冶金严苛服役环境中热喷涂技术的应用现状及展望

以超音速火焰喷涂、大功率等离子喷涂等为代表的先进热喷涂技术,已成为冶金行业关键装备及部件在严苛服役环境下实现高温耐磨、耐腐蚀、抗结瘤、隔热等多功能化的关键技术。概述了不同热喷涂技术的基本原理及涂层特性,进而详细论述热喷涂技术在服役于严苛环境中的冶金关键设备(如连铸结晶器铜板、热镀锌铝锅组件及高温炉辊等)上的研究现状及应用情况。针对熔融金属、内外大温差环境中连铸结晶器铜板表面修复强化,热喷涂技术具有取代传统电镀技术的潜力,所制备热喷涂层具有优异的热导率、耐腐蚀性、耐磨损性等,其中WC-Co系列和NiCr-Cr_(3)C_(2)系列是最具代表性的两种涂层材料。针对熔融金属环境中热镀锌铝锅组件表面防护,热喷涂技术可以取代传统的表面涂覆及表面渗镀技术,制备出具有高结合强度的高性能涂层,有效提高耐液锌腐蚀性能,涂层材料体系主要有陶瓷及金属陶瓷材料。针对高载荷、高温度环境中高温炉辊表面热喷涂防护,低温段常用涂层为WC-Co,中温段常用涂层为Cr_(3)C_(2)-NiCr,高温段常用涂层为陶瓷、金属陶瓷以及金属陶瓷+稀土氧化物涂层等。最后,展望了热喷涂技术在冶金领域的发展方向,以期推动热喷涂技术在冶金领域的更深入、广泛应用。

喷涂工艺参数对等离子喷涂CoCrAlTaY-Al2O3涂层的微观组织结构和力学性能的影响

为提高连续退火炉高温炉辊的表面质量,采用大气等离子喷涂技术制备了CoCrAlTaY-30%Al2O3涂层,研究了喷涂工艺参数对涂层微观组织结构、相组成和力学性能的影响。结果表明:等离子喷涂CoCrAlTaY-Al2O3涂层中两种典型组织Al2O3相和合金相交互存在并分散较均匀,涂层主要由Co合金、α-Al2O3、γ-Al2O3物相组成;喷涂功率、喷涂距离和主气流量均对涂层的微观组织和物相无明显影响;随着喷涂功率的提高,粉末粒子的熔化效果变好、孔隙率降低,在40 kW喷涂功率下,涂层的硬度最高,此时结合强度达到68 MPa;在80~140 mm喷涂距离范围内,粉末大部分已熔化,有少量的未熔颗粒存在,在喷涂距离为120 mm时涂层表面光滑致密,孔隙率较低,结合强度最大为78.6 MPa;主气流量为40L/min时,涂层的孔隙率最小而结合强度最大。等离子喷涂CoCrAlTaY-Al2O3涂层的最优工艺参数为喷涂功率40 kW、喷涂距离120 mm、主气流量40 L/min,得到的涂层孔隙率为3.689%、硬度为HV0.3664.9、拉伸强度78.6 MPa。