[科普中国]-火焰喷涂

简介

火焰喷涂是利用燃气乙炔、丙烷、甲基乙炔一丙二烯( MPS)、氢气或天然气与助燃气体氧混合燃烧作为热源，喷涂材料则以一定的传输方式进入火焰，加热到熔融或软化状态，然后，依靠气体或火焰加速喷射到基体上。根据喷涂材料的不同，可分为丝材火焰喷涂和粉末火焰喷涂。

丝材火焰喷涂丝材火焰喷涂是利用氧乙炔燃烧的热源，将连续、均匀送入火焰中的喷涂丝材加热、熔融，再通过高压气体雾化成微粒状，直接喷射到预先处理过的工件表面，连续沉积形成金属、合金涂层。这种工艺方法是目前国内最常用的热喷涂技术之一，主要喷涂锌、铝、锌铝合金材料，用于大型钢结构件的长效防腐蚀。

构造丝材火焰喷涂由丝材火焰喷涂枪进行喷涂。喷涂源为喷嘴，金属丝经过喷嘴中心，通过围绕喷嘴和气罩形成的环形火焰，金属丝的尖端连续地被加热到其熔点，然后，由通过气罩的压缩空气将其雾化成喷射粒子，依靠空气流加速喷射到模具基体材料上，从而熔融的粒子冷却到塑性或半熔化状态，也发生一定程度的氧化。粒子与基体撞击时变平并粘接到基体上，随后与基体撞击的粒子也变平并粘接到基体的粒子上，从而堆积成涂层，如下图所示。

特点丝材的传送靠喷枪中的空气涡轮或电动机旋转，其转速可以调节，以控制送丝速度。采用空气涡轮的喷枪，送丝速度的微调比较困难，而且其速度受压缩空气的影响而难以恒定，但喷枪的质量轻，适用于手工操作；采用电动机传送丝材的设备，虽然送丝速度容易调节，也能保持恒定，喷涂自动化程度高，但喷枪笨重只适用于机械喷涂。

丝材火焰喷涂效率高，但喷出的熔滴大小不均，使得涂层结构不均匀，孔隙率也较大，且拉丝喷涂材料的成形工艺受到限制。1

粉末火焰喷涂粉末火焰喷涂是以氧乙炔火焰为热源，把自熔剂合金粉末喷涂在经过预处理的工件表面上，在保证工件不熔化的前提下，加热涂层，使其熔融并润湿工件，通过液态合金与固态工件表面的相互溶解、扩散，形成呈冶金结构并具有特殊性能的表面熔覆层，其装置如下图所示。

粉末火焰喷涂与丝材火焰喷涂的原理基本相同，而且设备装置也基本与丝材火焰喷涂相类似。不同之处是喷涂材料不是丝材而是粉末。粉末火焰喷涂只是将送丝机构改为与喷枪固定规格的送粉装置，粉末材料可以是金属粉、合金粉、复合粉、碳化物粉、陶瓷粉。

粉末火焰喷涂中一般没有压缩空气参与雾化、加速，喷涂粒子的推动力直接来自燃料气的作用，故喷涂粒子飞行速度较小，涂层结合强度较低，孔隙率较高。中性焰是最常用的热喷涂火焰，中性焰喷涂时，喷涂材料既不易被氧化，也不会由于过剩乙炔的分解而带来增碳，能较好地保证喷涂层的质量，适用于任何金属及其合金的喷涂。粉末火焰喷涂喷枪喷出的颗粒速度较高，火焰温度低，因此涂层的结合强度及涂层本身的综合强度都比较低，且比其他喷涂方法得到的孔隙率高。2

优缺点火焰喷涂技术的基本特点是：①一般金属、非金属基体均可喷涂，对基体的形状和尺寸通常也不受限制，但小孔目前尚不能喷涂；②涂层材料广泛，金属、合金、陶瓷、复合材料均可为涂层材料，可使表面具有各种性能，如耐腐蚀、耐磨；耐高温、隔热等：③涂层的多孔性组织有储油润滑和减摩性能，含有硬质相的喷涂层宏观硬度可达450HB，喷焊层可达65HRC；④火焰喷涂对基体影响小，基体表面受热温度为200～250℃，整体温度约70℃～80℃，故基体变形小，材料组织不发生变化。

火焰喷涂技术的缺点：①喷涂层与基体结合强度较低，不能承受交变载荷和冲击载荷；②基体表面制备要求高；③火焰喷涂工艺受多种条件影响，涂层质量尚无有效检测方法。

氧乙炔火焰喷涂的安全与防护1 、氧气瓶未装减压器前应略为打开氧气阀门把污物吹除干净，以免灰尘、垃圾进入减压器而堵塞，造成事故.

2 、禁止把氧气瓶和乙炔瓶以及其它可燃气体的钢瓶放在一起；凡易燃品、油脂和带有油污的物品，不能和氧气瓶同车运输.

3 、搬运氧气瓶和乙炔瓶时，应将瓶口颈上的保护帽装好，使用时，应放在妥善可靠的地方，才能把瓶口颈上的保护帽取下.在扳瓶口帽时，只能用手或扳手旋下，禁止用金属锤敲击，防止产生火星而造成事故.

4 、氧气减压表螺母在氧气瓶嘴上至少要拧上6~8扣.螺丝接头应拧紧，减压表调节螺杆应松开.

5 、在把氧气瓶、减压器装好后，慢慢地打开氧气阀门，检查减压器连接氧气瓶的接头是否漏气，表指示是否灵活，开启氧气阀时，头脸不要对着减压表，应站在减压器侧面或后面.检查漏气时不得使用烟火或明火，可用肥皂水检查，检查不漏后方可使用.

6 、严禁氧气瓶口接触油脂，或用油污的扳手拧氧气瓶阀和减压连接螺丝.也不允许戴油污的手套，以免产生燃烧爆炸事故.

7 、氧气瓶、乙炔瓶及减压器在使用前后应妥善安放，避免撞击和振动.

8 、使用乙炔瓶、氧气瓶时应垂直立放，并设有支架固定，防止跌倒.

9 、氧气瓶与乙炔瓶、易燃易爆物品或其它明火要保持8～10米以上的距离.在某种情况下，确实难以达到8～10 米时，应保证不小于5米，但必须加强防护.

10 、氧气瓶中的氧气不允许全部用完，至少留1~2公斤/厘米2的剩余压力.

11 、冬天如遇到瓶阀和减压器冻结时,可以用热水、蒸汽或红外灯炮给予解冻，严禁使用明火加热.

12 、禁止使用铁器猛击气瓶各部，也不能猛拧减压表的调节螺杆，以防气流高速冲出，因局部磨擦产生高温而发生事故.

13 、夏天露天操作时，氧气瓶和乙炔瓶应防止直接受烈日曝晒，以免引起气体膨胀发生爆炸，必须放在凉棚内或用湿布掩盖.