水冷壁防磨之超音速火焰噴涂技術方案
一、噴涂材料及主要技術指標
1、涂層主要技術指標
主要成份： NiCr 25%左右，Cr3C2 75%左右
厚 度： 0.15-0.20mm
左右焰流速度： 2100m/s
粒子速度： 500-600m/s
結合強度： ≥ 70MPa
硬 度： HRC69
孔 隙 率： ≤ 1%
噴涂溫度： ≤ 15℃0
工件變形性：不變形，不改變母材表面金相組織和理化性能
2、NiCr-Cr 3C2 粉末材料說明 :
NiCr-Cr 3C2 是由金屬合金粘結相 NiCr 與陶瓷硬質相 Cr3C2 組成的復合材料，因此具有陶瓷的硬度高、耐磨性好、抗高溫氧化性能優越的特點，同時還具有金屬基韌性高等特點，是最重要的高溫耐磨涂層材料，而超音速火焰噴涂工藝是制備高性能 NiCr-Cr 3C2 涂層的最重要方法之一。
二、施工工藝
1、施工條件
為了作好施工準備工作，其施工需要具備以下條件：
① 電源： 380V 20KW 三相交流電
② 冷卻方式：水冷 ( 到工作面時工作壓力大于 0.2MPa)
③空氣壓力及流量： 0.75MPa 440L/min
④丙烷、氧氣、氮氣、氫氣等
⑤噴涂工件的位置離主機放置位置的距離不超過 15m
⑥提供施工部位所需的腳手架
2、施工工藝流程：
表面預處理→噴砂作業→噴涂作業→預測厚度→自查、清場
2.1 表面預處理、噴砂作業：
采用 14 目-16 目金剛砂對工件表面進行噴砂，噴砂結束后，經廠方水壓實驗，如有漏水現象必須重復以上步驟進行修復處理，直至噴砂后無缺陷，達到表面干燥、無灰塵，表面清潔度達到 GB8923 中規定的“ Sa3.0”級，露出金屬光澤，表面粗糙度達到 GB11373中規定的“ Rz50-90μm”。
2.2 噴涂作業：
① 將設備系統安裝到位，打開氣源，將控制柜的電源接上交流 220V 電源。同時，啟動冷卻循環水系統。
② 確定氫氣已同系統連接并打開，壓力設定為 0.35MPa。按下“凈化”按鈕2～ 3 秒，清洗噴槍內膛。并檢查有無漏水的情況發生。如有，必須先拆下噴槍，查找原因并將其排除。再次將噴槍裝上，重復按下“凈化”按鈕，直至無漏 水情況發生。
③ 按下“點火”按鈕 1～ 2 秒，檢查點火發生器有無放電現象。如無，查找故障原因，并排除。重復按下“點火”，直至見到放電現象。
④ 將兩位旋鈕旋至“預熱”一側。
⑤ 按下“啟動”按鈕，直至點火成功。如點火失敗，重復啟動。
⑥ 待超音速火焰在設定參數下穩定后，將兩位旋鈕旋至“噴涂”一側，同時調節送粉器至適當參數。
⑦ 開始對噴砂后的工作面進行噴涂作業，涂層表面要求平整、光潔、致密、均勻，且和基體結合完好，無起皮、開裂、麻面、脫落等缺陷，過渡區與母材光滑過度，無臺階存在，基材不變形，孔隙率低于 1%。
2.3 預測厚度：
用測厚儀對金屬熱噴涂涂層進行測量，保證涂層厚度均勻，并達到規定要求。
2.4 自查：
施工結束后進行自查，對不合格處進行修整
三、超音速火焰噴涂設備與技術說明
1、設備簡介 :
DF-3000 超音速火焰噴涂系統是通過高壓燃料氣體與氧氣燃燒產生超音速火焰而實現噴涂的，該系統 1999 年由美國尤尼克公司開發生產，經過 8 年多的使用考核，實踐證明該系統制備的涂層其性能達到或超過用一般 HVOF系統制備的同類涂層的性能。系統工作可靠穩定，適用于噴涂金屬陶瓷、金屬及合金涂層，涂層致密、結合性能優異。用該系統制備的鎳基自熔合金涂層在噴態下涂層顯微硬度超過了噴焊涂層的硬度。該系統制備的硬質合金涂層和鎳基自熔合金復合涂層經在多種惡劣工礦條件 （如電力、石油、冶金等領域） 下使用考核證明，涂層的使用可以顯著提高產品的附加價值，延長使用壽命，可獲得顯著的經濟效益和社會效益。
該系統由 DF-3000 型噴槍、 DF-3000型控制柜和送粉器及冷卻系統構成。本系統通過氧氣和燃氣燃燒產生超音速火焰。可使用的燃氣包括丙烷和丙烯，氧 氣助燃氣體，空氣和水為冷卻介質，送粉氣體可以使用氮氣或氬氣。在整個點 火過程中，加入氫氣，使點火更易實現。
2、系統特點 :
①DF-3000 型超音速火焰噴涂系統采用先進的 PLC控制，可靠性高；
② 本系統使用的氣體 （包括氧氣、燃氣、送粉氣） 壓力與流量，可以實現分別單獨控制；
③ 利用單獨設置的點火系統直接采用丙烷等燃氣點火，可靠方便；
④ 通過氣體參數的預制，用單個按鈕可以實現在操作柜板面上對噴涂火焰開關的控制，也可以采用線控盒實現遠隔控制，操作簡單可靠；
⑤ 對冷卻水與送粉氣的壓力實行實時監控，設置有報警系統，保證系統運行的可靠性；
⑥ 噴槍重 2.7Kg，可以手持進行噴涂，也可以配備合適的機夾裝置進行機械化噴涂；
⑦ 火焰速度高。
⑧ 可爐內現場施工。
3、技術簡介 :
DF-3000 超音速火焰噴涂技術的特點是：焰流速度極快，可達到 2100m/s， 這要比其他熱噴涂工藝的焰流速度快 5～ 7 倍；由于速度快，粉末粒子攜帶強大的動能打擊在基體上，使涂層致密度較高； 高速度帶來另一個的好處是：在粒 子打擊基體的瞬間，動能幾乎全部轉化為熱能，使粒子再一次獲得加熱的機會，部分地補償了焰流溫度的不足，粒子的高速飛行使涂層的結合機理更偏重于機械錨固結合，也使亞冶金結合的比例增大。
超音速火焰噴涂之所以有高速度的焰流，是因為該系統在設計上突破了普 通火焰噴涂低壓燃燒 （0.4MPa）的常規 , 采用了高壓供氣 ( 燃料), 使氧氣、燃料1.2 ～ 1.5MPa 的壓力輸入燃燒室 , 形成高壓燃燒 , 再由特別幾何形狀的拉伐爾噴咀噴出, 形成高速焰流。超音速火焰噴涂涂層的高硬度、高致密度、高結合強度使得涂層的耐磨損、耐腐蝕、耐沖刷等特性都遠遠超過了其他熱噴涂工藝，從 北京工業大學材料學院的檢測結果可以看出：超音速火焰噴涂涂層耐磨性能是 相對于 20G的 29 倍，它正在受到越來越多技術領域的重視。
4、在電力系統中的應用
在我國，由于受能源結構的制約，在相當長一段時間內，火力發電狂電力 中占有相當大的比例。風機、葉輪、鍋爐和汽輪發電機組等是火力發電中的重 要設備，由于工作環境不同，且工況較惡劣，所以部分設備壽命較短，嚴重地 影響牛產的安全性和經濟效益。 在電力巾，煤粉依靠送粉機進行輸送，送粉機葉片受到高速煤粉的強烈磨損和沖刷，損壞特別嚴重，葉片的強化措施有噴焊、堆焊、鑲嵌陶瓷片、超音速火焰噴涂等幾種方法。噴焊、堆焊因熱輸入量大，容易造成葉片變形，破壞葉輪原有的平衡狀態，也易造成噴焊、堆焊層材料的相變、脫碳，甚至產生裂紋等失效，但它的優點是強化層與基體的結合力強。鑲嵌陶瓷片因粘合劑的結合力低和老化原因容易造成脫落，使用效果受影響。采用 HVO/AF 超音速火焰噴涂碳化物陶瓷涂層，涂層制備時工件溫度低于200℃，熱輸入量小，工作不變形，涂層宏觀硬度存 65HRC 以上，耐沖蝕性能大大提高。 電廠鍋爐水冷壁管受高溫腐蝕和沖蝕磨損，失效嚴重，對電力生產影 響很大。在國外，最成功的防護措施是超音速火焰噴涂碳化物陶瓷涂層；在國內，通常的表而防護措施是采用電弧噴涂鎳鉻合金和鐵鉻鋁合金耐磨涂層。二者相比，超音速火焰噴涂的涂層性能和防護壽命比電弧噴涂大大提高。 超音速火焰噴涂 NiCr-Cr 2C3 涂層在水冷壁管的應用表明，涂層硬度高，耐高溫性能好，防護壽命長。
四、質量要求
1） 涂層表面要求： 噴涂后外觀表面均勻、 光滑、致密、無開裂、無脫落等現象。
2） 結合狀況： 涂層與基體結合良好， 不發生因涂層和工件膨脹特性不一致而造成脫落。
3） 作業要求：噴涂作業面工件不變形、不超溫、不損傷。
4） 涂層基本性能要求：噴涂層具有良好的耐溫性、導熱性、抗氧化性、抗腐蝕性。
五、監督與驗收
1 在表面預處理和噴涂處理過程中， 施工方嚴格按照技術要求和工藝流程要求進行施工，建設單位專業工程師全程監督并參與質量管理工作。
2 施工完畢，由建設單位組織，雙方相關人員共同到現場按驗收規定進行項目驗收，測量實際噴涂面積，出具驗收報告并簽字確認。
注：本文僅限于借鑒并技術交流，項目實際技術方案，請咨詢我司研發中心。
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