喷涂涂层防护技术, 如火焰喷涂、等离子喷涂等技术,在发达国家应用较早 ,在水力机械方面主要用于冲击式水轮机的喷针与喷嘴环, 以及混流式水轮机导叶、抗磨板、止漏环等部件在遭受破坏后的修复 ,特别在一些容量、尺寸较小、磨损不太严重的机组上应用是成功的, 但在大型机组上应用的报道还未见到。上面提及的 HVOF 涂层大面积用于小浪底水轮机 、万家寨引黄工程水泵等预计存在磨蚀问题的大型机组, 这在国内外还是前所未有的,其抗磨蚀效果如何, 令人关注 。
HVOF 涂层(High Velocity Oxygen Fuel Coating ,即高速燃氧喷涂涂层)是近年来用于水力机械过流部件表面防护的新技术。它是在点燃氧和燃气的同时,将高温状态的粉末材料以超音速喷出, 粘结在部件表面形成涂层 ,此工艺常用的材料粉末包括碳化钨、金属陶瓷等粉末。
HVOF 涂层工艺过程
1)喷涂前,对部件表面作必要的检查与清理,除油除污,并作喷砂处理;
2)部件预热 ,温度 100 ℃左右;
3)实施 HVOF 喷涂,一般由机器人操作完成;
4)每次喷涂的厚度约 0.1mm 左右,根据所需要的涂层厚度 ,重复过程 3), 故涂层为多层结构 ,通常涂层最大厚度为 0.5mm 左右 。
同其它涂层相比 , HVOF 涂层有如下特点:
1)部件预热温度低(100 ℃),不存在部件变形问题,因而适合在大尺寸部件上应用 ,这是 HVOF 涂层最显著的特点 。而其它涂层需要高得多的预热温度,如喷焊工艺 ,预热温度 200 ～ 500 ℃,受热面积大, 而且喷焊工艺的涂层粉末需要重熔, 重熔是在基材表面上进行 ,通常自熔性合金粉末的熔点范围为 950 ～ 1200 ℃,如此的高温有可能对基材产生影响;表面渗氮(或碳)工艺, 需将部件整体送入渗氮(或碳)炉中加热 ,温度通常为 500 ℃左右 。因此后两者均存在部件热变形、涂层易出现微裂纹问题, 特别是对尺寸大的部件。
2)喷涂速度快。高温状态的涂层粉末喷涂到基材表面,因时间很短 ,涂层粉末与表面接触前仍保持原有的高温,一旦接触又快速冷凝 ,可使涂层组织致密 、结合力提高, 因而其粘结强度比普通火焰喷涂、等离子喷涂等涂层大大提高 。
3)工艺过程一般由机器人操作, 粉末喷涂均匀 ,可提高喷涂质量
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