自1913年瑞士工学博士M.U.Schoop提出电弧喷涂的设计方案后,1916年研制成功了实用型的电弧喷枪,到20世纪30年代电弧喷涂得到了发展,主要用于设备旧件的修复和钢铁构件防腐用喷锌、喷铝。早在20世纪50年代,电弧喷涂已在很多国家得到应用,并传入我国。60年代初,我国研制成功封闭喷嘴固定式喷枪,主要用于旧件修复。60年代中期至70年代,由于技术水平及其他历史原因的限制,其在不同地区发展很不平衡。从80年代开始电弧喷涂技术的研究和应用有了长足进展,成为热喷涂领域非常活跃并备受重视的技术之一。世界各国都密切关注电弧喷涂设备及工艺的新进展,并争相投入到它的研究开发中。
(1)电弧喷涂技术的原理。电弧喷涂是将两根被喷涂的金属丝作为自耗性电极,利用两根金属丝端部短路产生的电弧使丝材熔化,用压缩气体把已熔化的金属雾化呈微熔滴,并使其加速,以很高的速度沉积到基体表面形成涂层的热喷涂方法。其工作原理如图3-1所示。
喷涂时,两根金属丝材在送丝装置连续均匀推动(或拉动)下,分别送进电弧喷枪中的导电嘴,导电嘴分别接入电源的正负极并保证两根丝材在未接触前要绝缘。当两根金属丝材端部在喷枪内的送进过程中相互接触时,会发生短路而产生电弧,电弧的热量使丝材端部瞬间熔化形成液滴,并在压缩空气的作用下,高度雾化,以极高的速度喷射至工件表面形成电弧喷涂层。
(2)电弧喷涂技术的特点。电弧喷涂技术,可以在不提高工件温度、不使用贵重底层材料的情况下获得高的结合强度(结合强度大于20MPa)。该技术能源利用率显著高于其他喷涂方法,另外由于不用氧气、乙炔等易燃气体,安全性高。同其他热喷涂方法相比,电弧喷涂技术具有以下优点:
1)生产效率高。电弧喷涂的生产效率和喷涂电流成正比,当喷涂电流为300A时,每小时可喷涂30kg锌丝或15kg钢丝,单机生产效率是火焰喷涂的3~4倍,涂层性能稳定。
2)结合强度高。电弧喷涂温度高,粒子动能大,涂层与金属基体的结合力高,是火焰喷涂的3倍以上,抗冲击性能较高。(www.xing528.com)
3)能源利用率高,能耗少。电弧直接作用在喷涂金属的端部熔化金属,能源利用率可达90%,是所有热喷涂方法中能源利用最充分的一种。
4)设备价格低,效益高。设备投资低,维护简单,经济效益好,涂层性价比在所有长效防腐方法中最优,具有较强的竞争性。
5)制备伪合金涂层方便。电弧喷涂只需两根不同成分的金属丝,就可以制备出伪合金涂层,以获得独特的综合性能。
6)阴极保护作用佳。电弧喷涂防腐涂层耐腐蚀寿命长达30年以上,一次防腐处理可保钢结构件经久不腐。
图3-1 电弧喷涂原理示意图
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