1、 分类号 单位代码学号山东大学硕士学位论文论文题目 电弧超音速喷涂工艺对界面 性能影响的研究作者姓名 ， 吕 震名震专 业 材料科学江 蔺、二指导教师姓名专业技术职务姜教年 月山东大学硕士学位论文目 录目录摘要 第一章绪论 ，研究 背景锅炉水冷壁腐蚀机理课题选择及工程论证热喷涂技术热喷涂技术 的发展热喷涂技术的特点热喷涂工艺 过程表面预 处理几预热喷涂涂层 后处理 ， ，热喷涂涂层的形成过程氧乙炔火焰喷涂技术火焰喷涂涂层的形成火焰喷涂技术的特点电弧超音速喷涂 技术电弧超音速喷涂涂层的形成 电弧超音速喷涂涂层的微观结构特点本文的主要研究 内容第二章试样制备及研究 方法试验材料及其制备过程山东大学
2、硕士学 位论文火焰喷涂所用设备简介 火焰喷涂粉末 成分火焰喷涂涂层的制备 工艺电弧超音速喷涂所用设备 简介电弧超音速喷涂丝材 成分电弧超音速喷涂涂层的制备工艺试验内容和 方法外观评价， ， 金相观察 ， ， 涂层的结 合强度有无底层的底层的拉伸试验拉伸试验 二 ，电弧超音速喷涂涂层的抗热震 试验电弧超音速喷涂涂层的显微硬度电弧超音速喷涂的高温涂 盐试验试样制备 ， ， 试验 内容 第三章试验结果及讨论 ，外观评价结果金相观察结果 ，涂层的结合强 度分析涂层的显微硬度涂层的抗热震性能，电弧超音速喷涂涂层的抗高温腐 蚀性能第四章结论致谢 ， 参考 文献 ，攻读硕士学位期间发表的学术 论文山东大学硕
3、士学位 论文摘 要本文在对国内外电弧超音速喷涂技术的发展及现状进行研究分析的基础上、对电弧超音速喷涂的工艺原理进行了较为深入的理论研究和工程应用深入的 研究， 对 系合金涂层的结合机理 ， 高温腐蚀机理进行了。 为电弧超音速喷涂工艺 方法 ， 耐高温腐蚀涂层在生 产中的推广应用提供了理论依据 。采用电弧超音速喷涂技术 ， 在结构材料上 喷涂 涂可以应用于火本文采用现代层 ， 使其具有优异的高 ， 温耐蚀性能和良好的耐 磨性能 ，电厂锅炉水冷壁的高温防腐防磨领域分析手段研究了电弧超音速 喷涂， 应用前景广阔 。涂层的微观 结构抗高温腐蚀 性能热震 性能这些研究成果为电弧超音速喷涂层的工程应用奠定
4、了理论基础究通过实验 理论分析和工程应用获得的主要成果如下研究表明涂层的显微组织呈典型的层状结构特征无粗大 孔隙涂层的主要相是铁基固溶体和 少量底层之间的结合强度大于底层与基体间的结合强度， 通过一系孔隙率。本研列实验研究了涂层的结合强度 、 、 、 、。、， 涂层组织致密， 在扁平颗粒之间有很薄的氧化物膜和少 量气孔 。 】。 涂 层与 粘结。 在对基体表面进行了喷砂处理后合强度影响很小， 可以不用 预制 底层 ， 这样对 涂层结。对高速电弧喷涂 层的抗热震性能进行了 研究 ， 提出涂层和基体的热物理性能的差异导致在冷热循环中涂层内部产生较大 的热应力表明， 从而导致了涂层从基体上 脱落 。
5、对高速电弧 喷涂涂层比层的抗高温腐蚀性能进行了研究 。 研究号钢的耐腐蚀性能要好 的多是其腐蚀的主要原因金属丝材是一种优质。 涂层低温热腐蚀形成疏松的电弧超音 速喷涂。、 高效 、 低成本的耐高温涂层制备 技术 ， 在火电厂锅炉水冷壁管道高温防腐耐磨 领域具有很大的应用 潜力 。关键词 电弧超音速喷涂 工艺 ， 界面 ， 高温腐蚀 ， 热震 ， 结合强度山东大学硕士学位论文，一，一一 从一 一一 一一 ， 一 ， ，一，山东大学硕士学位 论文，一，一， ，一一山东大学硕士学位论文第一章 绪 论研究背景 腐蚀 、 磨损与防护一直是工业领域中倍受关注的课题电力化学工业锅炉应用中的一个重大 问题。
6、水冷壁腐蚀是造纸 、 、 。 腐蚀管的更再生锅炉停产 一天锅炉行业均将锅 炉热管我国是一个以火力发 电为锅炉水冷壁减薄造成的突发性爆管事根据稳定发电的危害十分严重 年我国火 电设备事故的统计表明当年锅炉事故占全部发电事故的管爆破事故即占到了全部锅炉事故的重庆路磺电厂由于燃用高硫煤运行一年后就不得不进行大面积更换西柏坡电厂和天津大港 电厂西柏坡电厂水冷壁减薄速度严重的地方运行几年便须进行大面积更换 天津大港电厂情况给电厂的 安全稳定运行带来巨大的隐患和相当的经济损失自九十年代以来 号机发现有锅炉水冷壁高黄岛 电厂黄台 潍坊 青岛随后在烟台 华能德州 莱芜等临沂二十几台电站锅炉水冷壁出现类似问题换
7、既费时又 费钱经济损失达。 例如 ， 美国供造纸用的 ，万美元 ， 因此各国电力部门、的防腐与维修作为一项重大课题来研究主的国家 面临着严峻的问题故对电厂 安全。， 。、 。， ， 而锅炉四， 其中水冷壁占了 。年 ， ， 水冷壁外表面发生严重的腐。同样的问题也发生在 河北蚀 ，。达到类似月 ， ， 、 。在山东方面 ， ，温 腐蚀 ， 、 、 、 、 、 、， 管壁的减薄速 度在大多数电厂均采用换一 月 。除个别电厂采用渗铝技术外直接经济损失 达每年万元以上主要是由于锅 炉腐蚀见水冷壁热腐蚀引起的爆管在我国比较普遍安全 运行还造成了巨大的经 济损失水冷壁管发生热腐蚀与多种因 素有关燃烧方式
8、多年来运行管理等寻找各种解决方法包括使用高合金含量的材质调整运行参数大面积更换管子但这些都不是解决问题的最终方法，管的方法 ， 。 产生事故的原因除磨损等引起的因管材和焊接质量问题外 ， 、 。 可， 不但严重影响了电厂的、 。， 包括燃用 煤种 、 炉型 结构参数 、 、 。 ， 为克服水冷壁管腐蚀一 直在， 、 使用低硫煤 、 表面由于化学热处理 、 、 、 采用渗铝管等 ，种种局限性 ， 。 从上世纪八十 年代山东大学硕士学位 论文起 ， 国外开始将热喷涂技术应用于锅炉管道防腐 ， 并且取得了成功，现在其应用已经较 为广泛工艺在近 多年里得到了迅速发展表面领域中一个十分活跃的独立学科分支
9、火焰喷涂电弧超音速喷涂 等离 子喷涂。 热喷涂技术作为一种新的表面防护和强化。 目前 ， 热喷涂技术已成为 材料。、热喷涂技术可分为五种、 、 超音速火焰喷涂及爆炸喷涂 。 电弧超音速喷涂技术是热喷涂技术中新发展的重要 技术 ， 因其具，操作安全简便等诸多优点 在国内外得到普 遍的在国际上已逐步部分取代火焰喷涂和等离子 喷涂有效率高 、 成本低 、重视和广泛的应用 ，闭 。 据专家 预测上升至， 在热喷涂技术中 ， 电弧超音速喷涂所占的市场 份额将由 。锅炉水冷壁腐 蚀机理金属材料的 抗氧化致密的金属氧 化膜、 腐蚀性能主要决定于金属表面是否能形成稳定 、 。普遍应用于抗氧化合金表面才会形成致
10、密的保护性氧化膜我国电站锅炉普遍使用的钢材是碳素 钢和低 合金钢含量均低于此类钢材处在硫化沉积物 熔盐工 况时免的引起腐蚀破坏水冷壁腐蚀主要来自两个 方面温度下因高速流体 化学环境的相互影响促进了碳钢和低合金钢表面氧化保护层的溶解 导致腐蚀破坏 管外高温烟气的辐射和对流作用使管壁升温飞灰和燃烧煤粉颗粒冲击管壁烟气中的沉积在管壁的盐类等物质一起腐蚀管壁本课题主要目的是通 过对不同工艺的喷涂涂层 的研究解决水冷壁的外壁腐蚀问题冷壁外壁腐蚀主要有以下几种 理论煤在燃烧过 程中煤中的黄铁矿形成硫化气氛、 腐蚀的 合金 ， 当其含量高于目前时 ， 。， 卜 。 ， 、 、 ， 不可避。， 管内水或蒸汽在
11、紊流或湍流状态、 、， 。， ， 、 、 与。， 。 目前对于水， 主要成分为 和将发生如下反应生成游离态的硫一， 。一合金 在氧化氧分压值或者对于一个给定的氧 分压保护膜 生成由于锅炉结构参数、 硫化气氛中 ， 对于给定的环 境分压 ， 存在一个临界， 大于此值才会在合金表面生成连续的具有氧化性的保护膜，硫必须低于一个临界值合金表面才会有运行状况 煤种等问题都会在水冷，。 、 、山东大学硕士学位论文壁周围形成还原 性气氛时钢的主要腐蚀反应为， 致使保护性氧化膜无法生成或不 稳定 。 此【 一一一一一一 一同时 ， 气体成分中含有大 量的也可进一步 生成、 、 、 、 烟气中的、 原子 ， 使
12、腐蚀过程进一步复杂化 。锅炉燃烧过 程中氧化成， 燃料中大部分硫都氧 化成在高温状态下均呈气态。， 其中大约有易于和一 ， 、水结合产生对受热面有腐蚀作 用的在纯中的腐蚀比任何浓度中的腐蚀都小腐蚀性能越好典型燃煤锅炉中的含量为， 、 对腐蚀影响很大，且含氧量越高 合金抗在无自由氧的情况， ，。 ，下 ， 腐蚀 最严重 。煤粉中含有少量的金属氧化物 、 等 ， 高温下 会升华与烟气中的 反应生成硫酸盐沉积在管壁一一一一这些硫酸盐使管壁的保护 膜破坏 ， 生成复合硫酸盐。一一管壁上沉积了大量的未燃尽的焦渣缓慢的氧化变成在管壁附近生成额外的这些复合硫酸盐呈 固态， 主要成分为 ， 发生致使 上述有降
13、低腐蚀和 ，反应加速的 倾向。 在水冷壁的低温段但是 在高温段，。 ， ， 这些复合硫酸盐呈液态直接对管壁产生腐蚀 。一 一一 一当积灰中钾和钠的比例很高时 ， 和碱类硫酸盐的混合物形成液焦态硫酸盐 ， 使腐蚀反 应加速。一 一山东大学硕士学位 论文一一运行中因清灰或灰渣过厚而 脱落 ， 使 、等暴露在火焰高温辐射之下 ， 产生如下反应一一一 一出现了新的碱土金属硫酸盐层另外 燃煤中含有少量的与硫酸盐形成低熔点共晶体沉积在金属表面引起氧化膜溶解但是 它在高温下且在含氧时能生成挥发性更强的氧氯化物在氧化气氛中比在还原气氛中更易腐蚀“焦渣 硫化等恶劣环境下腐蚀机理很复杂是造成水冷壁的腐蚀机理不同的
14、主要原因要是硫 锅炉的结构参数特点碱土类金属含量中包括锅炉负荷的变化 煤粉细度燃烧器 的调整和一 二次风的配比水冷壁烟侧管壁金属温度别是刚刚着火的煤粉气流直接冲刷 水冷壁都直接影响水冷壁的 腐蚀沉积物和腐蚀气体同时存在 危害最大， 在 作用下不断使管壁受到 腐蚀 。， ， 在燃烧过程中进一步氧化成， 一 熔点降到沉积盐中虽然一 ， 。 元素含量较低 ， ， ， 不但易于与合金生成挥发性的氯化物而与熔融盐和熔盐金属 类似水冷壁处 在高温飞灰， ，。 、 、 ， 。 水冷壁工作环境的差异。 所使用煤种的燃 烧特性运行状况主、 矾 、 、 、 其、 、 、 一次风煤粉浓度、 ， 、 火焰冲刷水冷壁特
15、类型 ， 有时熔融盐 、 ， 。课题选择及工程论证在 国内 ，一些科研单位和火电厂共同进行了一些试验 研究在一 些电厂采用过电弧一种美国开发的专用于水冷壁防 腐材料料可以保证涂层的使用寿命达到年以上 但每平方米造价高达为此国内电厂用户根本无法承担 因而难以推广 必须开发一种价格适中 使用寿命至少可以提高二个大修期的工艺方法目前由于电弧超音速喷涂设备较小 易于现场作业故国内多采用电弧超音速喷涂技术对锅炉管道进行防腐熔滴喷射速度有限且氧化程度比较 严重到一定的影响造成涂层的孔隙率高涂设备的研制成功 使得其涂层性能甚至可以和等离子喷涂技术相媲， 尝试采用热喷涂技术对锅炉管道进行防护 处理超音速喷涂。
16、 ， 材，元 ， ， 。 ， 。， ， ，。，但普通电弧超音速喷涂的使涂层质量和应用范 围受， 、 结合强度较低 。 电弧超音 速喷，山东大学硕士学位 论文美 。 目前国内使用最多的喷涂材料包括镍铝合金丝 、 铁铬铝合金丝其中以铁铬 铝合金目前有几个单位已经研制出了新型合金丝材性能相近可以替代进口产品使用但价格是铁铬 铝合金电弧超音速喷涂层作为一种防高温腐蚀涂层其性能的首先决定于本身的抗高温腐蚀能力其次决定于与基体 的结合涂层的抗高温腐蚀性能决定于其本身的化学成份和涂因此涂层中应含有耐高温抗氧化的合金元素包括铬涂层与基体的结合性能决定于喷涂工艺及材料自身的、镍铬铝合金丝及模仿美国 丝研制的合金
17、丝，丝价格最为便宜己与美国。 ， ，丝的关键倍 。 ， ，能力和致密度层的致密度钦等自熔 性性能某电力科学院曾于厂进行水冷壁的防腐 处理能一般不能大幅度地提高使用 寿命题中采用了电弧超音速喷涂设备层致密度结合强度等性能得到了很大的提高选取不同的工艺参数获取性能优良的涂层能够显著提高工件的使用寿命。 ， ， 、镍 、 铝 、 。 基 此考虑 ， 我们选用了价格适中的铁铬铝合金丝年应用普通电弧超音速喷涂铁铬铝工艺由于普通电弧喷枪的局限性不能满足电厂 的需要粒子飞行速度可高达根据不同的工 程要求。 国内， 在电。 ， 导致涂 层性在本课， ， 。， ， ， 涂、 ，。热喷涂 技术表面工程是指通过表面
18、预处理后工程技术上的复合处理改变固体金属表面或非金属表面的形态学成分组织结构和应力状态 以获得所需要性能的系统工程热喷涂技术是表面工程中一种重要的表面 技术它是指将熔融状态的喷涂材料 形成涂层通过高速气流使其雾化喷射到零件表面上的一种表面加工 方法热喷涂技术近年来在我国得到了迅猛发展己广泛应用于航天， 经表面 涂覆 ， 表面改性 或表面 ， 、 化、 ， 。， ，。 ，、 航空 、 冶金 、 机械 、 电力 、 化工 、 纺织等工 业领域 在产品制造和维修 方面 ， 能提高产品质量 ， 延长使 用寿命 ， 挽回废旧件的经 济损失 ， 有显著的经济效益和社会效益 。热啧涂技术的发展热喷涂技术的发
19、明并不晚 ， 年德国人采用一种简单的装置年瑞士博士将低熔点金属的熔体喷射在工件表面而形 成涂层将金属液喷射成 粉末 ， 出现了人类最初的热喷 涂法 。， 由山东大学硕士学位论文此诞生了热喷涂技术喷涂将热喷涂技术向前推进一 大步线材喷涂装置不断发展熔合金粉末和复合粉末研究 成功同时诞生了火焰喷熔工艺 使热喷涂技术得到飞速发展美国公司相继研究成功爆炸喷涂和等离子火焰喷涂。 年代苏联 、 德国 、 日本开始使用电弧超音速， 。 从 年代到第二次世界大 战之前 ， ， 并出现了火焰粉末喷涂工艺结束了线材喷涂一花独放的 局面年代 后期年代自， ， 。 ，。枪 。 爆炸喷涂极大的提高了喷涂颗粒的 速度 、
20、 涂层的结合强度 、 减少年了涂层孔隙率 等离子喷涂的出现使任何高熔点材料成为可能 。代到 年代 ， 各种热喷涂技术均已成熟 ， 装备日趋完善公司研制成功新的超音速近年来计算机也开创了该项技术新的发展阶段年代开始引进热喷涂技术 年代开始研究和应用该项年代研制等离子设备 和工艺年代研制成自熔合金 粉末，年国家计委国家科委在北京召开全并在六五七五 八五极大的促进该技术的， 应用范围逐渐扩大 。 年美国火焰 喷枪成功的在热喷涂技术中得到了应用我国自技术川， 它的问世使等离子喷涂面对新的挑战 。 ， 。，。 ， 年代开始大力推广应用国热喷涂技术交流 推广大， 、会 ， “ ” 、 “ ” 、 “ ”
21、、 “ 九五 ” 期间相继列为全国重点推广的新技 术之一 ，发展推广应用 。热喷涂技术的 特点热喷涂的基材几乎不受限制陶瓷 材料、非晶态材料木材 纸等涂层材料种类广泛 包括金属及其 合金的复合材料喷涂的零件不受尺寸大小和形状 限制也可局部表面 喷涂特别对大型件的局部表面喷涂强化或 修复济又方便 深受 青睐除火焰喷涂外冷工艺 组织性能变 化很小， 其中包括金属 材料 、 、 布 、 。， 、 塑料 、 陶瓷以及它们。， 可以对整体进行喷涂 ， ， 既经， 。， 喷涂过程母材受热温度低 ， 即热喷涂实际 上是“ ” ， ， 工件变形小 。热喷涂工 艺过程为了获得所需的涂层 ， 热喷涂工艺一般包括以
22、下几个 过程表面预 处理山东大学硕士学位 论文由于考虑到涂层与基材能很好的 结合 ， 基材表面必须清洁和 粗糙 。因此喷涂之前对基材表面进行净化和粗化是十分必要的 ， 其处理的质量直接影响到涂层的质量好坏净化处理的目的是除去工件表面所有的 污垢油漆及其它污物油方法有溶剂清洗粗化处理的目的是增加涂层和基材表面之间的接触面及相互嵌合使净化的表面更加活化 提高涂层的结合强度 同时基材表面粗 化还可以改变涂层中残余应力的分布 常用的粗化处理方法 喷砂机械喷涂自粘结材料作中间过渡层等， 也往往关系到整个工艺的成败。， 如氧化皮 、 油渍 、。 关键是除去工件表面和渗入其中的 油脂。碱液清洗和加热脱脂常用
23、 的除、 。， 。 、加工法 、 电拉毛除油、 。除去金属工件表面 轧制碎屑和灰尘称为除油或脱脂、 切削 、 冲压 、 抛光等加工过程中敷上 的油脂、， 。金属的除油方法有碱浴 清洗碱液清洗、 溶剂清洗 、 水溶液清洗 、 电解 清洗等。碱液清洗主要是去除油污 油污主要成分有植物油和矿物油按其性质可分为皂化油和非皂化油两大类 生 成肥皂皂化油 如植物油与碱 反应，使油脂溶于水 非皂化油是不溶于水的矿物油从被处理的工件表 面除去凡士林等如润滑油 加入表面活性物质如硅酸钠乳化剂液等使非皂化油转化成乳化液而除去清洗液大多是由主清洗剂和表面活性剂组成磷酸三钠和氢氧化 钠等使油污悬浮于溶液中 有一定清洗
24、 能力腐蚀工业用硅酸钠从粘稠液体的水玻璃到含不同结晶水的粒状硅酸钠常用作钢铁件的 清洗剂分变化很大 例如碳酸钠可以提 供碱性并容易用水冲洗将油污洗干净是广泛用于碱清洗剂的主要成分 氢氧化钠的碱性很强剂相对便宜的碱性源 它有一定去污能力 并作缓冲剂和对某些金属 提供保磷酸三钠能软化水 清除水中钙镁和铁离子产生的絮 凝沉淀能作为去污的分散剂 提高碱度 并起缓冲剂作用 防止碱性发生大的变化磷酸， 。 ， 。 ， 。 ， 特别是表面活性剂、， 。 主清洗剂有硅 酸钠 、 碳酸钠 、 。 硅酸钠在碱清洗液中起多种作用 ， 提供碱度，锌不被碱， ， 同时又是缓冲剂 ， 使铝 、。 ， 成， 。 一 加 乳
25、化容易浸润一些油价格比 较便常作为碱清洗剂 一 ， 一 ， 一 。 ，类的油污 ， 同时起缓冲剂作用 ， ，宜 ， 。 ，。 ，护 。 ， 、 ， ， ， 。山东大学硕士学位 论文盐污染环境活性剂是为碱性清洗剂提供乳化阴离子型和非离子型 三种皂是一种阴离子表面活 性剂， 排出的废水需限制磷含量 ， 因而使用受到限制 。、 润湿和分散性能的 物质 ， 有阳离子型 、 。 季钱化合物是典型的阳离子表面活性剂在水中产生金属阳离子 和阴离子将被吸到油 相表面，。 肥，。 一 ，在油一 水界面， 疏水基团 一 使油滴被双电层 包围 ， 。相互排斥 这种表面活性剂较便宜 。 非离子表面活 性剂使油脂发生乳
26、化作用 ， 呈稳定状态悬浮电解法和超声波法一般零件除油用的碱性清洗剂可用氢氧化钠焦磷酸钠表面活性剂 如硅酸钠、。 碱液清洗可用浸渍法 、 喷淋法 、 滚筒法皂粉、 。， 碳酸钠洗衣粉， 磷 酸钠乳化剂等， ， 肥、 、 。溶剂清洗溶剂清洗是使工件表面的油污溶解到溶解能力较大的有机溶剂中而被有机溶剂除油是物理溶解作用既可溶解皂化油 又可溶解非皂化油高熔点的矿物油亦有很好的效果 煤油汽油溶剂油等是广泛使用的石油类溶剂它们的价格便宜闪点较除去 。 ， ， ，溶解能力强 ， 对那些高 粘度 、 。 、汽油 、 ， ，高 。二氯乙烷对油污溶解能力强可提高闪点液混合使用使用 但要注意防火溶剂清洗对钢铁和有
27、色金属均无腐蚀 作用用的清洗方法 可以为组装涂装检验和进一步表面处理提供清洁 的表面由于溶剂清洗 能力强有时把它作为其它清洗方法的预 清洗溶剂清 洗可用擦洗法 浸洗法 超声 波法喷射法和蒸气清 洗法乳化液清洗乳化液清洗液是由不能或几乎不能互溶的有机溶剂和水组成机溶剂以球状液滴分散于水中 借助乳化液 作用形成乳化液油污溶解 再使其乳化 用水冲洗乳化液 和油液清洗只用于清洗度要求不高或大件的清洗或作为 预清洗洗用乳化剂都是水包油型乳化液的配方有体积 煤油、 四氯乙烯 、 三氯乙烯 、 四 氯化碳但 价格贵乙醇、 三氯三氟乙烯等卤化烃类溶剂 ， ， 不易 燃烧 ， ， 在某些情况下与油混合使用 ，
28、， 减少火灾危险 。 酒精 可单独使用或与卤化烃 类溶。 丙酮和其它低闪点的溶剂只在清洗精密仪器零件等特殊情况下， 。， 不受材质 限制 ， 是工业上常， 、 、 。， 。、 、 、 。 有， 。 ， 先将， ， 。 但水洗 不净 ，故 乳化作为清， 所用的乳化剂应为亲水型的 ， 典型水 份 ， 份 ， 表面活 性剂 份，再加入山东大学硕士学位 论文一 硅酸钠 。、乳化液清洗的工作环境比 较安全 ， 工作容易控制，可以用刷 、 浸 、 喷 淋方法 进行。除锈除锈就是除去金属表面的氧化 皮和锈 。钢铁在铸造 、 锻造 、 热轧等高温工艺操作中产生的氧化皮也称铁鳞 铁鳞的结构一般 分三层靠钢基体为
29、钢铁在大气和天然水中生成铁锈在海，表层为在， 较薄 中间是磁性和， 较厚 。以下分 解为 。 ，其主要成分洋大气中生的锈还含有铁的 氯化物除锈有化学除锈 电化学除锈浓度为硫酸使氧化物层 溶解或酸与基体金属及氧化物反应钢铁材料用硫酸洗时化皮产生机械剥离 发生如 下反应一 、 一 和 。、 、 喷砂和滚光等 方法左右的盐酸析出氢，。 钢铁除锈常用浸渍使锈层和氧一 ， 一 或 ， ， ，。 ，硫酸铁与初生氢反应， 还原为硫酸亚铁用盐酸时也发生类似的反应 。 无论在盐酸中还是在硫酸中，都很难溶解的氧化皮时。 是铁的氧化物中最易溶于 酸中的 。 在酸洗高温形成被溶 解后酸液是使氧化皮涨破而脱落下来， 酸
30、是经氧化皮空隙和裂缝进入 层 ， ，氧化皮就剥落下来 。 在 以下形成的氧化皮 没有 层，与氧化皮下面的金属而酸洗速度要 慢得多反应生成氢气 ， ， 因。由反应式可见缓蚀剂多为含氮或硫原子的有机物焦油苦丁等盐酸溶液常用乌 洛托品防止对金属基体的溶解和 氢脆电解除锈是在酸洗溶液中通过电解反应产生气体的机械作用将氧化皮， 酸液对金属具有腐蚀作用用于硫酸溶液的缓蚀剂有硫脉六次甲基四胺缓蚀剂能有效地， 为此酸洗液中要加缓蚀剂 。 、 磺化煤、 。 。除去 。 适用于黑色磁性氧 化铁 和不锈钢的氧化膜 中的电流密度为。和。的除去 电解酸洗通常用稀硫酸，山东大学硕士学位 论文机械法清理机械法清理除刮刀除锈
31、 、 钢丝刷除锈 、 砂纸除锈等手工除锈 法外 ， 主要油污并可粗 化表机械法清理可同时解决除油和除机械法清理主要用于铸件型砂 清理除掉大型件热处理件的清理等 喷砂清理是利用高速度的砂子抛将其氧化皮等杂物打掉喷砂不仅可以清理各类氧化皮除去工件上毛刺 而且能获得一定粗糙度的表面提高喷砂有压缩空气喷射法和机械离心力抛射法压缩空气法是砂子用工作压力为的压缩空气先在贮砂室内混合再由另一路压缩空气带动喷和湿喷两 种方式湿喷砂又称水力喷砂口 处汇合通过压缩空气从喷嘴喷出流的环形水屏 大大改善了劳动条件消除了粉尘飞溅用压缩空气将丸粒或砂粒从喷嘴喷射到工件表面后再利用真空原理收 回丸粒或砂粒及其产生的粉尘离心
32、抛射法是用旋转的叶片的离心力将砂子高速度抛射到工件 表面有喷砂和 滚光法旧 漆膜腐蚀产物为后续工序和表面强化处理做准备工作使两个工艺合而为一氧化皮旧漆层清理射在工件表 面上。 机械法是靠机械力除去金属及非金属表面的 氧化皮 、 、 、 型砂以及各种杂物 ， 以获得洁净的表面 ， 面 ，。锈 ， 。 、 、 。， 。 、油污 ， 型砂等杂物 ， ， ，漆膜的附 着力 。 。， ， 经软管和喷嘴喷射到工件表面上是使水与砂分别进入 喷嘴。，有干在进。 ， 。 由于高速水流的冲击形成一道包 围砂， ， 。 真空喷射除锈是利，。上 ， 清除 氧化皮 。 抛沙机大多是封闭式 ， 叶片旋转速度为 ，钢砂抛射
33、速度为 。预热预热是为了消除工件表面的水分和湿气 提高喷涂粒子与工 件接触时的界面 温度 减少因工件热膨胀造成的涂层应力 ， 避免涂层开裂，提高涂层与基体的结合强度 。 预热的温度取决于工件的大小一般控制在之间。高频加热等、 形状和预热的材质以及喷涂材料的热膨 胀系数 。 一方法可以用氧乙炔加热 和电炉 、， 。喷涂制备好的工件表面要在尽量短的时间内进行 喷涂要根据涂层 种类喷枪性能和工件的具体情况决定。 喷涂工 艺参数、 。涂层的后处理喷涂后得到的涂层有时不能直 接使用 。 根据不同的需要进行不同的山东大学硕士学位 论文后处理 。 对于防腐涂层 ， 为了防止腐蚀介质进入涂层到达基体需进行封
34、孔处理 对于承受高应力载荷或冲击磨损的工件有尺寸精度要求的工件要进行机械加工， 要对涂层进行重熔 处理 。热喷涂涂层的形成过程热喷涂的基本过 程是喷涂材料熔化成熔融状态或半熔融状态雾化成数十到数百微米的微粒微粒高速喷向基材 表面三个过程是极短时间内进行的 其中粉末喷涂时可以认为没有的过程比例 较大但仍然的极短的 例如火焰线材喷涂度为从喷枪口到基材所需的时间也只有热喷涂涂层是由熔融或接近熔融状态的粒子过的基体表面经多次堆积形成喷涂层 熔融的粒子撞击基材表 面展平成扁平状 以极大的冷却速度进行凝固 在随后的冲击粒子到达之凝固冷却只有但继续受喷枪的热流等 影响再重复上述凝固 过程干扰 喷涂层可以认为
35、是由若干个扁平状薄片晶粒堆积而成飞向基材的熔融粒子撞击到经粗化处理的基材表面时铺 展成扁平状液体薄片紧贴着基材表面的凸凹点上冷凝时收缩咬住凸点形成机械 结合机械结合是热喷涂层与基材的主要结合方式 也是喷涂粒子间的主要结 合方式喷涂过程 特别喷涂放热型喷涂材料如镍包铝 粉末基材表面有的微区接触温度可能超过其熔化温度熔融粒子与基材形成微区冶金结合提高涂层与基材的结合形成微区冶金结合当熔融粒子高由于变形 高温等作用 在涂层与增加涂层与基材的结合强， 形成涂层。与 过程几乎是 同时进行 ， 。 从时间上讲 过程所占的， ， ， 其粒子的飞 行速一 ， 一 一 。， 以高速冲击预处理， 。， ，前 ，
36、时间 ， 凝固成扁平状晶粒可以得到充分的冷却第二批熔融粒子撞击己形成的涂 层表面，。 熔融粒子基本上独立完成这些 过程 ， 互相没有，如图，所示【，。， ， ，。 ，。 ，时 ， ， 发生 熔化强度， ，。 熔融粒子间也有类似情况 ，速撞击基材表面形成紧密接 触时 、 ，基材之间可能产生微扩散 ， 形成扩散结合，度 。山东大学硕士学位 论文熔滴 基体 涂层图 涂层形成过程示意图氧乙炔火焰喷涂技术利用气体燃烧放出的热进行的热喷涂称火焰喷涂史最为悠久 火焰喷涂分为线材火焰喷涂和粉但目前仍广泛被采用末火焰喷涂两种线材火焰喷涂是指线材通过由压缩空气驱动的送丝尖端被熔化轮进入气体火焰中 熔化的材料被喷嘴
37、周围的压缩空气雾化并加速然后沉积于预处理的工件表面上在特殊情况下压 缩气枪的结构流可以采用惰性气体 火焰的大小和 种类线材种类直径的大小流速 压力 进给速度等都可影响涂层质量这些参数均可得到控制不过在现代装置中 从而获得质量较 好的涂。 火焰喷涂 的历， 。， ， 。 、 、 空气的纯 净度 、。、 、 、 、， ，层 。在火焰喷涂中通常用乙炔和氧组合燃烧提供热量可采用甲基乙炔丙二烯 丙烷氢气或天然气枪中燃气火焰主要用于线材的熔化喷涂线材可以用丝材但必须配以特定的喷枪粉末火焰喷涂与线材火焰喷涂不同之处是喷涂材料不是线材 而是， 其它燃料气体还。在线材火焰喷棒材 和带一 、 、。 、材 ， 。粉
38、末一体， 且一般不用压缩空气粉末装在料斗内 料斗可以与喷枪构成也可以单设一个送粉器与枪连接工作时以少量气体运载粉末燃料气体中 火焰使粉末熔化并喷射到基体 表面 。 。， 。进入氧 一 ， 。火焰喷涂涂层的形成氧乙炔火焰喷涂涂层是由不断飞向基材的熔融粒子撞击基材表面或撞击己形成的涂层表面堆积而成熔融粒子在与基材表面撞击直至。山东大学硕士学位论文凝固过程中冷却速度 极快其过程只有待后一颗熔融粒子撞击前一颗表面区域时，这一时间间隔可使前一片层得到充分冷却 因此涂层粒子之间互不影响热传导， 金属 喷涂为 日 ， 陶瓷 喷涂为当前一颗熔融粒子撞击基材大约相可以认为 一 ， 一 ， 一 一 。表面形成涂
39、层后 ，隔 ， 。 ，。图 是涂层形成过程示意图 “ 。 熔融粒子撞击基材表面后展平在撞击后凝固冷却的薄片粒子继续受到外部环境和热气成薄片状扁平状 ， 并瞬间冷却凝固 图过程中后一颗粒子撞击前 ，流的影响 后第二层薄片形成 ， 通过已形成的薄片向基材或涂层进行热传导 图 。通常情 况下区不存在这类氧化膜撞击后的扁平状粒子组 成的子或孔洞， 熔融粒子的表面覆盖有氧化膜如图 所示该图还说明了涂层是熔融粒子同时涂层还可能夹杂着未完全熔融 的粒， 但粒子间互相熔融， 。，。， 间隙图 火焰喷涂涂层形成过程示意图完个州融村 认化映护仪 一 才相少吕浓悦图 氧乙炔火焰喷涂涂层断面构造示意图山东大学硕士学位
40、 论文氧乙炔火焰喷涂技术的 特点氧乙炔火焰温 度低氧乙炔火焰也有其 长处氧乙炔喷枪在出粉孔的外围分布着许多小孔燃气产生火焰每个小孔处的火焰都有焰心内焰和 外焰个火焰群喷出的粉末基本保卫粉末流不易与外层空气 接触利用 率大氧乙炔火焰的火舌较长行速度低一般为涂粒子的熔化反应效果因此喷涂粒子的反映时间大大缩短一些新型火焰喷枪拥有独特的燃气和助燃气体混合器但又不增加流体阻力从而提高了喷枪的总体 热效能氧气和乙炔混合后经喷嘴点火喷出于空气及气体焰流的流体力学和热的作用温度均有变化的速度 这种作用达到相对平衡时速度场和温度场所示如图 当喷涂粉末经粉斗流出后被送粉气体带入喷枪 在这个过 程中再经枪口射向基体
41、表面粒子一方面获 得动能被火焰加速 喷距在 时速度上升很快然后平缓降低另一方面表面乃至心部熔融 同时粒子内部发生 冶金由此 可见氧乙炔 火焰、 功率小 、 焰速低 ， 难以熔化高熔 点组元 。 但是 ， ， 主要表现在 川， 从小孔中 喷出的这样火焰的， 、 。 ， 整， ，。， 一般大于因此粉末的加温时间较长而等离子射流的速度大约是氧乙炔火焰的， 粉末在火焰中的飞一 ， ， ， 可增加喷。 一倍 ， 。， ， 使两种气体能充分 混合又提高了燃烧速率， ， 既可获得较大气体 流量 ， 。在氧乙炔火焰喷涂过程中 ， ， 由， 在不同的喷涂距离上 气体形成相对稳定的、 。 ， 和 。 ， 。 ，
42、， 一 ， 在时达到顶峰 ， ， 见图 。 ， 粒子受火焰加热而温度 升高 ， ，反应 ， 粒子表面温度随喷距的变化 见图的粉末有一定 优势。 ，喷涂熔点小于 。山东大学硕士学位论文月跪已 肠甘氏， 日 厅一 八几，几叫 以间】 知一毛心吕者，“ 一 一 “，“二助 一 ， 一竺竺二 二， ， 月倪相蕊 图 不同喷距上的火焰 流速一 一 叫。翻口甲、似山州邝乌炜阅公川 适 一 哪 ，南，佗月 一 一人 一电份助川岛八不侣压附叶 。 一 乌详几栩 叭但叫曰曰勺赶伴日巴二任八吞 “翔 一 二妞 甘”图 不同喷距上的火焰温度山东大学硕士学位 论文目 脚 一助序妇一一 蕊，七切七一一、 、 李月扮一必
43、。 “一一 鑫一一 、 二 一讲 妈 伽图 喷涂粒子速度随喷距变化，。厂 行口幽二六二司川归勺卜，芭歌任 分心熟户月众瓜跳夕月飞盛 脚伽、钱 一 节八一今一 ，、 令、劝一 叩以一、 习 洲令叭 ， “、日。心 肋 弓加摄邢嘴动 劲匆 成 短 图 喷涂粒子表面温度随喷距变化电弧超音速喷 涂技术电弧超音速喷涂技术是 年代兴起的热喷涂技术使熔融颗粒高速所示喷涂时，们 。 电弧超音速喷涂是以电弧为热源 ， 将金属丝熔化并用气流雾化 ，喷到工件表面形成涂层的一种工艺 ， 基本原理如图 。山东大学硕士学位 论文两根丝状金属喷涂材料用送丝装置通过送丝轮 均匀 、 连续地分 别送进负极 并当两余属丝端部由于
44、送进而互相电弧超音速喷涂枪中的导 电嘴内保证两根丝材端部接触前的绝 缘性接 触时在端部短路并产生电弧熔融金属雾化成微熔滴音速喷涂层， 导电嘴分别接电源的正 、 ，。， ， 使丝材端部瞬间熔化 ， 压缩空 气把形成电 弧超， 以很高的速度喷射到工件 表面 ，。一送丝 滚轮一 电弧一导电块一喷涂射流一直流电源一导电嘴一 金属丝一空气 喷嘴图 电弧超音速喷涂示 意图电弧超音速喷涂层的形成电弧超音速喷涂层的形成过程非 常复杂 ， 涉及到空气动力学 、 多相流流体 力学 、 冶金 热力学 、 传热学等诸多领域 ， 因此也受到很多参数的影响等等，。如电弧温度 、 气流速度 、 气流压力 、 基 体温度 、
45、 喷涂 电压 、 电流一般电弧超音速喷涂层的形成可以 分为 一 熔滴形成 、 熔滴雾化和扁平颗粒堆积熔滴 形成作为阳极和阴极的两根丝材由送丝机构送入 喷枪场而使两根丝间的气体电离从而产生温度较高 的电弧。， 在交汇处形成电尽管雾化 气流， 。通过传导 、 对流和辐射等传热方式带走部分热量两根丝材端部将熔化成 熔滴。雾化成小熔滴 并喷射向基体， 电弧区的温度仍高达熔滴在雾化气流 的拖一 ，拽下被加速 、 、 。山东大学硕士学位 论文熔滴 雾化熔滴的雾化效果将直接影响到涂层的质量弧超音速喷涂比较重要的一个工艺 参数雾化气流在电弧超音速喷涂过程中将起到两个作用将熔化的金属从丝材的端部剪开并雾化金属
46、熔滴为雾化熔滴提供飞行动力雾化气体的压力对电弧的稳定性熔滴的形成及雾化的效果都有很大的 影响流将发生动力学 传热学及化学交互作用。 因此雾化气体特性 是电。 、。 在雾化过程中熔滴与雾化气、 。扁平颗粒堆积在电弧区形成的熔滴 ， 经过雾化和加速飞行之后 ， 将以很高的速度撞击基体 表面 ， 此时熔滴的动能将转化为热能 ， 熔滴撞击基体时 ，冷的基体会迅速传输其热量圆盘状的薄片 即扁平颗粒， 熔滴在变形的瞬间被冷却 、 凝固 ， 形成， 。 而熔滴的撞击 、 变形 、 冷却凝固的过程称为扁平 化过程扁平化过程的时间很短堆积熔滴又不断扁平化 形成热喷涂涂层，中熔滴与基体撞击后也会发生不同程度的飞溅
47、， ， 只有 一 一 一 。 接着、 ， 在扁平化颗粒堆积 过程。电弧超音速喷涂涂层的微观结构特点如前所述 ， 由于高速喷射熔滴对基体表面的碰撞润湿铺展， 熔滴因动能的冲击压力而变形 、 、 ， 最后凝固冷却形成碟形或薄饼形的变 形颗首先在基体表面形成一薄层涂层了第一层熔滴是直接与基体表面接触之外第二层第三层都是沉积在粒 。 同一批碰撞基体表面的 熔滴 ， 。 除， 、早先沉积凝固的涂 层上面从图可以看出， 最后形成片层状结构的喷涂涂层。典型的热喷涂涂层是由扁平 颗粒， 、 氧化物或形状是一个典型的多相非 均质涂夹杂数量和分布以及晶粒取向等都是不同的层 结构、 气孔以及粘结界面等 组成 ， 而
48、且这些组成的微观尺寸 、 、，” 、 ， 。山东大学硕士学位 论文熔滴 雾化熔滴的雾化效果将直接影响到涂层的质量弧超音速喷涂比较重要的一个工艺 参数雾化气流在电弧超音速喷涂过程中将起到两个作用将熔化的金属从丝材的端部剪开并雾化金属 熔滴为雾化熔滴提供飞行动力雾化气体的压力对电弧的稳定性熔滴的形成及雾化的效果都有很大的 影响流将发生动力学 传热学及化学交互作用。 因此雾化气体特性 是电。 、。 在雾化过程中熔滴与雾化气、 。扁平颗粒堆积在电弧区形成的熔滴 ， 经过雾化和加速飞行之后 ， 将以很高的速度撞击基体 表面 ， 此时熔滴的动能将转化为热能 ， 熔滴撞击基体时 ，冷的基体会迅速传输其热量圆盘状的薄片 即扁平颗粒， 熔滴在变形的瞬间被冷却 、 凝固 ， 形成， 。 而熔滴的撞击 、 变形 、 冷却凝固的过程称为扁平 化过程扁平化过程的时间很短堆积熔滴又不断扁平化 形成热喷涂涂层，中熔滴与基体撞击后也会发生不同程度的飞溅， ， 只有 一 一 一 。 接着、 ，
