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镍铝合金丝Ni5Al替代品LX70技术公报

添加时间:2012/2/3 21:39:23  浏览次数:2365 次
北京廊桥表面技术发展有限公司
技术公报
 
类别:材料                   编号:LX—70          日期:2011年9月14日
                                                                                                  
 
高性能自粘喷涂材料——LX70
高性能  低价格  特点多  应用广
 
LX70高性能自粘喷涂材料,是我公司自行研制的具有一系列优点的电弧或火焰喷涂线材,其性能好于著名的镍铝合金丝(Ni5Al或Ni20Al),而价格要低很多。已于2011年8月申请专利,并纳入廊桥公司材料生产线进行批量生产。
一、粘结底层材料
热喷涂技术是表面工程重要的组成部分,火焰喷涂和电弧喷涂是热喷涂技术中的主要工艺方法,它们可以喷涂金属、合金、陶瓷、塑料或金属陶瓷等材质,形成耐磨损、抗腐蚀、抗高温氧化、恢复尺寸、屏蔽与绝缘功能的涂层。这些喷涂材料呈线型状态(火焰喷涂也可采用粉末),在结构上可分为实心丝、复合丝、柔性丝或棒材等。
在喷涂这些材料时,有些不能与基体建立良好的结合,或者基体的表面性能阻碍涂层的良好结合,还有时为了其它要求(如不便进行表面处理),在这种情况下,采用一种特殊的喷涂材料,它能在上述条件下与基体产生很好的结合,而其本身又能在其表面很好的粘附那些不易与基体有良好结合的材料,起到一种“胶粘”的作用,此涂层被称之为粘结涂层(亦称自粘结涂层)或打底层。
此外,在下列情况下,也有必要采用自粘性材料:
1、工件太薄,不允许喷砂;
2、基体材质太硬,喷砂不起作用或成效不大(如CFB锅炉管所遗留的旧涂层);
3、为了强化涂层与基体的结合,喷砂与喷自粘涂层同时实施;
4、为了保护基体,喷砂造成工件的伤害;
5、为了缓解基体与某种涂层膨胀系数的很大差距(尤其是陶瓷涂层与金属之间);
6、解决某些喷涂材料与基体不能结合或结合性欠缺的问题
7、工作层(或顶层)的厚度有一定的限制等
迄今,对于电弧喷涂和火焰线材喷涂而言,自粘结涂层材料最常用的是含铝5%的镍铝合金丝(Ni5Al)及含铝20%的镍铝复合丝(Ni20Al)。前者是95%的Ni与5%的Al组成的合金丝,通常用于电弧喷涂。而后者则是80%的Ni与20%的Al构成的复合丝,它通常限于火焰喷涂,其结构外皮是铝,包裹在内的是镍粉。
镍铝系列中的主要成分是镍,而镍是一种宝贵的稀缺金属,是国防工业不可缺少的材料,市场价格一直居高不下。
镍铝系列的自粘材料,与基体的结合强度不是很高,以电弧或火焰喷涂的Ni5Al合金(或复合)材料为例,通常与碳钢基体的结合强度为30mpa左右。
再者,近年来,由于涂层材料及其功能不断增多和扩充,对粘结涂层的要求越来越高,同时还发现粘结涂层除作为通常意义上的打底层之外,还有其它的特定应用,而在应用方面进行扩充的前提是,粘结层应该具有更高的结合强度。据此,研制一种高结合强度的粘结性涂层材料,具有重要实际意义。
二、   LX70新型粘结喷涂丝
针对上述问题,北京廊桥公司技术人员经过三年多的研制试验,前后开发出四种自粘喷涂材料,经过多次筛选、试验、测定及现场施工实用,最终研制成功LX70粘结喷涂打底丝材。
LX70的构成元素中,有Ni、Fe、Mn和一定量的纳米Al和纳米Cr等元素,经过一定的工艺过程而制成的复合线材。它集拢了现今粘结材料的多重优点,是当今国内外独创的自粘材料。
经过对比试验,测定出如下粘结特性:
1、对玻璃表面的粘结性
将NiAl丝材及LX70,经电弧喷涂,以平面玻璃为基体,玻璃面不经喷涂粗化,只用酒精擦洗。结果为:NiAl涂层只是星点分布,铺盖不严密,至厚度为0.11mm时,涂层开始起皮。而LX70则能形成严密的涂层,铺展均匀致密,到0.1mm时,涂层完整,只有到0.14mm时方开始翘起,二者明显不同。
2、结合强度测定
按国标规定,采用碳钢试棒,对NiAl及LX70电弧喷涂层的结合强度进行测定结果为:
NiAl合金丝为:34.1mpa
LX70为:47.5mpa
3、杯突试验:同样喷涂0.3mm厚,对涂层做杯突试验,NiAl合金涂层出现大量裂纹,而LX70未发现任何微小裂纹。
4、涂层厚度试验:NiAl涂层喷至2mm时,开始与基体分离翘起,而LX70涂层厚度至3.0mm与基体仍牢固结合。
5、对旧涂层粘合性测定
将LX88A喷涂到钢棒上,厚度0.15mm,加热熔化、冷却,然后打磨成镜面(此时涂层硬度为HRC>70),在分别喷涂0.2mm厚的NiAl及LX70,制成两种试件,在材料试验机做测定,结果为:
NiAl合金丝涂层   20.1mpa   在LX88A结合面断裂
     LX70涂层        30.2mpa   在LX88A结合面断裂
6、生产现场实测
为了鉴别对硬质基体的结合情况,在山东某电厂做了实际运用。该厂原先已喷涂过LX88A,投入使用一年半,已形成旧涂层,非常牢固,硬度HRC>70,喷砂无效,喷涂NiAl合金丝则翘起。对此旧涂层采用下列两种方式喷涂:
(1)  对旧涂层不经任何表面处理,直接喷0.1mm厚的LX70,然后再喷0.8mm厚的LX88A。
(2)  对旧涂层喷砂处理,用砂量仅为常规量的1/2,即40—50kg/m2砂量。喷砂后喷0.1mm厚的LX70,再喷0.5mm厚的LX88A。
试验结果,不喷砂时,能形成涂层,但在边角部位,偶有翘起,而经喷砂部位能形成良好涂层,经铁棒敲打十五次,涂层依然不脱落。
三、     结语
经多种试验及生产现场实测,可得如下结语
1、LX70自粘喷涂材料,是一种高性能低成本的新型自粘线材,适用于电弧和火焰线材喷涂。在很多情况下,完全可代替昂贵的NiAl合金(或复合)喷涂材料。
2、在结合强度,涂层韧性,涂层厚度限制,涂层与光滑或硬质基体的粘结性等方面,都超越了NiAl合金涂层。
3、LX70除作为通常意义上的自粘涂层外,在电厂锅炉(尤其是CFB锅炉)四管喷涂工程中,显示出独特的性能。由于锅炉旧涂层经运转烧结后,其质地非常坚硬,喷砂涂层不净,喷NiAl丝又翘起,使喷涂工作异常困难,而LX70涂层则对旧涂层(只需稍经喷砂)有很好的粘结性,从而使旧涂层重新喷涂,以及旧涂层与新涂层的过度部位,都得到满意的解决方案。
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