热喷涂技术在煤矿机械修理中心的应用

热喷涂技术在煤矿机械修理中心的应用

刘德芹刘媛

兖矿集团东华重工再制造分公司山东济宁273500

摘要：在煤矿生产中，煤矿机械是主要的生产设备,它起着重要的作用，在一定程度上影响着煤矿企业的发展。随着煤矿机械设备的使用，会出现不同程度的老化，而热喷涂技术的使用在一定程度上可以延长其使用寿命。

关键词：热喷涂技术;煤矿机械修理;应用

前言

热喷涂技术诞生于20世纪初期，经过近一个世纪的发展，从简单的工艺技术发展成集机械学、材料科学、热动力学、高新技术和生物工程等专业为一体的完整的工业体系，已经在先进的制造技术中占有举足轻重的位置。从钢铁零部件的抗磨、耐蚀，再到能起到特殊防护功能的涂层,从中热喷涂技术具备其他一些技术所不具备的特殊作用，现已在航空、航天、船舶、机械、石化、汽车、模具领域广泛应用。

1热喷涂技术原理

热喷涂技术主要是通过热源，然后将喷涂材料进行加热，具有抗高温、隔热、导电、防腐的效果。通常情况下，喷涂技术主要应用在金属材料、工程塑料中。我国的热喷涂大约可以分为以下几种：冷喷涂、激光喷涂、超音速等。热喷涂技术主要是利用热源形成粒子，对农机材料进行加工。在加热时，对产生的粒子进行加速度加工，将其喷到喷涂材料中，进而在材料表面形成热喷涂层。

2表面热喷涂技术种类

2.1电弧喷涂

电弧喷涂是将金属做成两个熔化电极，在喷枪口产生短路而引发电弧，通过压缩空气穿过电弧以及熔化的液滴使之雾化，以一定的速度喷向工件表面形成连续的涂层。电弧喷涂优点是热效率高，对工件的热影响小，避免了工件的变形，涂层性能优异，其加工范围广，寿命长，效率高。电弧喷涂发展迅速，除在大气下的电弧喷涂外，又出现了真空电弧喷涂新技术。

2.2大气等离子喷涂

大气等离子喷涂采用的热源是具有非转移型的等离子弧，用粉末材料为主的热喷涂方法。然而通过改进涂层的结构进一步的改进涂层的内聚结合强度以及抗腐耐磨等性能，热喷涂的参数是极其重要的。常规的火焰喷涂、电弧喷涂大都是属于在大气环境下完成喷涂，也算是大气等离子喷涂的一种。虽然，在等离子喷涂时有时经常是采用氨气等惰性气体作为气体源，偶尔还会选择利用氛气加氢气等气体使电弧气氛具有一定的还原性，但由于喷涂材料离开电弧区域后，始终是在大气环境下飞行，这个阶段环境无法对喷涂粒子提供有效的保护。因此，它也是一种在大气环境下进行的喷涂。能够应用大气等离子喷涂方法的适用材料较为广泛，这些材料能够满足喷涂过程中的各种性能，因而在国外得到很大的发展。

2.3真空等离子喷涂

真空等离子喷涂又称为低压等离子喷涂，是在气氛可控的4～40kPa的密闭空间里进行的一种喷涂技术等离子喷涂技术在热喷涂中应用颇为广泛，因其喷涂粉末材料的范围广，生产效率高。真空等离子在工作气体等离子化后，体积会在低压气氛中膨胀然后随之喷出，因而喷涂的速度是非常快的，对于那些氧化高度较为敏感的材料特别适合，能够利用等离子电弧将各种金属陶瓷等合金通过熔化后快速喷涂到金属材料基体表面形成牢固的涂层。由于真空等离子喷涂对金属陶瓷基体材料的耐磨抗蚀性有较大提升，因此广泛应用于机械冶金、航空航天、船泊等防腐领域。

2.4火焰喷涂

火焰喷涂是将热塑性粉末通过火焰喷枪在底材上熔融形成厚涂层,利用可燃气体以及助燃气体混合燃烧作为热源，或喷涂粉末从料斗通过随输送气体在喷嘴出口遇到燃烧的火焰被加热熔化，随着焰流喷射在工件表面形成火焰粉末喷涂，或喷涂丝从喷枪的中心送出经燃烧的火焰加热熔化，并被周围的压缩空气将熔滴雾化，随焰流喷射到工件表面，形成火焰喷涂。火焰喷涂的优点是设备投资少，操作方便，沉积率高，无电力要求；应用广泛，可喷涂各种金属、非金属陶瓷及塑料等材料。

2.5爆炸喷涂

爆炸喷涂是利用脉冲气体爆炸的能量将被喷涂的粉末材料加热直接轰击到工件表面形成涂层。喷涂时先将一定比例的氧气和乙炔由供气口送入水冷喷枪的燃爆室，随后由送粉气将喷涂粉末送入燃爆室，这些粉末在燃烧气体中浮游，经火花塞点火使氧气和乙炔的混合气体燃烧并产生爆炸，爆炸产生热能加热喷涂粉末达到熔融状态，利用爆炸冲击波把喷涂材料喷向基材表面形成涂层，接着向室内送入清洗气，冲淡燃气，为下次爆炸做准备，如此反复循环地进行而产生。爆炸喷涂的优点是操作简单、成本低、无污染，涂层的耐磨性高、硬度高、粗糙度低，与基底结合力强，对基底和喷涂材料没有限制，能量利用率高，耗电量小，适合小口径内孔表面喷涂。

3热喷涂技术在煤矿机械修理中的应用

3.1曲轴的修复

针对曲轴这种损伤后常规的处理办法是直接将轴径的损伤磨掉，重新配加厚轴瓦。如果出现几次事故后，一是轴径尺寸会越修越小，最后导致曲轴的安全系数不够报废；二是轴瓦的厚度尺寸就会出现很多种不利于压缩机的维护和轴瓦的采购。针对这种情况，可采用电弧喷涂技术对损坏的曲轴进行修复。修复后恢复至曲轴原尺寸，保证了轴瓦的通用性，不用重新采购加厚瓦，且便于维护和采购管理。如果再次出现损伤后，可以将涂层磨去重新喷涂，保证曲轴的长期使用性。往复压缩机曲轴是一个尺寸精度高，整体形位公差要求严格的大型零件，修复的过程中要严格保证曲轴修复径面的尺寸以及整体轴系的形位公差。常规的曲轴材料都是碳钢和合金钢，其性能和适应性非常适合热喷涂工艺。控制涂层结合力在45MPa左右，保证了一定的孔隙率。工作时润滑油进入微孔，保证径面上一定的含油量，能很容易形成油膜，故此金属喷涂层具备了良好的耐磨效果。喷涂时在气流的作用下曲轴的温升不会增加很多，一般能够控制在40℃上下，对曲轴本体的金相组织和变形可以忽略不计。其加工过程如下：粗磨径面→径面除尘除油喷砂处理→喷底层涂层→喷涂耐磨涂层→精磨涂层表面至要求尺寸精度。曲轴的安全系数较大，一般根据损伤情况大概磨去直径尺寸1~1.5mm左右，不会影响曲轴的安全性。粗磨去掉轴径表面损伤痕迹后，磁粉或着色检测无裂纹后，可直接进行修复。修复后的表面，应均匀无裂纹、夹杂等缺陷，硬度在HRC45以上，超过原材料本身的硬度，且耐磨性有较大提升。

3.2活塞杆摩擦面修复及喷涂碳化钨耐磨涂层

是往复压缩机的重要零件，在设备进行过程中摩擦面不断与填料摩擦，易造成活塞杆的磨损和划伤。活塞杆的常规材料有38CrMoAlA、42CrMo、20Cr13、17-4PH（仅用于H2S腐蚀环境）等等，与曲轴修复工艺一样，也可采用电弧喷涂技术对损坏的活塞杆进行常规修复。同时还可以采用超音速火焰喷涂工艺，喷涂碳化钨耐磨涂层，可以极大地提高活塞杆的耐磨性。经过验证，这种耐磨涂层的结合强度高于70MPa，经过镜面抛光后，粗糙度可达到Ra0.1，其使用寿命为高频淬火活塞杆的4倍。相对应的摩擦面（填料部位）的使用寿命也大幅提高。这种热喷涂工艺，既可用于新活塞杆的表面强化，也可用于旧活塞杆修复，加工过程中基体金相组织不发生改变，保持原有力学性能；加工过程零件温度低，不发生变形；适用性好，几乎不受零件尺寸限制；具有良好的可抛光性；工艺简单，生产周期短。其工艺过程如下：粗磨表面→表面预处理→喷涂耐磨涂层→涂层的机械加工（磨削加工）→抛光。

结束语

随着技术的发展，热喷涂技术在机械行业的应用能否进一步拓展，一些新型的材料能否在机械行业得到应用，需要进一步的实验验证和系统的理论研究。

参考文献：

[1]张平.热喷涂材料[M].北京：国防工业出版社，2016

[2]吴子健.热喷涂技术与应用[M].北京：机械工业出版社，2016