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热喷涂层与基材的结合形式-冶金结合

金亿冠尚品优选    2020-10-21    53

冶金结合可以是涂层材料与基材在界面形成共同晶粒(联生结晶),或者在界面只是晶粒相接触并存在晶粒界限(不形成共同晶粒),也可以相互间发生反应生成金属间化合物。形成共同晶粒的情况,可称为“晶内结合”,不形成共同晶粒而只是相互接触的情况称为“晶间结合”。

一般说来,热喷涂工艺中的涂层材料与基体的结合很少见到晶内结合的作用。也就是说,涂层材料在基体表面上的结晶过程,主要不是对基体晶格的外延。究其原因,可以有以下的分析。

首先是材料的差异。在钢基体上喷涂铝、陶瓷材料或Ni基、Co基合金时,基体与涂层的晶格类型、晶格常数均极不匹配,这使在基体上外延结晶比较困难。但最重要的因素还是基体的温度太低。在正常的热喷涂过程中,基体的温度不高于200一30090。这可以减小基体的热变形,并确保熔敷层的化学成分不至于在喷涂过程中发生较大的偏离。在这样低的基体温度下,熔融金属所具有的能量(包括热能和动能)还不足以克服原子间的势垒,达到形成晶内结合的程度。但由于某些涂层材料自身的放热作用,也可能在某些显微点上出现局部熔化,导致该点形成晶内结合。

晶间结合是热喷涂层与基体最重要的结合形式。高速动的熔融液滴撞击到基体表面后迅速铺开呈薄片状。冷的体表面不仅为熔滴的结晶提供了极大的过冷度,而且还为提供了现成的固态表面。于是在基体表面上迅速发生了形和长大的结晶过程。涂层与基体之间有一条明显的晶粒限,相互不能外延。由于这种结合的性质决定了结合强度可能太高,加之晶间结合多是热喷涂层与基体最重要的结方式,因此造成了热喷涂涂层与基体的结合强度比较低,数值只是晶内结合的几十分之一。

冶金结合的另外一种方式是涂层与基材反应生成金属间化合物。这种反应的先决条件是必须有扩散过程。一般认为,基材与涂层间的扩散所生成的化合物有利于提高结合强度。但在热喷徐工艺中,熔滴从接触基材表面到完成结晶过程,其时间很短,一般不大于0.1 s。因此,大多数研究者认为,在这类工艺中没有基材与涂层相互扩散并生成化合物的过程。但有的研究者则认为,在这么短的时间里,扩散并生成化合物的过程仍能有条件地发生。例如,热喷涂常用的打底材料镍包铝粉末,在660一680℃即发生剧烈的放热反应。即使在熔滴到达基材表面之后,放热反应还要持续若干微秒,有充分合热量促成与基材的反应,有可能形成某种形式的冶金结合从而提高结合强度。尽管其他研究者认为,使用有放热效应的粉末所导致的结合强度的提高并不一定归功于扩散型化合物的产生,但这种提高确是一个不争的事实。上述技术文摘源自机械材料网。

由此,循环流化床锅炉水冷壁防磨的喷涂工艺,确实一种值得辩证的技术。在喷涂结合的时候,担心结合得不够紧密,而在二次喷涂的时候,却要把原图层再喷砂清理下来。如果“晶间结合”,甚至“晶内结合”,对基材就是一种正常磨损之外的一种加外技术损耗。另外,打底材喷涂,正材喷涂,然后封孔处理,对焊材材质的要求,这些工艺真正够执行到位的,基础成本必然上升,还不提对于喷涂施工工艺的要求,要做到厚度均匀保持在0.43mm的厚度。

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