热喷涂粉末的制作工艺和设备

1、热喷涂粉末的制作工艺和设备在焊接行业，经常要用到各种合金粉末。它们有用于钎焊的各类纯金属和合金粉末、用 于热喷涂的铁基、镍基、钻基等各类合金粉末，用于管状焊丝的中间合金粉末。合金粉末的用途2.1热喷涂合金粉末热喷涂是一种表面强化技术，一直是我国重点推广的新技术项目。它采用电弧、等离子 弧、燃气一氧气等形式的热源，将金属或非金属材料加热到熔化或半熔化状态，并在高速气 流的作用下使之雾化成微细熔滴或高温颗粒，以很高的飞行速度喷射到经过处理的工件表 面，形成牢固的覆盖层，从而使工件表面获得不同硬度、耐磨、耐腐、耐热、抗氧化、隔热、 绝缘、导电、密封、消毒、防微波辐射以及其他各种特殊物理化学性能。它可

2、以在设备维修中修旧利废，使报废了的零部件“起死回生”；也可以在新产品制造 中进行强化和预保护，使其“益寿延年”。喷涂粉末在整个热喷涂材料中占据十分重要的 地位。热喷涂合金粉末包括镍基、铁基和钻基合金粉，按不同的涂层硬度，分别应用于机械 零部件的修理和防护。热喷涂技术经过多年的发展，在国内已形成了一个完整的设备的研究 和生产体系，目前从事这一工作的有二十多个单位，能够生产各种类型的氧乙炔火焰喷涂设 备、喷熔设备、电弧喷涂设备，成套等离子喷涂设备、喷焊设备，各种专用的配套设备等。 热喷涂合金粉末作为热喷涂作业中的必需品，国内也有十多家企业在生产。2.2常用的热喷涂粉末的用途镍基自熔性合金粉末是以镍

3、元素为基体，添加铬、硼、硅、碳、铜、钼、等元素组成， 合金粉末熔点低，自溶性好，具有耐蚀、耐磨、耐热、抗氧化等性能，是目前使用最广泛的 一种自熔性喷焊合金粉末。铁基合金粉末分为两种，一种是不锈钢型，含有较多的镍和铬元素；另一种是高铬铸铁 型，含有较高的铬和碳元素。钻基自熔性合金粉末是以钻元素为基体，添加铬、钨、镍、硼、硅等元素组成，具有优 越的高温性能，良好的红硬性、耐磨性和抗氧化性能。铜基自熔性合金粉末是以铜元素为基体，添加适量的镍、铬、硼、硅、锰等元素组成， 这类合金粉末具有机械性能好，塑性高、易于加工、耐蚀性好、摩擦系数低等特点。2.3中间合金粉末除了用于热喷涂的合金粉末外，制作管状焊丝

4、的中间合金粉末的用量正在迅速增加。管 状焊丝问世虽然已有六十多年的历史，但广泛应用还是近十年来的事，主要原因是它的制作 工艺和管内填料的不成熟和不完善。特别是管内的填料，当两种或两种以上的粉末在比重上 相近的情况下，采用机械混合法仍不失为一种经济而实用的制粉工艺，至今，仍有不少生产 厂家在采用。但当两种或两种以上的粉末在比重上相差较大时，采用机械混合法就难以混合 均匀，制成的管状焊丝存在着粉末偏析的情况，造成成份偏析，对焊接质量产生不利的影响。为克服这一问题，有人专门做了试验，选用了机械混合的金属粉和水雾化制造的合金粉两种 填充粉末，制作成管状焊丝，进行焊接性能试验。试验结果表明，采用填充雾化

5、合金粉末的 管状焊丝，质量可靠，操作容易，堆焊层成份均匀，含氢量低，抗气孔能力强。所以，采用 中间合金不失为一个好的解决管状焊丝粉末偏析的办法，国内已有厂家采用了这一工艺。管状焊丝很可能是今后发展的主要焊材，目前我国刚起步，无论质量、品种、数量与国 外相比，均有较大差距。管状焊丝可以利用碳钢带制成较高合金成分的药芯焊丝，如耐热钢、 低温钢、耐候钢、不锈钢、管线用的专用药芯焊丝。这一点比起实芯焊丝和焊条来讲有更大 的优越性。雾化法制作合金粉末的工艺3.1制粉原理除电弧和线材火焰喷涂外，其它所有喷涂工艺都是以粉末为喷涂材料的。粉末材料包罗 万象、适应性强、工艺可靠，能提供各种涂层功能，在高技术领域

6、中应用很广，这些特点是 其它形式的材料无法比拟的。经过多年的发展与创新，对各种化学组成的材料都建立了相当 完善的制粉方法：其中金属、合金、自熔合金通常采用雾化法，即水雾化一一水冷，气雾化 气冷和气雾化一水冷三种方式。雾化工艺自六十年代初问世以来，给热喷涂材料开创了 新局面，用于热喷涂的合金粉末，粉末的松装密度、流动性、熔点、硬度、热膨胀系数、氧 含量等性能，对涂层的性能的影响是相当重要的，为了制得所需的合金粉末，工业上主要采 用的是气雾化法和水雾化法，两种方法的主要区别在于所采用的雾化介质不同，其制粉的原 理是一样的。雾化合金制粉的工艺过程大致如下：配料f熔炼f除渣脱氧雾化f粉末收集f干燥f筛

7、分f成份检测f包装入库雾化法制作合金粉末，属于物理方法制粉。它是将来自气瓶的高压气体作为气刀或将来 自高压水泵的高压水作为水刀，对熔化后，经漏嘴约束后成一细流的熔融金属液流进行切割， 雾化成极微小的金属液滴，最后凝固成合金粉末。3.2生产过程在生产中，首先，按配方准备好制作金属粉末的原材料，启动中频，按熔炼工艺的要求， 放入金属开始溶炼，一般容易氧化的金属在熔化的后期放入。当本炉的金属全部在炉内熔化 后，进行造渣，去除金属液中的杂质，然后进行脱氧。在此同时，启动高压水泵，（对于气 雾化，则是打开气阀。）使雾化系统处于待命状态。操作人员各就各位，作好雾化前的准备 工作。准备好以后，开始进行金属粉

8、末的雾化，此时雾化现场噪声很大，对于采用五十到六 十公斤炉子的，正常的雾化时间在五分钟左右。如果炉子的容量大，雾化的时间就长，有的 长达半小时以上，这就会造成炉内的金属液前后的温度相差较大，为了保温，还得不断对炉 内的金属加热，长时间处于液态下的金属，会不停地氧化，随着金属元素的烧损，其化学成 份也会发生变化，结果，生产出的金属粉末，出现色差，总的含氧量增大，有时成份也会发 生偏离。所以，为了减少金属液的氧化，金属熔炉采用五十到六十公斤的比较好。凝固后的金属粉末，在高温时还是相当容易氧化的，所以须在无氧或低氧的环境下让其 冷却到室温，才能减少粉末的含氧量。如果是采用水雾化法制作的金属粉末，还得

9、进行干燥 处理。在干燥时，须根据金属粉末对氧的敏感性，采用不同的烘干方法。容易氧化的金属粉 末，要采用真空干燥方法。干燥后的金属粉末，先取样进行化学成份的化验，如果合格，再 按用户的要求进行筛分，包装入库。对于同种的金属粉末，筛下物可作为回炉粉回收利用。雾化法制作合金粉末的设备制作热喷涂的合金属粉末的设备，可以有各种组合，以年产一百吨到二百吨的合金粉末 制作系统为例，其设备投资额在三十万左右，主要要用到以下这些设备：中频电源及熔炼炉，这是熔化金属的主要设备，要求设备的耗电量低，熔化效率高，维 修保养方便。这是标准设备，各地都有厂家生产。辅助的工具有筑炉的工具，熔炼时用的铁 棒、石墨棒、测温仪、

10、将大块金属切开的剪板机、气割机等。雾化装置，它包括金属液漏斗、中间漏包、雾化器（又称喷嘴）、筒体、操作平台、管 路系统、高压水泵、离心水泵、水池、对于气雾化，不需要高压水泵、离心水泵、水池，但 需要配备气瓶组，及相应的阀和表。这是雾化制粉的核心设备，因为都是非标准设备，所以 都是自行设计制造，其中的关键部分是雾化器，它对该套设备的生产效率有很大的影响。干燥装置，主要有远红外加热炉、真空烘干炉、烘粉盘、粉耙、勺子、漏斗、小车、盛 粉桶等。包装设备：主要有筛分机、磅称、打包机、混粉机、瓶装氮气、（用于容易氧化的金属 粉末的保护，一般是在放有容易氧化的金属粉末的桶中，充入氮气后密封，这样可以在一定

11、时间内防止桶中的金属氧化）手推车等。检测设备：成套的标准筛，用于粉末粒度的检测；放大三十倍的显微镜；金相显微镜； 硬度计；天平；粉末化学成份的检测一般是外送当地的商检局检测，一是成份测得准，二是 权威，可信度高。采用气雾化时，受瓶装氮气压力的限制，通常可采用的雾化压力在八到十个大气压。采 用水雾化时，常用的雾化压力有一百个大气压到三百个大气压，为了生产三百目以上的细粉， 也有采用五百个大气压的雾化压力的。最近，为了能生产出细度在一千目以上的超细合金粉 末，国内已有厂家兴建了雾化压力在一千个大气压的超高压水雾化装置。水雾化与气雾化合金粉末性能及成本的比较5.1粉末形状水雾化与气雾化制作合金粉末的

12、方法，虽然制粉的原理相同，但制得的粉末的物理性能 相差还是很大的，特别是形状。由于气体的热容量要比水小，所以采用气雾化时，合金受到 的激冷度低，受到雾化介质冲击时，雾化成细小液滴的合金液不会马上凝固，这给了合金液 滴在下落过程中收缩成球的时间，所以容易获得球形合金粉末。水雾化时情形正好相反，由 于水对雾化成细小合金液滴的激冷作用，几乎是在一瞬间，就凝固成了合金粉末，这使得那 些表面张力较小的合金形成的合金粉末，呈土豆状或不规则形状，只有那些表面张力较大的 合金，例如镍基合金，才能做成球形合金粉末。通过调整雾化参数和雾化时合金液的过热度， 采用水雾化也能做出近似球形的合金粉末，满足热喷涂的需要。

13、用于管状焊丝的中间合金粉 末，形状上没有特别的要求，水雾化比较适合。5.2化学成份不论是采用水雾化还是采用气雾化，制作出的合金粉末的化学成份不会因为制作方法的 不同而产生差异。5.3金相组织采用气雾化制作的合金粉末，合金的过冷度要比采用水雾化做的小许多，所以相同的化 学成份，采用不同的雾化方法做出的合金粉末的金相组织会不一样。5.4合金粉末的氧含量合金粉末的氧含量，与合金本身对氧的敏感性和雾化时的雾化环境中的氧含量有关。如 果合金本身对氧非常敏感，则不仅在雾化时要采取措施，在熔化时最好也采用真空熔炼。对 于大多数合金，只要在雾化时采取减少与氧的接触，就能达到降低合金粉末中氧的含量的目 的。气雾

14、化时，通常是使用氮气作为雾化介质，大量的氮气充满了雾化区，将雾化区的氧气 驱逐掉了，所以能保护合金液滴在雾化及冷却时很少氧化。当一炉熔融的合金液被雾化成金属粉末时，它的表面积在雾化的一瞬间增大了无数倍， 换言之，其与氧结合的面积也增大了，有更多的金属表面暴露在雾化环境中。所以，水雾化 时，如果不采取措施，是无法避免合金液滴的氧化的。为了在水雾化时，能让雾化环境少氧 或无氧，首先，必须将雾化筒体密封起来，将雾化环境与周围的环境隔绝开来。其次，是要 将已封闭起来的雾化筒体中的氧气排除掉。最后，是在雾化的过程中一直保持这样的一个无 氧或低氧的雾化环境，直到雾化结束，合金液滴全部凝固成合金粉末。5.5投资额水雾化和气雾化在设备上投入的资金是差不多的，气雾化的筒体的投入资金较大，但雾 化介质工作组气瓶组及表、阀投入小；水雾化则相反，雾化筒体投入要比气化小，但高 压水泵、离心水泵的投入要大于气雾化雾化介