熱噴涂技術(shù)介紹

熱噴涂技術(shù)介紹熱噴涂的定義及原理

利用各種熱源，將欲噴涂的固體涂層材料加熱至熔化或熔融狀態(tài)，借助于高速氣流的霧化效果，使其形成微細(xì)熔滴，噴射沉積到經(jīng)過預(yù)處理的工件基體表面形成堆積結(jié)構(gòu)涂層的技術(shù)稱為熱噴涂技術(shù)。在噴涂過程的同時(shí)或隨后，對(duì)形成的涂層加熱重容處理，獲得與基體表面形成冶金結(jié)合特征的涂層稱之為噴熔層或噴焊層，其相的技術(shù)為噴熔或噴焊工藝也屬于熱噴涂工藝技術(shù)之一。傳統(tǒng)的熱噴涂方法：普通的氧乙炔火焰、電弧、大氣等離子噴涂等。熱噴涂技術(shù)簡(jiǎn)介熱噴涂技術(shù)是表面工程技術(shù)中的一個(gè)重要分支，它是通過火焰、電弧或等離子體等熱源，將某種線狀和粉末狀的材料加熱至熔融或半熔融狀態(tài)，并將加速形成的熔滴高速噴向基體，形成涂層。涂層具有耐磨損、耐腐蝕、耐高溫和隔熱等優(yōu)良性能，并能對(duì)磨損、腐蝕或加工超差引起的零件尺寸減小進(jìn)行修復(fù)。熱噴涂技術(shù)的應(yīng)用主要包括：長(zhǎng)效防腐、機(jī)械修復(fù)及先進(jìn)制造技術(shù)、模具制作與修復(fù)、制造特殊的功能涂層等4個(gè)方面。目前，熱噴涂技術(shù)已廣泛應(yīng)用于幾乎所有的工業(yè)領(lǐng)域以及家庭用品，如不粘鍋、紅外線保健電熱器等。熱噴涂方法分類目前還沒有統(tǒng)一認(rèn)可的熱噴涂分類方法，常用的分類方法主要是根據(jù)所用熱源的不同來分類，可分為：燃?xì)夥怏w放電法電熱法激光熱源法等。下面簡(jiǎn)要介紹一下常用的幾種方法。熱噴涂的分類熱噴涂燃燒火焰噴涂電能熱噴涂火焰噴涂爆炸噴涂等離子噴涂等離子噴焊線爆噴涂線材電弧噴涂激光噴涂激光噴焊線材火焰噴涂粉末火焰噴涂大氣等離子噴涂低壓等離子噴涂可控氣氛等離子噴涂高速等離子噴涂幾種熱噴涂方法的特點(diǎn)及涂層性能工藝方法線材火焰噴涂線材電弧噴涂大氣等離子噴涂粉末火焰噴涂燃?xì)獗▏娡繜嵩葱问絆2+C2H2O2+C3H8電能電能+N2、Ar、H2、HeO2+C2H2O2+C3H8O2+C2H2可噴涂的涂層材料金屬絲及復(fù)合絲材金屬絲及復(fù)合絲材金屬、陶瓷、金屬陶瓷、復(fù)合粉末等金屬、陶瓷、聚合物、復(fù)合粉末等金屬、金屬陶瓷、部分氧化物粉末熔粒速度/m*s-1100~200150~300300~35050~80500~800沉積速率/Kg*h-12.5~3（金屬）9~502.5~6.0（陶瓷）3.5~10（金屬）1.5~2.5（陶瓷）3.5~9.0（金屬）1~3結(jié)合強(qiáng)度/MPa6~2020~5020~6010~3080~170孔隙率/%5~155~151~105~15<2熱噴涂技術(shù)的特點(diǎn)與其他表面工程技術(shù)相比，熱噴涂技術(shù)在實(shí)用性方面有以下優(yōu)點(diǎn)。（1）、熱噴涂種類多熱噴涂可細(xì)分有幾十種，根據(jù)工件的要求，在應(yīng)用時(shí)有較大的選擇余地。各種熱噴涂技術(shù)的優(yōu)勢(shì)相互補(bǔ)充，擴(kuò)大了熱噴涂的應(yīng)用范圍。（2）、涂層功能多適用于熱噴涂的材料有金屬及其合金、陶瓷、塑料及復(fù)合材料。應(yīng)用熱噴涂技術(shù)可以在工件表面制備出耐磨損、耐腐蝕、耐高溫、抗氧化、隔熱、導(dǎo)電、絕緣、密封、潤(rùn)滑等多種功能單一材料涂層或多種材料的復(fù)合涂層。（3）、適用熱噴涂的零件范圍廣熱噴涂的基本特征決定了在實(shí)施熱噴涂時(shí)，零件受熱小，基材不發(fā)生組織變化。噴涂零件可以大到艦船船體、鋼結(jié)構(gòu)橋梁等，小到傳感器一類的傳感件。（4）、設(shè)備簡(jiǎn)單、生產(chǎn)效率高常用的火焰噴涂、電弧噴涂以及等離子噴涂設(shè)備都可以運(yùn)到現(xiàn)場(chǎng)施工，涂層的沉積率也較高。（5）、缺點(diǎn)是操作環(huán)境較差，需加以保護(hù)在實(shí)施噴砂處理工序及噴涂工藝中伴有噪聲和粉塵時(shí)，需采取勞動(dòng)保護(hù)及環(huán)境保護(hù)措施。熱噴涂方法與設(shè)備線材火焰噴涂：

線材火焰噴涂是通過線材火焰噴槍實(shí)現(xiàn)的。在噴槍中以氧—燃?xì)猓ㄒ胰玻┑幕旌先紵纬傻幕鹧鏋闊嵩矗瑢寖?nèi)送絲驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)均勻、連續(xù)送入火焰的線材或棒材加熱、熔化后被噴槍前端的壓縮空氣霧化成微細(xì)的熔粒形成射流，噴射到經(jīng)過預(yù)處理的基本材料表面形成的涂層。該噴涂方法由于熔融微粒所攜帶的熱量不足，使涂層與基材表面以機(jī)械結(jié)合為主，結(jié)合強(qiáng)度偏低。見火焰線材噴涂示意圖。熱噴涂方法與設(shè)備QX—1型線材火焰噴涂槍如圖：

噴槍根據(jù)送絲速度可分為高速和中速高速噴槍噴涂熔點(diǎn)800℃以下的金屬絲如：鋁、鋅等。常用噴槍為QX—1型高速和中速噴槍（如圖）:1、混合頭部分

2、送絲輪

3、導(dǎo)絲管

4、閥桿旋鈕

5、調(diào)速旋盤

6、機(jī)動(dòng)部分

7、手柄部分

QX-1型線材火焰噴槍性能參數(shù)（表1）項(xiàng)目性能參數(shù)操作方法動(dòng)力源調(diào)速方式質(zhì)量手持固定兩用壓縮空氣吹動(dòng)蝸輪離心力—離合器≤1.8Kg氧氣壓力/MPa

乙炔壓力/MPa

壓縮空氣壓力/MPa

0.3—0.7（常用

0.4）

0.03—0.10（常用0.06—0.07）

0.4—0.8（常用0.5—0.6）氧氣耗量/m3*h-1

乙炔耗量/m3*h-1

壓縮空氣耗量/m3*h-1約2.5

約0.7

約30熱噴涂方法與設(shè)備

QX-1型線材火焰噴槍性能參數(shù)（表2）項(xiàng)目性能參數(shù)線材直徑/mm

?2.3，

?3.0

噴涂效率/m3*h-180鋼鋁鋅

AI2O3

低碳鋼不銹鋼

銅鋁?2.3

1.8

?3.0

2.7?3.0

3.2?2.20.4?2.32.0?2.31.8?3.04.3?2.30.9射流中的熔滴直徑（鋼）/μm

4~40(噴入水中沉淀后測(cè)量)熱噴涂方法與設(shè)備

氧氣、乙炔、壓縮空氣的要求氣體分子式純度/%壓力/MPa流量/m3.h-1備注氧氣O2≥99.2>0.3>0.5乙炔C2H2≥99.0>0.04>0.4空氣>0.4>36清潔干燥熱噴涂方法與設(shè)備火焰粉末噴涂火焰粉末噴涂尤其是氧乙炔火焰粉末噴涂是目前應(yīng)用較廣、數(shù)量較多的一種噴涂方法，其工作原理是粉末隨送粉氣流從噴嘴中心噴出進(jìn)入火焰，被加熱以熔融或半熔融狀態(tài)噴射到基材表面形成涂層。焰粉末噴涂示意圖粉末在被加熱過程中，從表面向心部逐漸熔化，熔融的表面在表面張力作用下趨于球狀，因此粉末噴涂過程中不存在線材噴涂的破碎和霧化過程，粉末粒度決定了涂層顆粒的大小和涂層表面的粗糙度。進(jìn)入火焰的粉末在飛行過程中由于處在火焰中的位置不同，被加熱的程度存在很大的差異，導(dǎo)致部分粉末未熔融、部分粉末未被軟化而出現(xiàn)飛濺或?qū)е峦繉拥慕Y(jié)合強(qiáng)度與致密性不及線材噴涂。近年來隨著熱噴涂技術(shù)的發(fā)展，超音速火焰粉末噴涂（HVOF）技術(shù)已經(jīng)誕生。由于粉末顆粒被加速到音速以上，因此克服了火焰粉末噴涂涂層結(jié)合強(qiáng)度與致密性不高的缺點(diǎn)而被廣泛采用。電弧噴涂電弧噴涂是近年來應(yīng)用最廣的一種熱噴涂方法，目前大型鋼結(jié)構(gòu)的表面長(zhǎng)效防腐廣泛采用電弧噴涂鋁或鋅。工作原理是兩根以一定角度（30°~60°）連續(xù)送進(jìn)的金屬絲分別與直流電源的正負(fù)極相連接，在金屬絲端部短接的瞬間產(chǎn)生電弧，將兩根金屬絲的端部同時(shí)熔化，在電源的作用下，維持穩(wěn)定燃燒；在電弧的背后由噴嘴噴出的高壓空氣使熔化的金屬脫離金屬絲并霧化形成熔滴高速噴射到基材表面而形成涂層。電弧噴涂示意圖等離子噴涂等離子噴涂是以電弧放電產(chǎn)生的等離子體作為高溫?zé)嵩?，以噴涂粉末材料為主，將噴涂粉末加熱至熔化或熔融狀態(tài)，在等離子射流加速下獲得很高速度，噴射到基材表面形成涂層。等離子弧由于溫度很高，可熔化目前已知的任何固體材料；噴射出的微粒溫度高、速度快，形成的涂層結(jié)合強(qiáng)度高、質(zhì)量好。等離子噴涂示意圖氣體燃爆式噴涂氣體燃爆式噴涂也被稱為爆炸噴涂，是以突然爆發(fā)的熱能加熱熔化噴涂材料并加速噴射到基材表面而形成涂層?？煞譃槿?xì)庵貜?fù)爆炸噴涂和線爆炸噴涂。線爆炸噴涂是使金屬絲突然通過強(qiáng)大的電流，利用電熱能量使金屬絲爆炸成微粒黏附在基材表面而形成涂層。燃?xì)庵貜?fù)爆炸噴涂是將一定比例的氧氣和乙炔氣混合通過火花點(diǎn)火引爆，釋放出的熱能使噴槍筒內(nèi)溫度突然上升到3400℃以上，并形成沖擊波。熱能將粉末熔融，沖擊波使熔滴加速到2倍音速以上（800~1200米/秒），噴射到基材表面形成涂層。最后將氮?dú)庖霕屚矁?nèi)置換，直到下一次爆炸過程開始。如圖所示。爆炸噴涂可噴涂金屬,金屬陶瓷及陶瓷材料。爆炸噴涂的最大特點(diǎn)是粒子飛行速度高,動(dòng)能大,所以爆炸噴涂涂層具有：涂層和基體的結(jié)合強(qiáng)度高（100～160MPa），涂層致密，氣孔率很低（<1%），涂層表面加工后粗糙度低，工件表面溫度低。缺點(diǎn)：設(shè)備價(jià)格高噪音大屬氧化性氣氛熱噴涂材料粉末材料熱噴涂所用的粉末材料主要有金屬粉末、合金粉末、自熔性合金粉末、陶瓷粉末、復(fù)合陶瓷粉末、塑料粉末、包覆粉末等。熱噴涂所用的材料主要有粉末、絲、棒、粉芯焊絲和藥芯焊絲等。粉末材料絲材熱噴涂所用的絲材主要有鋅及鋅合金、鋁及鋁合金、錫及錫合金、鉛及鉛合金、銅及銅合金、鎳及鎳合金、鉬絲、碳鋼、不銹鋼、復(fù)合絲材等。各種絲材電弧噴涂技術(shù)原理及特點(diǎn)電弧噴涂原理電弧噴涂是將兩根被噴涂的金屬絲作為自耗性電極，利用兩根金屬絲端部短路產(chǎn)生的電弧使絲材熔化，用壓縮空氣把已熔化的金屬霧化成為熔滴，并使其加速后以很高的速度沉積到基體表面形成涂層的一種熱噴涂方法。電弧噴涂（噴鋅、噴鋁）工藝與同類工藝性能比較(熱鍍鋅工藝)電弧噴涂與傳統(tǒng)的熱鍍鋅工藝比較，具有以下優(yōu)點(diǎn)：（1）、熱鍍鋅工藝預(yù)處理采用酸洗、磷化工藝,工件表面會(huì)有酸、堿液的殘余物,留下了腐蝕的隱患,使熱鍍鋅層容易產(chǎn)生脫落。噴鋅、噴鋁工藝預(yù)處理采用噴砂工藝,故工件表面非常清潔毛糙,表面噴鋅、噴鋁后不會(huì)產(chǎn)生由內(nèi)向外的腐蝕,從而不會(huì)產(chǎn)生涂層脫落現(xiàn)象。（2）、熱鍍鋅工藝有一定的溫度,約440℃左右,故工件熱鍍鋅后會(huì)產(chǎn)生不同程度的變形；而噴鋅、噴鋁工藝噴涂時(shí)的溫度很低,工件表面溫度＜80℃,因此工件不會(huì)變形。（3）、采用熱鍍鋅工藝,工件受鍍槽長(zhǎng)×寬×高的限制；而采用噴鋅、噴鋁工藝則工件沒有限制。（4）、采用熱鍍鋅工藝,還存在現(xiàn)場(chǎng)修補(bǔ)問題。現(xiàn)場(chǎng)安裝時(shí)焊縫、裝卸、運(yùn)輸過程中的損壞,修補(bǔ)只能采用油漆,從而產(chǎn)生腐蝕隱患。如采用噴鋅、噴鋁工藝,則現(xiàn)場(chǎng)可采用噴鋅、噴鋁的方法進(jìn)行修補(bǔ),避免產(chǎn)生隱患。（5）、由于熱鍍鋅工藝的預(yù)處理采用酸洗、磷化,故沒有增加工件表面粗糙度、涂層結(jié)合力較差。而噴鋅、噴鋁工藝的預(yù)處理采用噴砂,增加了工件表面的粗糙度,涂層結(jié)合力較好。（6）、熱鍍鋅工藝對(duì)水質(zhì)污染十分嚴(yán)重,環(huán)保問題非常突出。所以熱噴鋅、噴鋁工藝被越來越廣泛的采用。電弧噴涂涂層的特點(diǎn)電弧噴涂具有以下特點(diǎn)：

(1)、具有較長(zhǎng)久的耐腐蝕壽命,其防腐壽命可達(dá)到50年以上,同時(shí)該防腐涂層在30年使用期內(nèi)無須其它任何防腐維護(hù)；30年以后的維護(hù)，僅須在電弧噴涂層上刷封閉涂料；無須重新噴涂金屬涂層，實(shí)現(xiàn)一次防腐，涂層長(zhǎng)久有效。(2)、電弧噴涂層與金屬基體具有優(yōu)良的涂層結(jié)合力，金屬噴涂層以機(jī)械鑲嵌和微冶金與基體金屬相結(jié)合，在輕微的彎曲、沖擊或碰撞下也能確保防腐涂層不脫落、不起皮、結(jié)合牢固、防腐長(zhǎng)久有效，這一點(diǎn)是其它表面防腐涂層無法達(dá)到的。(3)、由于鋁、鋅的電極電位比鋼鐵低，在電解質(zhì)溶液（海洋鹽水）中，當(dāng)鋁、鋅涂層局部破損或有孔隙時(shí)，鋁、鋅涂層為陽(yáng)極，鋼鐵基體為陰極，鋁、鋅涂層將作為犧牲陽(yáng)極，而使鋼鐵基體得以保護(hù)（陰極保護(hù)）。另外熱噴涂層起著物理覆蓋作用，可較好地將鋼鐵基體與水、空氣及其它介質(zhì)隔離開。同時(shí)，鋁、鋅本身的耐蝕性遠(yuǎn)好于鋼鐵(見下表）不同環(huán)境中碳鋼、鋅和鋁的腐蝕速率

材料平均腐蝕速率（μm/年）鄉(xiāng)村大氣城市大氣工業(yè)大氣海洋大氣淡水碳鋼4~6523~7126~17526~104-鋅0.2~32~162~160.5~81~5鋁0~0.1~1~10.4~0.61~2電弧噴涂工藝參數(shù)及其對(duì)涂層質(zhì)量的影響電弧噴涂工藝參數(shù)除與噴涂材料有很大關(guān)系外，還取決于使用的設(shè)備和生產(chǎn)效率等。表中列出了一般的電弧噴涂鋅和鋁的工藝參數(shù)。工藝參數(shù)電弧電壓V線材直徑mm電弧電流A噴涂效率（kg/h）霧化空氣壓力MPa噴涂角度噴涂距離mm噴涂速率（m/min）每遍沉積涂層厚度μm噴鋅20～281.6、2.0、3.0150～2006～250.5～0.7>60°120～20010～2024～30噴鋁20～351.6、2.0、3.0150～2506～180.5～0.7>60°150～20010～2020～50電弧噴涂工藝參數(shù)電弧噴涂鋅、鋁涂層工藝參數(shù)

電弧噴涂工藝參數(shù)對(duì)涂層質(zhì)量的影響對(duì)噴涂層密度影響噴涂層的密度由熔融金屬顆粒大小決定。金屬顆粒大則噴涂層疏松表面粗糙；金屬顆粒小則噴涂層致密。影響致密因素主要取決于壓縮空氣的壓力與流量。同時(shí)與噴涂槍的噴嘴幾何形狀有關(guān)。若噴槍結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理，選擇最佳的壓縮空氣壓力、流量，使噴槍兩根絲材的端部所有側(cè)面都暴露在壓縮空氣射流之中，沒有被阻擋，絲材金屬熔滴都被良好地霧化，金屬粒子的尺寸明顯的降低，涂層組織也會(huì)細(xì)化。對(duì)噴涂熔滴氧化的影響電弧噴涂的參數(shù)對(duì)于金屬顆粒的溫度有很大的影響。在其他條件不變情況下，噴槍電弧電流越大，則金屬顆粒的溫度會(huì)越高,氧化越嚴(yán)重；電壓增高時(shí)，也會(huì)增加金屬顆粒的溫度。因此，電弧的工作電壓高，不僅浪費(fèi)電能，更重要的是會(huì)造成噴涂金屬顆粒的嚴(yán)重氧化。對(duì)噴涂層結(jié)合強(qiáng)度的影響因素電呱噴涂的結(jié)合強(qiáng)度取決于以下幾個(gè)因素：（1）、壓縮空氣噴嘴結(jié)構(gòu)噴嘴的幾何尺寸、形狀可以改變氣體噴射的速度，從而影響涂層的結(jié)合強(qiáng)度。進(jìn)年來采用拉瓦爾噴嘴設(shè)計(jì)，金屬顆粒被加速到音速以上，大大提高了涂層的結(jié)合強(qiáng)度。（2）、壓縮空氣的壓力和流量(噴嘴直徑)

隨著壓縮空氣壓力的提高，增加了金屬顆粒的撞擊力，因而增大了它的變形，涂層的結(jié)合強(qiáng)度也提高了。增加壓縮空氣的流量，也具有同樣的作用。（3）、被噴涂工件表面預(yù)處理程度工件表面清潔度、粗糙度好，涂層的結(jié)合強(qiáng)度高。（4）、噴槍噴嘴相對(duì)工件的距離噴槍噴嘴與工件的距離增加，會(huì)降低金屬顆粒的噴射速度，也會(huì)增加它的氧化程度。以此，噴嘴與工件距離的增加會(huì)使結(jié)合強(qiáng)度降低。（5）、電弧電壓提高電弧的電壓有利于電弧的穩(wěn)定，但電壓過高會(huì)增加金屬的燒損量，并使金屬顆粒的氧化程度增加，從而導(dǎo)致結(jié)合強(qiáng)度降低。因此，在能維持電弧穩(wěn)定的情況下盡可能采用低的電弧電壓。（6）、噴涂效率在其他條件不變的情況下，加大送絲速度提高了噴涂效率，但送絲速度過快，霧化效果不好，會(huì)有大金屬顆粒出現(xiàn)，即降低了涂層的結(jié)合強(qiáng)度，也會(huì)造成涂層厚度不均。電弧噴涂設(shè)備電弧噴涂系統(tǒng)由電弧噴涂槍、電源、送絲裝置及壓縮空氣系統(tǒng)等組成。如圖所示。

1-電弧噴涂槍2-送絲機(jī)構(gòu)3-油水分離器4-冷卻裝置5-儲(chǔ)氣罐6-空壓機(jī)7-電弧噴涂電源圖4-1電弧噴涂系統(tǒng)簡(jiǎn)圖電弧噴涂電源采用平的伏安特性。可以在較低的電壓下噴涂，可以保持良好的弧長(zhǎng)自調(diào)節(jié)作用，能有效地控制弧電壓。平特性的電源在送絲速度變化時(shí)，噴涂電流迅速變化，按正比增大或減小，維持穩(wěn)定的電弧噴涂過程。根據(jù)噴涂絲材選擇一定空載電壓，改變送絲速度可以自動(dòng)調(diào)節(jié)電弧噴涂電流從而控制電弧噴涂的效率。近來已經(jīng)研制出了使用IGBT功率模塊的逆變式噴涂電源，提高了電源的性能且重量也大大的降低。電弧噴涂電源電弧噴涂電源作用送絲機(jī)構(gòu)將的作用是將絲材穩(wěn)定均衡的送到電弧中，送絲速度不穩(wěn)定會(huì)造成涂層厚度的不均勻。送絲方式送絲的方式有拉絲、推絲、推拉絲三種方式。按送絲動(dòng)力的不同分為氣動(dòng)送絲和電動(dòng)送絲。氣動(dòng)送絲是以壓縮空氣為動(dòng)力，推動(dòng)送絲輪轉(zhuǎn)動(dòng)。調(diào)節(jié)壓縮空氣的流量即可調(diào)節(jié)送絲速度。電動(dòng)送絲是用電機(jī)帶動(dòng)送絲輪轉(zhuǎn)動(dòng)，通過改變電機(jī)的轉(zhuǎn)數(shù)調(diào)節(jié)送絲速度。送絲裝置送絲裝置電弧噴涂槍是電弧噴涂設(shè)備的關(guān)鍵裝置。其結(jié)構(gòu)示意如圖所示。將連續(xù)送進(jìn)的絲材在噴涂槍前部以一定的角度相交，由于絲材各自接于直流電源的兩極而產(chǎn)生電弧；從噴嘴噴射出的壓縮空氣流對(duì)著熔融金屬吹散形成穩(wěn)定的霧化金屬粒子流。電弧噴槍電弧噴槍推式電弧噴涂設(shè)備拉式電弧噴涂設(shè)備推拉式電弧噴涂設(shè)備壓縮空氣系統(tǒng)由空壓機(jī)、油水分離器、冷凝器、儲(chǔ)罐和空氣濾清器等組成?？諌簷C(jī)提供足夠的壓力和流量滿足噴涂時(shí)的要求；油水分離器、冷凝器將壓縮空氣中的油霧、水蒸氣、冷卻并去掉油和水，獲得干燥、干凈、溫度較低的壓縮空氣；空氣濾清器將空氣進(jìn)一步過濾，使之更干凈、干燥。保證了噴涂后的涂層質(zhì)量。壓縮空氣系統(tǒng)電弧噴涂用材料電弧噴涂所用的材料為絲材，主要有鋅及鋅合金、鋁及鋁合金、錫及錫合金、鉛及鉛合金、銅及銅合金、鎳及鎳合金、鉬絲、碳鋼、不銹鋼、復(fù)合絲材等。重點(diǎn)介紹一下鋼結(jié)構(gòu)防腐常用的鋅、鋁及其合金絲。電弧噴涂常用的絲材直徑主要有φ1.6、φ2.0、φ3.0等規(guī)格。鋅為藍(lán)白色有色金屬，熔點(diǎn)419℃，具有較好的耐大氣腐蝕性能，在海水中的腐蝕速度也很慢。因此鋅及鋅合金是作為鋼鐵基體防腐蝕常用的涂層材料。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表面，在鋼鐵構(gòu)件上，只要噴涂0.2mm厚的鋅層，就可在大氣、淡水、海水中保持較長(zhǎng)的時(shí)間（甚至幾十年）不發(fā)生銹蝕，目前鋅及鋅合金絲材被廣泛應(yīng)用于大型橋梁、塔架、天線、水閘門及各種容器等。鋅及鋅合金絲鋁是銀白色的輕金屬，熔點(diǎn)660℃。它與氧的親和力較強(qiáng)，易形成致密而堅(jiān)固的氧化膜。鋁用作防腐蝕噴涂層時(shí)，作用與鋅相似。但與鋅相比，在含有二氧化硫的氣體中鋁的耐腐蝕效果更好。此外，在鋁及鋁合金中加入稀土元素不僅可以提高涂層的結(jié)合強(qiáng)度，而且能夠降低涂層的空隙率。鋁在高溫作用下，能在鐵基體上擴(kuò)散，與鐵發(fā)生作用形成抗高溫氧化的Fe3Al，從而提高了鋼材的耐熱性，因此鋁還可以用作耐熱涂層。目前鋁及鋁合金噴涂層已廣泛應(yīng)用于儲(chǔ)水容器、硫磺氣氛中的鋼鐵構(gòu)件、食品儲(chǔ)存器、石油儲(chǔ)罐、燃燒室、船體和水閘門等。鋁及鋁合金絲（１）鋅層是一種犧牲陽(yáng)極材料，因此噴鋅涂層的腐蝕速率比噴鋁涂層高；（２）鋅的密度（7.09/cm3），比鋁（2.7cm3）高2.6倍，因此噴涂相同厚度的涂層，鋅的消耗量是鋁的2.6倍。噴涂等效涂層厚度的情況下，鋅比鋁涂層成本貴一倍；（３）噴鋅所形成的ZnO粉塵對(duì)人體呼吸道有危害；（４）噴鋅時(shí)由于空氣中CO含量不足，不能形成穩(wěn)定的ZnCO3保護(hù)膜，而易形成疏松的Zn(OH)2，在鋅涂層上產(chǎn)生許多“白銹”，腐蝕率升高；（５）由于工業(yè)區(qū)大氣、城市大氣中SO2含量較高，使雨水酸度增加，也能破壞ZnCO3膜的穩(wěn)定性，使鋅涂層腐蝕速率加快。

鋅、鋁涂層的比較噴鋅涂層是國(guó)外應(yīng)用最早的一種陰極保護(hù)涂層，６０年代以前長(zhǎng)效防護(hù)大部分采用噴鋅涂層。但是隨著電弧噴涂技術(shù)的發(fā)展，目前國(guó)際上大型鋼鐵構(gòu)件廣泛采用噴鋁（或鋅鋁復(fù)合）長(zhǎng)效防護(hù)涂層。噴鋅涂層除繼續(xù)在鄉(xiāng)村大氣、淡水和偏堿性氣氛中使用外、正逐漸被噴鋁涂層所代替。噴鋅、噴鋁涂層腐蝕速率與其使用環(huán)境介質(zhì)的PH值密切相關(guān)。一般來說，噴鋅涂層用于弱堿性條件下為好；噴鋁涂層最好用于中性或酸性條件下。電弧噴涂工藝的實(shí)施電弧噴涂工藝流程工件表面預(yù)處理（噴砂處理）——噴涂金屬涂層——涂層厚度檢測(cè)——刷封孔劑工件表面預(yù)處理噴砂工序是電弧噴涂技術(shù)中的一道重要工序，為了使涂層與基材的很好結(jié)合，工件表面必須進(jìn)行噴砂處理。噴砂用砂子噴砂用砂子主要有石英砂、剛玉砂、鐵砂等?？筛鶕?jù)具體需要選用。鐵砂的優(yōu)點(diǎn)是可回收重復(fù)使用，因此被廣泛采用。若在野外露天作業(yè)時(shí)可選用較便宜的石英砂或河砂。砂子必須要保持干燥，潮濕的砂子應(yīng)該先進(jìn)行烘干處理。砂子的粒度一般為直徑0.5～3mm。氣控式噴砂機(jī)

噴砂所要達(dá)到的標(biāo)準(zhǔn)噴砂要求工件表面清潔度達(dá)到Sa3級(jí)，即完全清除氧化皮、繡、污垢和舊涂層等附著物。要求表面粗糙度達(dá)到Rz25～100μm，即在取樣長(zhǎng)度內(nèi)5個(gè)最大輪廓峰高與5個(gè)最大輪廓谷深的平均值之和應(yīng)達(dá)到上述值。噴砂后的工件應(yīng)該盡快噴涂金屬涂層，一般放置不超過4小時(shí)，若放置時(shí)間過長(zhǎng)應(yīng)重新進(jìn)行噴砂。涂層結(jié)構(gòu)、材料選擇與工藝控制粗化處理的作用：（采用噴砂或其它方法）1、提供表面壓應(yīng)力構(gòu)成涂層聯(lián)鎖的疊層2、增大圖層與基體的結(jié)合面積3、凈化、活化基體表面4、提高防腐蝕功能噴涂時(shí)的注意事項(xiàng)：（1）噴涂時(shí)應(yīng)根據(jù)所用設(shè)備的要求制定工藝參數(shù)。（2）噴涂時(shí)不能一次噴到要求的厚度，要分成幾遍噴，并且噴槍不要總向一個(gè)方向移動(dòng)，最好一遍橫向一遍縱向，即所謂的井字型噴涂方式，確保噴涂層的厚度均勻、結(jié)合力高。（3）起弧時(shí)噴槍不要對(duì)著工件，待電弧穩(wěn)定后在開始噴涂。噴涂金屬涂層用肉眼觀測(cè)涂層表面必須是均勻的，不允許有起皮、鼓包、顆粒粗大、裂紋、掉塊、漏噴及其它影響涂層使用的缺陷。用測(cè)厚儀測(cè)量涂層的厚度，達(dá)不到設(shè)計(jì)要求的可重新再噴一遍。涂層的結(jié)合強(qiáng)度等指標(biāo)的檢測(cè)按有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行。涂層檢測(cè)涂層測(cè)厚儀涂封閉劑封閉劑的作用電弧噴涂層為層狀堆積結(jié)構(gòu)，有一定的孔隙率（最高可達(dá)10%以上），且表面粗糙；腐蝕介質(zhì)會(huì)通過這些孔隙滲入鋼鐵基體而發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，導(dǎo)致涂層失效，因此最好應(yīng)該對(duì)涂層進(jìn)行封閉處理。涂封閉劑后即封閉了涂層的空隙，也增加了一層非金屬涂層，相當(dāng)于對(duì)工件進(jìn)行了雙重保護(hù)，提高了涂層的壽命。封閉劑的選擇封閉劑必須具有下列性能（1）、足夠的滲透性；（2）、與鋅或鋅鋁涂層間有較高的結(jié)合強(qiáng)度；（3）、耐化學(xué)或有機(jī)溶劑的能力強(qiáng)，與復(fù)涂的中層漆、面漆有優(yōu)異的配套性能；（4）、施工性能良好。環(huán)氧云鐵中層漆、環(huán)氧改性聚氨脂漆等被經(jīng)常用作鋅、鋁涂層的封閉劑。封

孔

處

理涂層結(jié)構(gòu)多孔隙，必須用封孔劑填充，防止外來介質(zhì)侵入。封

孔

劑

材

料

分

類類別封孔劑材料非干燥型石蠟、油、油脂空氣干燥型油漆、亞麻子油、煤焦油、聚氨脂烘烤型烘烤酚醛、環(huán)氧酚醛催化劑環(huán)氧樹脂、聚脂、聚氨脂涂刷封閉劑注意事項(xiàng)（1）、為避免涂層表面沾污，噴涂后應(yīng)立即進(jìn)行封閉處理（2）、封閉前用干燥、清潔的壓縮空氣吹凈表面浮塵（3）、用專用稀釋劑稀釋后使用封閉后的涂層根據(jù)需要可涂刷中間漆和面漆，常用的有丙烯酸聚氨酯面漆、氯化橡膠面漆等。根據(jù)使用條件把實(shí)用性、工藝性和經(jīng)濟(jì)性綜合起來為原則。單一材料不能滿足工件使用要求時(shí)，可采用多種材料復(fù)合、多層涂層復(fù)合的原則。單項(xiàng)結(jié)構(gòu)的涂層比多項(xiàng)結(jié)構(gòu)的涂層，一般具有更好的耐介質(zhì)腐蝕能力，對(duì)于鋼鐵基體上所用的涂層材料，在存在電解質(zhì)條件下，應(yīng)具有比鋼鐵更負(fù)的電極電位，從而對(duì)鋼鐵基體起到有效的犧牲陽(yáng)極保護(hù)作用。在電解質(zhì)條件下，鋅鋁均是陽(yáng)極提供有效陰極保護(hù)。但在環(huán)境溫度高于65℃，鋅會(huì)出現(xiàn)極性轉(zhuǎn)變失去陰極保護(hù)功能，故在此溫度之上，多采用噴鋁或鋁合金材料。涂層材料的選擇常用噴涂絲材的工作電流與電壓絲材工作電壓空載電壓100A200A300A400A鋼24—2627293132鋅18—1920212223銅26—2829313334不銹鋼26—2829313334鉛26—2829313334青銅28—3031333536各種材料的電弧噴涂生產(chǎn)率噴涂材料鋅鋁巴氏合金青銅鋼80/20NiCrM0每100A的生產(chǎn)率/Kg.h-1102.720--286.2--6.84.7--5.15.43

噴涂材料輸送參數(shù)控制使用QX--1型噴槍可以通過觀察線材從火焰流中伸出空氣帽的長(zhǎng)度判斷送絲速度是否合理。一般熔點(diǎn)高于750℃的金屬線材，如：碳鋼、不銹鋼絲，其伸出長(zhǎng)度約在3--5mm，而熔點(diǎn)低于750℃的鋅、錫、鉛、巴氏合金等其伸出空氣帽的長(zhǎng)度可大于5mm以上。

霧化參數(shù)的控制

QX--1火焰型噴槍空氣壓力常調(diào)節(jié)在0.5--0.7Mpa較合適。電弧噴涂常用霧化氣體壓力在0.3--0.55Mpa之間。

操作參數(shù)的控制一般的噴涂材料噴涂巨離為100--150mm，噴涂角度在60度—90度之間，但不能小于45度，當(dāng)噴涂角度小于45度時(shí)，會(huì)產(chǎn)生所謂的“遮蔽效應(yīng)”。槍和工件相對(duì)移動(dòng)速度為：7—18/min

環(huán)境參數(shù)的控制環(huán)境的濕度和露點(diǎn)是制約噴涂層質(zhì)量的重要因素，潮濕天氣不宜在戶外作業(yè)，露點(diǎn)較低對(duì)涂層質(zhì)量也有影響。戶外作業(yè)噴砂后需立即噴涂作業(yè)，間隔時(shí)間愈短愈好，一般不要超過2小時(shí)。電弧噴涂技術(shù)的最新發(fā)展近年來，電弧噴涂技術(shù)發(fā)展很快，從普通電弧噴涂發(fā)展到高速電弧噴涂、超音速電弧噴涂。粒子的速度從最初的100m/s到400m/s以上，超過了音速。涂層的結(jié)合強(qiáng)度也從10MPa提高到70MPa以上。涂層的空隙率由10%提高到1%以下。高速電弧噴涂技術(shù)(HVAS)高速電弧噴涂技術(shù)是20世紀(jì)90年代開發(fā)出的先進(jìn)熱噴涂技術(shù)，因其熔滴飛行速度的大幅度提高(達(dá)到300m/s以上)和霧化效果的進(jìn)一步改善，從而制備出與等離子噴涂相近的高結(jié)合強(qiáng)度、低孔隙率的高質(zhì)量涂層，大大拓寬了電弧噴涂的應(yīng)用領(lǐng)域。超音速電弧噴涂超音速電弧噴涂是最新研制出的表面防腐耐磨涂層新技術(shù)。是在常規(guī)電弧噴涂的基礎(chǔ)上，通過改進(jìn)噴槍結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，采用拉瓦爾噴管以實(shí)現(xiàn)霧化壓縮空氣的加速，從而使金屬熔熵，在拉伐爾噴嘴加速后的超音速氣流作用下，霧化成為粒度細(xì)小分布均勻的粒子，并被加速到音速（340m/s）以上噴向工件表面形成涂層。這種新技術(shù)在防腐、修復(fù)和機(jī)械制造等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。機(jī)械軸類工件防磨修復(fù)

印刷機(jī)滾筒噴涂絲材

電廠鍋爐防磨防腐噴涂

噴涂后的電廠鍋爐過熱管微機(jī)控制電弧噴涂設(shè)備

微機(jī)控制電弧噴涂設(shè)備，成功地實(shí)現(xiàn)了電源輸出和送絲的精確控制，可在需要耐腐蝕、抗磨損表面上進(jìn)行鋅、鋁、銅及其它合金和其它耐磨材料的電弧噴涂。具有穩(wěn)定性好，可靠性高的優(yōu)點(diǎn)。熱噴涂涂層的主要功能及典型應(yīng)用領(lǐng)域涂層功能典型應(yīng)用對(duì)象石油化工耐腐蝕抗磨損化工管道、裂化裝置、各類塔罐鉆桿接頭、抽油桿、柱塞、泵體交通運(yùn)輸長(zhǎng)效仿護(hù)抗腐蝕、耐磨減摩、耐熱、觸媒橋梁、湖藍(lán)、燈桿、交通標(biāo)志、發(fā)動(dòng)機(jī)缸套、活塞環(huán)、曲軸、活塞頂部及燃燒室能源長(zhǎng)效仿護(hù)抗腐蝕、耐磨抗沖蝕、、抗輻射、吸收、導(dǎo)電、絕緣、介電、高溫超導(dǎo)、儲(chǔ)氫及太陽(yáng)能吸收輸電鐵塔、水閘門、電站風(fēng)機(jī)葉片、燃?xì)廨啓C(jī)葉片、核工業(yè)中子吸收、X射線吸收、開關(guān)觸點(diǎn)、電容器、燃料電池、新能源材料冶金絕緣、耐熱、抗沖蝕、抗氧化、、抗腐蝕、抗金屬及雜質(zhì)侵蝕、抗高溫粘結(jié)、自凈高頻感應(yīng)圈、高爐風(fēng)口、渣口、燃燒嘴、各種坩堝內(nèi)壁電弧噴涂防腐技術(shù)應(yīng)用實(shí)例電弧噴涂長(zhǎng)效防腐技術(shù)于已在煤礦、鐵道、水利、港口碼頭、冶金、機(jī)械、廣播電視、醫(yī)療、電力、消防等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。浦東磁懸浮功能件、長(zhǎng)江三峽水利樞紐工程、武漢軍山長(zhǎng)江大橋鋼箱梁及橋面等國(guó)家重點(diǎn)建設(shè)項(xiàng)目,以及千島湖南浦大橋、長(zhǎng)江黃柏河大橋、下牢溪大橋、廣州機(jī)場(chǎng)三元里立交橋、徐連高速公路邳州運(yùn)河大橋等鋼結(jié)構(gòu)橋梁均采用了電弧噴涂長(zhǎng)效防腐技術(shù)進(jìn)行了腐蝕防護(hù)，并取得很好的防腐效果。我國(guó)已完全有能力采用電弧噴涂長(zhǎng)效防腐技術(shù)解決國(guó)家大型鋼橋梁的腐蝕防護(hù)問題。目前國(guó)內(nèi)有幾十個(gè)專業(yè)噴涂廠從事這方面工作，噴涂面積每年達(dá)幾百萬(wàn)平方米以上。天津廣播電視塔鋼桅桿

天津廣播電視塔鋼桅桿的長(zhǎng)效防腐是1990年實(shí)施的，總面積1600多平米，噴涂50μm厚的鋅+140μm厚的鋁，再噴涂2遍封孔劑，設(shè)計(jì)防腐蝕壽命５０－７０年，理論計(jì)算達(dá)到100年以上。1993年經(jīng)專家反復(fù)審查并通過驗(yàn)收的三峽對(duì)外交通專用公路鋼管混凝土拱橋鋼結(jié)構(gòu)件長(zhǎng)效防護(hù)復(fù)合涂層，一致認(rèn)為：拱橋鋼管采用噴涂鋁涂層（約120um）+WHD8406(環(huán)氧改性聚氨酯底漆約40um)+WHD8401（環(huán)氧改性聚氨酯面漆約60um）構(gòu)成的長(zhǎng)效腐蝕復(fù)合涂層，經(jīng)過拉、壓交變應(yīng)力條件下100萬(wàn)次疲勞試驗(yàn)后，其結(jié)合強(qiáng)度、耐腐蝕性能等指標(biāo)仍然滿足GB/T9793—1997標(biāo)準(zhǔn)的要求。目前國(guó)內(nèi)許多鋼結(jié)構(gòu)公路橋的桁梁、鋼廂梁及其他鋼結(jié)構(gòu)采用了此方案。華東電管局上海南橋５０萬(wàn)V輸送電工程面積：1.4萬(wàn)m２（鋼材６００t）噴涂材料：鋅厚度：１４０um防護(hù)期可達(dá)３０年以上。上海證券大廈天線施工時(shí)間：1995年工程面積：4000m2噴涂材料：鋁上海東方明珠電視塔鋼結(jié)構(gòu)天線施工時(shí)間：1993-1994年，工程面積：6000m2

，噴涂材料：鋁上海楊浦大橋主橋護(hù)桿

施工時(shí)間：1993年，

工程面積：4000m2

，

噴涂材料：鋅東海大橋構(gòu)架和橋墩支座施工時(shí)間：2004-2005年

，工程面積：20000m2，

噴涂材料：鋅鋁合金上海浦東磁懸浮功能件

施工時(shí)間：2001-2003年，

工程面積：170000m2

，噴涂材料：鋁長(zhǎng)江三峽永久船閘施工時(shí)間：1998-2000年工程面積：120000m2

噴涂材料：鋅

上海蘇州河吳淞路閘橋施工時(shí)間：1990-1991年工程面積：30000m2

噴涂材料：鋅、鋁

黑龍江七河臺(tái)電廠升壓噴鋁防腐

重慶市陳家橋500KV變電站噴鋅防腐工程

株洲火電廠2x3MW機(jī)組輸煤系統(tǒng)綱結(jié)構(gòu)噴鋅防腐

雙遼電廠輸煤棧橋噴鋅防腐

相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)表面準(zhǔn)備GB/T11373-1989熱噴涂金屬件表面預(yù)處理通則通用規(guī)范GB/T12607-2003熱噴涂涂層命名方法GB/T12608-2003熱噴涂火焰和電弧噴涂用線材、棒材和芯材分類和供貨技術(shù)條件涂層材料GB/T3197-2001焊條用鋁及鋁合金線材熱噴涂工藝GB/T9793-1997金屬和其他無機(jī)覆蓋層熱噴涂鋅、鋁及其合金GB/T17456-1998球墨鑄鐵管外表面噴鋅涂層JB/T8427-1996鋼結(jié)構(gòu)腐蝕防護(hù)熱噴涂鋅、鋁及其合金涂層選擇與應(yīng)用導(dǎo)則熱噴涂設(shè)備JB/T4108-1999熱噴涂設(shè)備分類及型號(hào)編制方法涂層試驗(yàn)與檢驗(yàn)GB/T11374-1989熱噴涂涂層厚度的無損測(cè)量方法GB8640-1988金屬熱噴涂層表面洛氏硬度試驗(yàn)方法GB/T8642-2002熱噴涂抗拉結(jié)合強(qiáng)度的測(cè)定附錄：鋅、鋁長(zhǎng)效防護(hù)涂層結(jié)構(gòu)及應(yīng)用導(dǎo)則

附表一、非污染內(nèi)陸大氣戶外使用的涂層第一次維修壽命1）涂層類型2）標(biāo)號(hào)總厚度3），μm很長(zhǎng)（20年以上）噴鋁Al160160噴鋅Zn160160噴鋁+封閉Al120LF120噴鋅+封閉Zn160LF160長(zhǎng)（10~20年）噴鋁Al120120噴鋅Zn120120噴鋅+封閉Zn120LF120噴鋁+封閉+涂裝Al120LQA120+(30~100)噴鋅+封閉+涂裝Zn120LQA120+(30~100)注：1）涂層首次大修時(shí)間2）涂層施加方案3）最小局部厚度附表二、污染內(nèi)陸大氣戶外使用的涂層第一次維修壽命1）涂層類型2）標(biāo)號(hào)總厚度3），μm很長(zhǎng)（20年以上）噴鋁Al160160噴鋅Zn300300噴鋁+封閉Al160LF160噴鋅+封閉Zn160LF160長(zhǎng)（10~20年）噴鋁Al120120噴鋅Zn160160噴鋁+封閉Al120LF120噴鋅+封閉Zn120LF120噴鋁+封閉+涂裝Al120LQB120+(30~100)噴鋅+封閉+涂裝Zn120LQB120+(30~100)中長(zhǎng)（5~10年）噴鋅Zn120120注：1）涂層首次大修時(shí)間2）涂層施加