轮发动机组件,阀门和泵,活塞杆,造纸机辊和医疗植入物。 [3]与其他涂覆方法相比,热喷涂技术具有多功能性的优点:它可以在各种大小的零件上沉积各种厚度的金属,陶瓷或塑料材料,而不会产生大量的额外热量。沉积速率也很高,涂层的剥离和重新涂覆相对容易(取决于材料),并且投资成本相对较低。不利的是,热喷涂是视线过程,这意味着它不能用于复杂的几何形状或例如小圆柱体的内部。喷枪必须几乎垂直于基材表面,以确保涂层性能。另外,如前所述,如果苛性碱可以穿透涂层并损坏基材,则在某些腐蚀性环境中,涂层孔隙率可能会成问题。最后,涂层的附着力总是与基材涂层界面的制备有关。通常,需要对表面进行喷砂处理以增强附着力,从而增加额外的工作量。 [1] 2.1大气等离子喷涂大气等离子喷涂(APS)是等离子喷涂工艺中最常见的变体。在等离子喷涂中,在轴向排列的钨丝阳极和作为喷嘴内部一部分的铜阳极状环之间形成电弧。高温电弧加热流动的气体,使它们电离并形成等离子流。将原始粉末或液体送入等离子流,加热并推向基材。顾名思义,APS在正常的空气环境中运行,而其他变体,例如真空等离子喷涂(VPS)或受控气氛等离子喷涂(CAPS或CPS)则在受控环境中运行。图3:等离子炬的横截面。 1)阳极,2)阴极,3)水出口和阴极接头,4)水入口和阳极接头,5)工作气体入口,6)内部粉末喷射器,7)电绝缘。具有内部粉末供应装置的等离子炬在图1中示出。 3.割炬可分为三个关键系统:电路,冷却水电路和供气装置。 DC电流通过正极连接器到达阳极,在正极形成电弧,然后跳到连接到负极连接器的阴极。阳极和阴极之间的绝缘对于促进电弧形成是必需的,因此某些组件必须由非导电材料制成。图4:计算F4等离子炬的速度和温度分布。典型的割炬功率范围为30到90千瓦,但高功率割炬的功率可超过250千瓦。典型的炬管的粉末流量为3-6 kg / h,沉积效率约为50%。电弧电压范围为30V至80V,电流为300-1000A。等离子流的温度可以达到12000-15000°C,喷嘴出口的速度可以达到500-2500m / s。但是,如图4所示,主要是由于与周围空气的湍流混合,喷嘴出口处的速度和温度下降很大。 [2]实际的粒子速度和温度明显较低。特别是在阴极和阳极上,由于高热负荷而需要冷却水。高流速和高压对于防止水蒸气的形成是必要的,水蒸气的形成将导致传热速率的降低并最终导致电极的过热和熔化。工作气体被输送到喷枪的后部,并通过气体分配环以使气流顺畅并重新定向。气体涡流通常在电弧室内形成。旋转的气体使电弧保持运动,以防止局部阳极腐蚀。气体被离子化后,它会膨胀并离开喷枪。 [1]图3(第11页)显示了内部径向粉末给料,但外部径向粉末给料也很常见。对于径向进给,一通常使用rt,但是可以使用多个端口设计[4]。在利用三个电极而不是三个电极的先进系统中,粉末进料也可以轴向位于电极之间。当直接沿着等离子体的中心线注入时,可以实现均匀的加热。三电极设计的另一个优点是,由于分离了能量,减少了电极上的热负荷,从而延长了使用寿命并提高了功率水平。 [3]在内部送粉的情况下,轴向和径向都具有很大的优势,即在等离子流中的停留时间更长。然而,内部粉末供应需要更紧密的原始粉末粒度分布。 [1]使用放射状粉末喷涂时,必须注意优化粉末进料参数,因为它们会影响最终粉末的速度和熔融程度,这会转化为涂层特性。粉末的粒径分布,载气速度,粉末进料口的直径和位置决定了粉末进入等离子体时的初始轨迹。当以足够的速率进料粉末时,较大的颗粒具有足够的动量以渗透到等离子体的中心,而较小的颗粒保留在较冷的区域中,在该区域中它们仍充分加热。载气和粉末流速太高或太低,而粉末进料将错过等离子流的中心。通常用于等离子喷涂的粉末尺寸为10-45μm。送粉应对准等离子流的中心,并且在使用外部进纸器时,应进行每次调整后放置。通常使用与等离子轴成直角的90°角,但在等离子流上游引导端口将导致更长的停留时间,这可能对高熔点材料有利,同样地,将下游端口引导导致热量减少。小直径的粉末进料口导致较高的速度,因此导致口腐蚀。应该监测磨损,即使轻微磨损也会导致粉末喷涂速度降低。等离子炬中使用的气体类型定义了等离子特性。可以基于可达到的等离子流温度和等离子热导率评估不同的等离子气体。氦气达到高温并具有良好的导热性,但是通常太贵了。氩气还会产生高温等离子体,但是不良的热传递使其在加热粉末颗粒时无效。氢气是有效的二次气体,因为它增加了等离子体的焓和导热率,还增加了电弧电压。另一方面,点燃和使用氮气具有挑战性。 [3]在某些应用中,使用纯氩气,但结合使用诸如Ar + H2,Ar + He和Ar + N2之类的组合,因为它们具有高温和良好的导热性。氮也可以单独使用,但也可以与氢混合使用。还使用Ar + He + H2或Ar + He + N2的三元混合物。 [4]炬嘴和阳极的设计是等离子流特性的决定性因素之一。通常,较小直径的喷嘴会增加等离子体的温度,尽管这种增加并不像改变等离子体气体的成分那样剧烈。对于小直径喷嘴,速度增加了两倍:较小的通道直径本身会增加流量,但是升高的等离子体温度会进一步增加。圆柱形喷嘴在等离子喷涂中很常见,但已发现拉伐喷嘴可产生更均匀的速度和温度,并减少周围空气的湍流。阴极的形状主要影响速度。尖锐的阴极尖端可提供更快的轴向速度,但是随着腐蚀速率的增加,形状会发生变化,从而改变速度分布。 [2]电弧电流和等离子气体流量是调整和调整以产生等离子体特性的主要参数,其效果如图5所示。增加电弧电流会增加等离子体射流和粒子的速度和温度。但是,增加的电流会产生更多的热量,从而缩短电极的寿命。等离子气体流速导致更高的速度,但反过来,等离子和颗粒温度下降。为了进一步提高涂层的质量,必须将具有特定特征的等离子流与芯材相匹配。正确的喷雾距离。如果距离太短,较高的撞击速度会导致气孔,而距离太长会导致颗粒在飞行中重新凝固。图5:电流和等离子体气体流量对Ar-He等离子体中YSZ粒子的温度和速度的影响。等离子喷涂具有很宽的喷涂温度范围,只要其熔点和蒸发或分解点不太接近,几乎可以沉积任何材料的涂层。尽管某些金属,金属陶瓷和喷有APS的非氧化陶瓷会在飞行过程中由于暴露于周围空气中而趋于氧化或分解,但对工作气氛有一些限制。对于关键性氧化物应用,请使用真空(VPS)或可控气氛等离子喷涂(CAPS)。 [2] APS喷涂金属包括各种铁,镍和钴基合金,以及其他超级合金和钼。这些通常用于低温或高温腐蚀应用中,但也使用耐磨涂层。金属陶瓷也可以在常规环境中喷涂,但是特别是WC和WC-Co涂层容易被氧化或分解,从而导致硬度降低。 Cr3C2-NiCr更耐氧化,更易于喷涂APS。 [2]非氧化物陶瓷很容易氧化或分解,因此通常用VPS或CAPS沉积。另一方面,氧化物陶瓷是APS最常用的材料。最常见的是氧化铝,氧化钛,氧化铬和氧化锆,及其各种混合物。氧化铝和氧化钛主要用于耐磨性和耐腐蚀性以及电介质应用。这些通常用作各种成分的混合物,因为它们比纯氧化物涂层具有更好的性能。氧化铬的主要应用还包括耐磨性和耐腐蚀性,有时还与氧化铝或氧化钛形成合金。氧化锆由于其低导热率和高耐热冲击性而主要用于隔热涂层。可能的涂层性能范围很广,但是对于典型的等离子喷涂涂层,厚度范围为300-1500μm[3],孔隙率为2-8%,结合强度超过40 MPa。但是,对于SOFC应用,可以进行悬浮等离子喷涂,但是可以形成薄至10μm的涂层。 [1]通常,低孔隙率水平是理想的,但是对于隔热涂料,较高的孔隙率水平是有利的,并且可以通过正确的参数来实现。在某些情况下也可以获得更高的粘合强度。 pstyle =” text-indent:28px,text-align:justify,text-justify