热喷涂技术是一种环境友好、高效、应用前景广阔的现代表面强化技术,利用热喷涂技术在零部件基体上沉积金属、陶瓷、金属陶瓷等涂层,可以获得理想的复合涂层制品。热喷涂技术具有热输入量小、工件变形小,喷涂手段、喷涂材料多,不受基体材质的限制等特点[28]。热喷涂技术有许多工艺方法,目前应用比较广泛的主要有火焰喷涂(丝材火焰喷涂、粉末火焰喷涂、爆炸喷涂、超音速火焰喷涂)、等离子喷涂和电弧喷涂。
在现在的热喷涂粉末体系中,自熔性合金粉末的应用居多。自熔性合金粉末根据材料的组成又可以分为铁基合金粉末、镍基合金粉末以及钴基合金粉末,其特点见表5。近年来,性能优异的陶瓷粉末和复合粉末的研究及应用,为热喷涂技术的推广应用注入了活力。
表5 热喷涂自熔性合金粉末材料的特点(www.xing528.com)
氧乙炔火焰喷涂及等离子喷焊技术较早应用于各种阀门密封面的表面改性,使阀门的寿命大大提高[29]。例如,采用火焰喷涂工艺在阀芯表面制备镍基自熔合金涂层,硬度可达60HRC,耐磨性能优越,且它与基体为冶金结合,在高压水的冲蚀作用下不会发生涂层剥落。等离子喷涂温度高,气氛可控,可以用来喷涂各类高熔点的金属、氧化物和其他各种材料。但存在质量不稳定、结合强度差、成本高等问题。
近年来,热喷涂技术朝着高能高速喷涂方向发展。基于超音速火焰喷涂(HVOF)技术在制备高性能涂层方面表现出的明显的技术优势。超音速喷涂代替等离子喷涂在阀门密封面表面强化领域获得越来越多的研究和应用。通过超音速火焰喷涂制备的碳化物超硬金属涂层,如Ni-Cr3C2和WC-Co具有优良的耐磨耐蚀性能。同时超音速火焰喷涂技术具有沉积速度快、生产效率高等工艺特点,在国内外水下阀门生产中得到广泛应用。如苏州道森钻采设备股份有限公司、上海神开石油化工装备股份有限公司在水下阀门密封面超音速喷涂碳化钨粉末0.25~0.35mm厚,密封面的硬度达到69HRC以上,结合强度达到10000psi(69MPa)以上,孔隙率低于1%,氧化夹杂低于2%,保证了密封性能,大大提高了阀门的使用寿命。图1是水下阀门密封面超音速喷涂照片。
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