金属热喷涂包含火焰喷涂、等离子喷涂、电弧喷涂和爆炸喷涂四大类,其中等离子喷涂和爆炸喷涂不适应电厂锅炉的现场操作,电弧喷涂和火焰喷涂可以满足现场操作条件,但火焰喷涂速度慢、工期长,被喷涂部位易产生应力集中和变形,而电弧喷涂技术却能很好地满足电厂锅炉现场大面积应用的各种条件。随着世界范围内科学技术的不断提高,电弧喷涂技术也获得了重大突破,超音速电弧喷涂设备的诞生,大大提高了涂层的性能。由于超音速电弧喷涂设备雾化的合金粒子均匀和飞行速度超过声音的速度,使涂层结合强度大大提高,涂层的致密度和均质度都很好。我公司目前使用的六套电弧喷涂设备全部是超音速电弧喷涂设备,多年来在全国各地电厂的受热面管道上制作了几万平方米的强化防护层,均获得了很好的使用效果。
热喷涂的应用领域几乎包括了全部的工业生产部门,除前面介绍的在汽车和模具行业及众所周知的在航空、航海、纺织、机械等方面的应用外,还迅速扩大到其它领域。如对石油管路焊缝外进行喷铝保护,以及在石油设备阀门、溢流阻挡器和钻销工具上喷涂耐磨涂层;在人造关节上喷涂羰基磷灰石以增强钛基体与有机体的生物相容性;在印刷滚轮上喷涂陶瓷涂层,再用激光雕刻出纹路,用于把油墨从墨池中送到印刷室,在空调压缩机的铝制阀提杆帽上喷涂钢,以达到减重和耐磨的目的。
能量输入巨大,热焓输出相当于普通氧乙炔火焰的20余倍,火焰速度>7玛赫,温度约2600~3200℃,熔融粉末飞行速度>720米/秒,涂层性能卓越,适合喷涂碳化钨及部分合金。涂层结合强度高,理论研究认为,涂层结合强度与喷涂速度成正比,JP-5000实现了这个热喷涂界多年的追求,且能与基体产生部分微区冶金结合相,克服了碳化钨涂层易脱落的固疾。涂层呈压应力状态,熔融粉末高速撞击机件后,粉末颗粒形状改变,在JP-5000条件下近球形颗粒改变后,其长短轴比例可达>1/20,远大于普通火焰喷涂,这些形状改变后的颗粒的叠加所形成的涂层,具备了涂层应力状态由张应力向压应力转化的先决条件—理论研究认为—颗粒长短轴之比大于1/20时将出现压应力效果。综合性能优异,涂层孔隙率更低,硬度更高,耐磨性能更强,使用寿命显著提高。
在喷涂过程中或涂层形成后,对金属基体和涂层加热,使涂层在基体表面熔融,并和基体产生扩散或互熔,形成与基材冶金结合的喷焊层,这也是热喷涂的方法之一,称为热喷焊(简称喷焊)。腐蚀从表面开始,磨损在表面进行,疲劳因表面损伤而显著加速。作为表面工程技术重要分支之一的热喷涂技术,在锅炉防护领域的应用是科技发展的必然结果。目前,在我国燃煤电厂锅炉防护领域中应用最为广泛的是电弧喷涂技术。此外,超音速火焰喷涂技术以及火焰喷涂(焊)技术也有一定程度的应用。
我国由将近八成的大型电站锅炉受到水冷壁高温腐蚀的影响,这些对锅炉造成了极大程度的影响。高温腐蚀对天津锅炉水冷壁造成的影响是造成水冷壁厚度不断变薄、材料强度急剧降低,为此,在现有的状况下,水冷壁有可能会有爆管、泄漏情况的发生,危及到整个锅炉的正常安全运行。水冷壁管金属在使用的过程中会有氧化铁的不断生成,电厂锅炉高温防腐喷涂生成的氧化铁层开始逐渐消耗,久而久之,反复循环使用,管壁上便会有一系列的腐蚀的情况出现。并且硫的含量也是非常高的。以此,煤在燃烧的过程当中生成的硫化物促使锅炉水冷壁有高温腐蚀的现象出现,所以,煤中硫及硫化物造成的危害是非常大的,其为高温腐蚀打下了良好的基础。除此之外,煤的不完全燃烧会生成一定的还原性气体,为加快高温腐蚀的速度,高硫含量与较难的燃烧状态会有很多问题的出现。