等离子喷涂技术是二十世纪五十年代开发出来的一种表面处理工艺。等离子喷涂设备及工艺是采用等离子弧发生器(喷枪)将通入喷嘴内的气体(常用Ar、N和H等气体)加热和电离，形成高温高速等离子射流，熔化和雾化金属或非金属物料，并使其以高速喷射到经预处理的工件表面上形成涂层的方法。等离子喷涂工艺特点： 1) 热源温度高（17000K），适用于难熔材料的喷涂 2) 等离子射流速度大，可高达几十至几百米／秒，因此涂层与基体具有较高的结合强度，而且涂层较为致密 3) 喷涂过程中对基体的热影响较小，可以对已成型的工件进行表面喷涂 4) 喷涂工艺规程稳定，操作比较简便，喷涂效率较高 目前，等离子喷涂技术用于制备热障涂层的陶瓷面层和金属过渡层。按喷涂环境不同而分类的等离子喷涂有以下几种工艺：大气等离子喷涂(APS)，保护气氛(氩气)等离子喷涂(ASPS)，低压(LPPS)或真空等离子喷涂(VPS)。  大气等离子喷涂法是应用最为广泛的常规喷涂方法，具有操作方便，生产效率高的特点，但涂层质量高而且涂层致密度和结合强度高。 真空等离子喷涂法由于从根本上克服了等离子射流同环境气氛的相互作用，因此可获得与原始喷涂材料成分一致的纯净涂层，而且等离子射流速度快(240~610m／s)，由此形成的涂层致密，结合强度与APS涂层相比较高。通常，MCrAlY粘结层采用LPPS或VPS工艺制备，而YSZ陶瓷层的制备则采用APS方法。

摘要：本文针对造纸烘缸由于受腐蚀与磨损而导致表面失效的问题，采用电弧喷涂技术进行修复，设计正交实验研究了电弧喷涂工艺参数对3Cr13 涂层结合强度、硬度和耐磨性的影响以及X射线衍射分析及表面与界面形貌电镜扫描检测。实验结果表明：影响涂层性能稳定性的工艺参数主要是电弧电流，其次是喷涂距离、电弧电压和空气压力，得出佳的修复工艺参数为：电弧电流为230A，喷涂距离为240mm，电弧电压为35V，空气压力为0.6MPa。      1前言 烘缸是现代化造纸机上的一个关键的大部件，表面由于受纸页中化学药品的腐蚀以及刮刀的磨损，一般烘缸使用一年后，表面就出现了沟纹。陕西某厂生产卷烟纸，烘缸使用4 年，表面沟纹平均深达3mm，深处达5mm，被迫停产。过去厂方采用将烘缸表面车削后再磨光的方法维修，但由于沟纹深达5mm，若将整个烘缸表面车削5mm， 再进行磨光，显然烘缸强度降低太多。因此为了解决车削造成烘缸壁太薄、强度降低的问题，保证烘缸修复后能达到使用要求，提高其耐蚀性及耐磨性，我们使用电弧喷涂技术来修复烘缸表面。本文主要是对用电弧喷涂技术修复烘缸表面的涂层性能研究，通过正交实验对涂层在不同工艺条件下的性能进行实验比较，以选择佳的修复工艺参数，以便在实际应用中得到佳利用效果。2烘缸的修复工艺 由于烘缸大多数是由铸铁制成，为了保证烘缸表面喷涂不锈钢的结合强度达到使用要求，我们首先在30×30×8mm和90×60×8mm的方片铸铁式样上做实验研究。考虑到利用电弧喷涂过小式样时容易烧坏基体本身，而且也不利于喷出性能良好的涂层，因此我们先在90×90×8mm的方片铸铁上喷涂，然后用线切割机分别切成30×30×8mm和90×60×8mm实验试样。2.1电弧喷涂工艺2.1.1喷涂材料的选择 为了使烘缸表面喷涂达到使用要求，考虑到喷涂修补时，不锈钢材料与钢丝喷涂价格相近，并考虑到烘缸的受腐蚀与磨损情况，我们选用φ2mm的3Cr13马氏体不锈钢丝作为喷涂材料（其化学成分及性能如表2－1所示）。2.1.2喷涂工艺参数的确定 采用正交设计原理选择3Cr13 涂层的喷涂工艺参数，考察的工艺参数分别为电弧电流、电弧电压、喷涂距离和雾化空气压力。对每个工艺参数分别选取3个水平，根据 表2－1 实验用喷涂材料（3Cr13）化学成分（%）CrCSiMnNiSPFe13.250.320.480.520.350.0180.024余量L9 (34) 正交表，建立正交设计方案，如表2－2所示。2.1.3涂层的制备 将铸铁块铣削成90×90×8mm的正方形试片，采用烘烤除油的方法去除铸铁内部微孔内的油污，然后采用压力喷砂机进行表面粗化处理。我们使用的是TLAS――Ⅲ型高性能超音速电弧喷涂设备，进行喷涂时，按试块编号参照所设定的工艺参数依次进行，喷涂厚度为0.7～1mm。2.1.4喷涂后处理 将喷好的试片在线切割机上切割成90×60×8mm和30×30×8mm的小试样分别进行结合强度、硬度和耐磨性的测试以及X射线衍射分析及表面与界面形貌电镜扫描检测。2.2.喷涂涂层性能研究2.2.1涂层结合强度的测定及实验数据分析 参照GB9796－88 规定的对偶实验方法在WE－10A 万能材料实验机上作拉伸实验。试样尺寸为30×30×8mm，保证经磨削平整加工后涂层厚度不小于0.5mm。在对偶件和涂层试样的粗化面上各涂一层E－7粘接剂（如图2－1所示），等胶固化后将试样在拉伸实验机上进行实验，然后记录实验数据，并观察断裂位置（如图2－2所示），应根据实际情况予以评定，涂层与基体间的破裂面积占2/3以上才算有效， 后根据公式2－1计算结合强度并求得同一试片的平均值，填入表2－2中。 结合强度计算公式：   b=F/S                                       （2－1） 式中：b－涂层结合强度，MPa； F－破断载荷，N；S－断裂涂层面积，mm2。 图2-1  试样粘接装置                    图2-2  拉伸实验试样断口形貌2.2.2涂层耐磨性的测试 本实验所用CM型无釉砖耐磨实验机，实验机磨轮是钢质，硬度为HB203－245，直径为200mm，厚度为10mm，转速为75rpm，载荷为32N，通过失重法评定涂层的磨损性能。实验结果见表2－2。表2－2  3Cr13 涂层喷涂工艺参数正交设计实验方案及涂层性能实验数据编号喷涂电流     喷涂电压     喷涂距离     空气压力I/A          U/V          L/mm         P/MPa平均结合强度MPa平均磨损重mg1#2#3#4#5#6#7#8#9#1(230)       1(38)        1(300)        2(0.6)1(230)       2(35)        2(240)        1(0.8)1(230)       3(32)        3(180)        3(0.4)2(200)       1(38)        2(240)        3(0.4)2(200)       2(35)        3(180)        2(0.6)2(200)       3(32)        1(300)        1(0.8)3(170)       1(38)        3(180)        1(0.8)3(170)       2(35)        1(300)        3(0.4)3(170)       3(32)        2(240)        2(0.6)43.2746.6140.1839.5939.1436.2036.0835.5237.758.707.278.9310.5710.6711.4712.0612.2711.402.2.3实验数据分析 采用极差分析法，按表2－2的正交设计方案对表2－2的实验结果进行分析，结果见表2－3。由表2－3可知：按涂层结合强度和按磨损失重确定各因数主次顺序都是ILUP，表2－3  极差分析结果性能极差结合强度/ MPa磨损失重/mgk1k2k3k1AVk2AVk3AVR130.06   118.94   114.99   118.89114.93   121.27   123.95   120.16109.35   114.13   115.40   115.2943.35    39.65    38.33    39.6338.31    40.42    41.32    40.0536.45    38.04    38.47    38.436.90     2.38     2.99     1.6224.90    31.33    32.44    30.8032.71    30.00    29.24    30.7735.80    31.80    31.66    31.778.30     10.44    10.81    10.2710.90    10.00    9.75     10.2611.93    10.60    10.55    10.593.63      0.60    0.80      0.33主→次影响主次：ILUP；佳水平：I1L2U2P2影响主次：ILUP；佳水平：I1L2U2P2注: k1 为水平1的3次实验结果之和，k1 AV = k1 /3；k2为水平2 的3次实验结果之和，k2AV = k2/3；k3 为水平3 的3次实验结果之和，k3 AV = k3/3；R为极差，R = kmax - kmin。即主次顺序依次为电弧电流、喷涂距离、电弧电压及空气压力。在确定工艺参数时，既要考虑涂层具有良好的结合性能，又要兼顾到涂层的耐磨性能，这是工况使用条件所决定的。 按k1AV ， k2AV ，k3AV 数值确定的各因数水平组合行为也相同，即按涂层结合强度和按磨损失重确定各因数的佳水平组合都是I1L2U2P2。这是根据实验条件和实验结果得到的，所以佳水平组合要根据涂层的综合性能来确定。综上所述，使涂层具有良好综合性能的喷涂工艺参数佳水平组合为I1L2U2P2，即电弧电流为230A，喷涂距离为240mm，雾化空气压力为0.6MPa，电弧电压为35V。2.2.4涂层硬度的测试及实验数据 在本课题的研究中，涂层的宏观硬度按照GB/T8640－1998《金属热喷涂涂层表面洛氏硬度试验方法》规定进行，我们用时代HLN－1系列里氏硬度计对采用不同喷涂工艺参数的3Cr13涂层进行了宏观硬度测试。实验结果如表2－4所示：表2－4  3Cr13涂层宏观硬度编号洛氏硬度(HRC)平均洛氏硬(HRC)平均布氏硬度(HB)Cr-1Cr-2Cr-3Cr-4Cr-5Cr-6Cr-7Cr-8Cr-945.6     45.9     46.246.4     47.3     47.647.1     47.8     47.944.2     45.6     45.942.6     42.9     43.139.8     40.2     40.738.2     39.2     39.438.5     38.2     38.740.8     41.1     42.745.5747.1047.6045.2342.8740.2338.9338.4741.534294444504243953753603573852.2.5涂层的XRD分析 图2－3是对3Cr13涂层的Cr－3试样的X射线衍射图谱，3Cr13丝材形成涂层以后空冷，会自淬火形成马氏体，在高温电弧作用下，合金元素被氧化形成一些氧化物相，从图中可以看出3Cr13涂层主要含有－Fe、Cr3O4等。2.2.6涂层截面的SEM分析 在本项测试中，我们对Cr－3试样进行了测试，对它的表面涂层及涂层与基体的界面形貌在不同放大倍数下进行了观察，如图2－4、图2－5，通过观察分析了以下几个方面： （1）粒子基本上都呈椭圆状，互相交错成波浪式叠加在一起，层状结构较明显；大图2－3  3Cr13涂层的X射线衍射图谱部分粒子变形充分，只是颗粒大小不同，整体还是以小颗粒分布居多，涂层和结构中有变形粒子相、氧化物相和孔隙；涂层都比较致密。 （2）涂层与基体结合良好，结合界面上没有较大的氧化物、孔隙与夹杂；涂层组织结构外部到基体内部基本一致；基体表面凹凸不平，粗化效果较理想，表明实际的喷砂处理是可行的。 （3）在涂层的SEM图上进行观察均可以发现：涂层中存在明显的孔隙（如图中黑点部分），但不存在大的气孔；孔隙基本上出现在粒子的交界处，这说明不完全重叠是涂层孔隙形成的主要因素。孔隙率的测定方法通常有直接称重法、金相检查法等，本实验采用目测的金相检查法，目测结果都小于10%，表明该工艺设计合理，喷涂时操作正确，制备出的涂层是满足要求的。2.2.7结论 （1）影响涂层性能稳定性的工艺参数主要是电弧电流，随着电弧电流增大，涂层耐磨性增强且涂层抗拉强度稳定性增加。当电弧电流一定时，喷涂距离过大或过小都不利于涂层性能的稳定性。 （2）电压过低，喷涂过程不连续，涂层结合强度降低；电压提高，喷涂粒子颗粒尺寸增大，粒子散射也增大，导致涂层表面粗糙，降低了涂层的硬度，耐磨性下降。在保证电弧稳定的前提下，应综合选择合适的电压值。 （3）为了得到致密的涂层，减少涂层中的氧化物，控制涂层的碳元素烧损，重要 图2－4  Cr-3涂层在不同放大倍数下的SEM图图2－5  Cr-3涂层界面在不同放大倍数下的SEM图的是得到硬度高的涂层，建议采用低喷涂电压、中等喷涂电流、近的喷涂距离和低喷涂压力。 （4）综上所述，可使得涂层具有较好性能的喷涂工艺参数佳水平组合为电弧电流为230A，喷涂距离为240mm，电弧电压为35V，空气压力为0.6MPa。

      火力发电厂燃煤锅炉所需燃料和尘、渣的排出均通过各类风机来完成，在送风机、引风机、排粉风机和一次风机中，尤以排粉机、引风机的工作环境为恶劣。      叶轮是风机的主要部件，在高速旋转时将粉、尘排出。悬浮的粉、尘与轮叶片之间存在较高速度的相对运动，从而对叶轮产生冲刷、磨损；叶轮的工作环境还会有大量烟气、水蒸汽、温度等因素共同作用，还会对叶轮产生腐蚀。      我国电厂用煤含硫较高，因此烟气中硫化合物含量也很高，使风机叶轮遭受更为严重的腐蚀。我国电厂的引风机寿命一般只有2000～3000h，有些甚至只数百小时；一般排粉风机寿命则为4000h。      风机的快速损坏不仅造成备件耗量加大和巨大的停机损失，也因灰粒进入叶片机翼内腔而频频引起强烈振动，造成风机损坏事故，直接影响锅炉的安全生产。      目前强化风机叶轮的主要工艺方法有堆焊、镶块、氧乙炔火焰喷涂、电弧喷涂、等离子喷涂及氧乙炔火焰喷熔等。堆焊法对工件热输入量大，叶轮变形问题难克服；镶陶瓷块法易产生局部脱块，因而造成该局部磨损特别快及引起风机振动加剧；氧乙炔火焰喷涂涂层结合强度低，涂层因致密度不够而耐磨性差。因此上述方法目前使用越来越少。   

    超音速喷涂装置利用煤油为燃料，利用氧气和压缩空气为助燃剂，控制装置将煤油和助燃剂以一定的压力和流量输送到喷枪，经高性能雾化喷嘴雾化混合成液雾后喷入喷枪燃烧室，液雾经火花塞点火燃烧后形成高温高压的燃气，拉伐尔喷枪将其加速到超音速。送粉系统将喷涂粉末从拉伐尔喷枪嘴的低压区送入超音速射流，经射流加温加速后从喷枪喷出，高速喷向工件表面沉积形成涂层。由于多功能超音速喷涂技术可以使用氧气和压缩空气两种助燃剂，同时具备HVOF和HVAF的功能，焰流的速度和温度在大的范围内连续可调。

火焰喷涂、氧乙火焰粉末喷涂、氧乙火焰线材喷涂、氧乙火焰喷焊、高速火焰喷涂（HOVF）、电弧喷涂、等离子喷涂、大气等离子喷涂、低压等离子喷涂 　　 1．各类水泥机械轴类、孔类、平面类、异形类表面的磨损，配合位失效，轴承位，密封位，轴瓦位的磨损等可进行机械修复，或现场修复！　 　　例如：各类破碎机主轴轴承位；动鄂承孔；各类输送风机主轴（如罗茨风机）；各类电机转子轴承位；磨机、减速机齿轮轴轴承位；罗旋绞刀的罗旋面，塔基、隔仓板、衬板冲刷面的强化加强寿命等等的表面处理和修复，很多磨损可现场修复！各类水泥机械轴类、孔类、平面类、异形类表面的磨损，配合位失效，轴承位，密封位，轴瓦位的磨损等可进行机械修复，或现场修复！　 　　2．各类模具的损伤、拉伤、塌角、碰伤、凹坑等导致模具失效均能修复和现场修复！修复后模具不退火，不咬边，不变形，结合强度除电刷镀为离子键结合外，其它都为冶金结合，结合强度可与基体媲美，修复后材质和硬度可根据模具基体选择！塑料注塑模具、锌基合金塑料模具、电视机壳模具、轮胎模具、各种注塑模具内腔，电话机模座,乒乓球模，望远镜模,自来水表模，塑料桶,塑料杯等塑料用品模、玻璃模具、冷冲模

热喷涂使用的奥氏体不锈钢主要是18-8型镍铬不锈钢（又称SUS304），它的含碳量较低，一般在0.05%~0.12%之间，有时，为了提高抗蚀性还加入少量的Mo，防止晶间腐蚀加入少量Ti元素或Nb元素（如SUS321或347）。 奥氏体不锈钢涂层在常温下是奥氏体组织，它具有优异的耐蚀性、耐热性和较好的耐磨性及良好的加工性能，不具磁性。主要用于工作在多数酸和碱环境下的易磨损件及良好的加工性能，不具磁性。主要用于工作在多数酸和碱环境下的易磨损件的防护与修复，如喷涂水泵轴、造纸烘缸等。但涂层收缩率大，适于喷较薄的涂层，否则容易出现开裂和剥落现象。应该注意的是，应用奥氏体不锈钢涂层时，必须对涂层妥善的封闭处理，因为奥氏体不锈钢涂层对于钢铁基体是阴极，一但涂层破损，钢铁基体会加速腐蚀。目前国内没有专门为电弧喷涂生产的线材，只能从现有焊接材料中选用合适牌号线材用于电弧喷涂。常用牌号的线材有1Cr18Ni9Ti、1Cr18Ni9、0Cr18Ni9、1Cr18Ni9Mo2等，这些材料具有良好的耐磨性和强度，以及耐蚀性，涂层的收缩系数较大和硬度偏低。不过这类不锈钢线膨胀系数较大喷涂时需要注意。 铁素体不锈钢 铁素体不锈钢含铬15%~30%，Cr8为典型钢种。在常温下为铁素体组织，它具有良好的耐蚀性能。为了提高耐蚀，耐点蚀和应力腐蚀破裂的性能，发展了奥氏体一铁素体复相金钢。

喷涂是指一系列过程，细微而分散的金属或非金属的涂层材料，以一种熔化或半熔化状态，沉积到一种经过制备的基体表面，形成某种喷涂沉积层。它是利用某种热源（如电弧、等离子喷涂或燃烧火焰等）将粉末状或丝状的金属或非金属材料加热到熔融或半熔融状态，然后借助焰留本身或压缩空气以一定速度喷射到预处理过的基体表面，沉积而形成具有各种功能的表面涂层的一种技术。将热喷涂法与机械球磨法相结合，提出一种新的超细铜锌粉末的制备方法。  在采用常规热喷涂工艺参数进行粉末制备的基础上，讨论了球磨时间、球磨助剂、热处理条件对粉末性质的影响，得出最佳的制备方案。该方法可以制备出粒度分布均匀、性质稳定，粒度为200～500nm的超细铜锌粉末。针对超细铜锌粉在液体介质中团聚严重的实际，采用沉降法及分光光度法研究了该粉末在不同的分散剂作用下的分散效果。采用正交试验方法优化了分散剂配方，分析了影响分散性能的各种因素，讨论了各种分散剂的作用机理，找到了不同分散剂的最佳作用条件，从而提高了超细铜锌粉的分散稳定性，为得到性质稳定的超细粉体提供了有效途径。   结果表明：球磨工艺及热处理参数对铜锌粉的性能有重要影响。在初始阶段随球磨时间的增加，粉末粒度变大，继续球磨，粉末粒度变小，细化到一定程度后粉末粒度不再随球磨时间的延长显著变化。球磨助剂的加入提高了球磨效率，改善了球磨效果，并且使粉末的分散性得到明显改观。热处理后粉末的粒度增大，微细颗粒的比例减小，表面出现裂纹，降低了粉末的硬度，同时粉末团聚作用减弱。

表面工程是21世纪工业发展的关键技术之一，表面技术分为表面改性技术、薄膜技术和涂层技术三大类，而热喷涂技术是表面工程领域中十分重要的技术，约占表面工程技术的1/3，是国外50年代发展起来的一项机械零件修复和预保护的新技术。它可以使各种机械设备车辆的零部件使用寿命延长。   涂层可以对材料表面性能（耐磨性、耐蚀性、耐热性等）进行强化或再生，起到保护作用，并对因磨损腐蚀或加工超差引起的零件尺寸减小进行修复。同时，还可以赋予材料表面以特殊性能（电、光、磁等）。现在生产实际中应用比较广泛的方法主要有火焰喷涂法（包括线材火焰喷涂、粉末火焰喷涂、超音速火焰喷涂、爆炸喷涂等）、等离子弧喷涂和电弧喷涂。基于热喷涂市场的巨大潜力及其社会效益和经济效益，在世界范围内，热喷涂技术受到极大关注。