电弧喷涂技术的发展现状及展望

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1、、电弧喷涂技术的发展现状及展望1．电弧喷涂技术的发展过程电弧喷涂技术是热喷涂技术的重要组成部分之一，既是一种古老的喷涂技术，又是一种崭新的喷涂技术。该技术产生于20世纪初，当时由于受喷涂设备性能的限制，只能喷涂一些低熔点的金属材料来防止钢铁表面锈蚀。随着热喷涂技术的发展与提高，电弧喷涂技术也在不断进步。到了20世纪中期，电弧喷涂技术已经占据了重要地位。后来由于等离子、爆炸等喷涂技术的出现，而且能满足航空航天及火箭等尖端技术的需要，在某种程度上又限制了电弧喷涂技术的发展。20世纪70年代以来，粉芯丝材的出现给电弧喷涂技术带来了生机。粉芯丝材既克服了高合金成分难以拔

2、丝的困难，同时还能使一些不导电的颗粒材料(陶瓷及碳化物)填充到粉芯丝材中，在电弧喷涂上得以应用，如AI2O3，、TiO2、TiB2和Cr3C2等。由于粉芯丝材的成分具有易调节、生产周期短、选材便利以及成本较低等优点，因此促进了电弧喷涂技术的发展。近来随着高合金和锌铝合金(85/15)丝材的出现，使电弧喷涂技术得到更快的发展。2．电弧喷涂技术进入了崭新时代进入80年代以后，随着电弧喷涂材料品种的不断增加及性能不断提高，电弧喷涂设备又向精密化、自动化方向发展，如超速电弧喷涂、高速脉冲电弧喷涂、复合电弧喷涂、保护气体电弧喷涂及真空电弧喷涂等。这些新的电弧喷涂工艺技术的

3、出现，大大提高了喷涂效率，改善了涂层质量，拓宽了电弧喷涂技术的应用领域。当前这项技术很受青睐，在国民经济的许多部门发挥了重要作用，使古老的电弧喷涂技术焕发了青春。3．电弧喷涂技术的发展趋势与展望高能等离子喷涂、高速火焰喷涂(HVOF)和燃气爆炸喷涂技术固然在航空航天及国防等尖端领域的应用是不可缺少的，但由于设备复杂、造价昂贵，又不易现场施工，因此电弧喷涂技术在某些领域里可以取代上述工艺方法。如电厂锅炉受热面、钢厂转炉烟罩及化工储罐等许多行业的防腐耐磨涂层。据有关资料显示，电弧喷涂技术在1960年、1980年和2000年占喷涂技术的比例分别为15%、6%和15%。

4、2000年以后，电弧喷涂技术发展的更加迅速，预计现在约占喷涂技术的比例已达20%左右，所以未来电弧喷涂技术的发展将迎来一个崭新的时代。二、超音速电弧喷涂技术的特点1．超音速电弧喷涂技术工作原理近年来，高能高速喷涂成为热喷涂发展的一个重要方向，特别是粒子速度受到普遍关注。粒子速度对涂层质量有决定性作用，热喷涂涂层质量的改善往往是粒子速度提高的结果。与等离子喷涂、超音速火焰喷涂相比，普通电弧喷涂粒子速度低，是制约电弧喷涂技术发展的重要因素。随着热喷涂技术的发展与提高，一种新的喷涂方法——超音速电弧喷涂技术应运而生。超音速电弧喷涂采用拉法尔喷嘴和计算机辅助设计技术，代

5、表了当今电弧喷涂发展的最高水平。其工作原理是：燃烧于丝材端部的电弧将均匀送进的丝材熔化，经拉法尔喷嘴加速后的超音速气流再将熔化的丝材雾化为粒度细小均匀的粒子，喷向工件表面形成涂层，超音速电弧喷涂与普通电弧喷涂的火焰比较见图1。2．涂层特点(1)粒子速度超音速电弧喷涂粒子速度高，采用kodak1012型高速运动分析仪测得纯铝涂层的粒子最大速度为385.7m/s，平均速度为373.6m/s，T8钢涂层的粒子最大速度为301.9m/s，平均速度为259.6m/s。(2)结合强度按照标准ASTMC633-1979在电子拉伸试验机上进行涂层结合强度测试。以常用材料3Cr1

6、3为例，涂层结合强度平均值为60MPa，最大值为68.1MPa。(3)涂层孔隙率以3Cr13为例，用金相检查法测定：涂层均匀致密，无大的空洞缺陷，孔隙平均大小为0.9μm，孔隙率为0.7%。(4)涂层硬度采用Micromet－Ⅱ显微硬度计测试，以3Cr13为例，涂层硬度平均值为397HV。(5)粒子雾化用S-2700扫描电镜观察雾化粒子的形貌，同时测量粒子的粒度。以3Cr13为例,3Cr13粒子基本成球形，平均粒度为4.32μm，较大的为18.8μm，较小的为1μm，粒子雾化效果好，分布均匀。3．各种喷涂方法的工艺特点由于采用的热源不同、喷涂方法不同，因此其热源

7、温度与粒子飞行速度也不尽相同，各种喷涂方法的工艺特点见表1。4．三种喷涂方法纯铝涂层的主要性能超音速电弧喷涂由于采用了拉法尔喷嘴，将喷涂粒子速度提高到超音速，因此改善了粒子雾化效果，提高了涂层质量，在工业领域应大力推广应用。据有关单位测试，现将喷涂纯铝涂层三种喷涂方法的主要性能，列于表2。三，超音速电弧喷涂技术在重要工业领域的应用由表1可以看出，尽管超音速火焰(HVOF)喷涂工艺方法的粒子飞行速度超过超音速电弧喷涂方法，但其设备复杂，不能到现场喷涂施工。而超音速电弧喷涂方法的粒子飞行速度大大超过了氧乙炔火焰丝材喷涂和普通电弧喷涂方法，且能在现场喷涂施工。结合我公

8、司近年来采用超音速电弧喷