电弧喷涂的特点、技术和优势

目前，电弧喷涂技术在国内已受到许多部门的重视，正得到越来越广泛的应用。电弧喷涂技术可应用于防腐、耐磨、装修及形成特殊功能涂层等领域，尤其在防腐领域，电弧喷涂是最有效、最经济的长效防腐技术。作者庚晋、白杉对电弧喷涂和电弧喷涂机的特点、电弧喷涂技术新发展 及其在钢结构防腐领域显示的优势等作了介绍。
At present, the arc coating technology is more popular in many fields in China and is widely applied. The arc coating technology can be used in the anticorrosion, rub resistance, decoration and some coating layers with special functions. The arc coating is a special and more effective and economic way for the anticorrosion. The author Geng Jin and Bai Shan introduce us the figures of arc coating and its coating machine, the developing trend of arc spraying coating technology and the special advantage of arc coating in steel structure anticorrosion.

一、电弧喷涂和电弧喷涂机的特点
弧喷涂是将两根被喷涂的金属丝作为自耗性电极，利用两根金属丝端部短路产生的电弧使丝材熔化，用压缩空气把已熔化的金属雾化呈微熔滴，并使其加速后以很高的速度沉积到基体表面形成涂层的一种热喷涂方法。
20世纪八十年代，美国、德国等一些工业发达国家的电弧喷涂技术得到了较大的发展，涂层质量大大提高，促进了电弧喷涂技术在工业中的广泛应用。目前，电弧喷涂技术在国内已受到许多部门的重视，正得到越来越广泛的应用。电弧喷涂技术可应用于防腐、耐磨、装修及形成特殊功能涂层等领域，尤其在防腐领域，电弧喷涂是最有效、最经济的长效防腐技术。
相对于其它涂层技术，电弧喷涂技术具有涂层质量好、工件变形小、生产效率高、能源利用率高、经济效益好、操作简单和易于野外作业等显著优点(喷涂效率和涂层寿命见表1、表2)。

(一)电弧喷涂的特点
1、防腐寿命长，是其它防腐方法无法比拟的，一次防腐，一劳永逸。
2、设备及原材料国产化达100%，工艺简单易行。与热浸锌相比，电弧喷涂灵活方便，一套设备能对不同形状和尺寸零件进行防腐施工，便于流动施工。而热浸锌防腐不同尺寸和形状构件将会受到熔池尺寸的限制，也不便流动施工。
3、环保方面。采用专门配套，价格低廉的除尘设施，使排放物均达国家环保标准。而刷漆及热浸镀的除锈酸液及热浸锌产生的锌蒸汽均无环保措施。
4、电弧喷涂的设备投资仅为热浸锌的1/5～1/15，热浸锌设备投资约为100～300万元，电弧喷涂设备投资(包括除尘设备)，对一般生产规模约20万元，特大型构件的大规模生产约40万元。
5、煤矿井筒钢结构件在加工、起吊、运输、安装过程中，涂层易被碰损、划伤，电弧喷涂技术本身即可修复；而热浸锌自身无法修补，只能用喷涂方法修复，势必又一次增加设备投资。
6、电弧喷涂可根据不同腐蚀环境喷涂相应耐蚀材料涂层，工艺系统具有普遍适用性。热浸锌仅能制备锌涂层，对复杂的腐蚀环境，单一的锌涂层将难以适应，会大大降低涂层耐蚀寿命。
7、与火焰喷涂相比，电弧喷涂的结合力与生产效率均为火焰喷涂的2倍以上，成本低廉，工艺稳定，施工方便。
(二)电弧喷涂设备的特点
电弧喷涂设备具有喷涂涂层质量好、致密度高、结合力强、喷涂效率高、高效节能、操作简便安全等特点，可喷涂锌、铝、不锈钢、铜等金属丝材，应用于各种防腐工程和机械维修。
该设备具有如下几个显著特点：
1、喷涂效率高：该型电弧喷涂设备每小时可喷锌25－35kg，是传统线材火焰喷涂效率的2－4倍。
2、涂层质量好：该系列电弧喷涂设备，采用目前世界公认的先进技术－双雾化、封闭式喷嘴，喷出的雾化粒子温度高、飞行速度快、涂层致密、均匀，涂层的物理性能(如密度、结合强度)均优于传统的线材火焰喷涂层。
3、操作方便、安全：该系列电弧喷涂设备体积小，移动灵活；喷枪的重量仅1公斤，大大降低了人的劳动强度，操作非常方便；该设备输出空载电压在40V以下，非常安全。
4、喷涂时工件不变形：由于以高压空气为动力，使工件在喷涂时受热很轻微，保证了工件在喷涂时不变形。
二、电弧喷涂技术新发展
1、熔滴速度
高速电弧喷涂技术(HVAS)是20世纪90年代开发出的先进热喷涂技术，因其熔滴飞行速度的大幅度提高(达到350m/s)和雾化效果的进一步改善，从而制备出与等离子喷涂相近的高结合强度、低孔隙率的高质量涂层，大大拓宽了电弧喷涂的应用领域。电弧喷涂涂层的性能受到多种因素的影响，其所具有的快速凝固组织与雾化过程中熔滴的动力学及热传输有密切关系。对雾化过程的动力学和热传输行为进行分析，不仅是选择喷涂工艺参数的重要依据，也有助于正确地理解高速电弧喷涂涂层组织的形成与演变机制。但由于试验技术的限制，难以用实测方法获得熔滴温度、冷却速度等热传输参数，通常采用理论模型进行数值模拟计算，而确定雾化气流速度和熔滴速度是进行模拟计算的前提条件。
2、金属电弧喷涂
金属喷涂是用压缩气体将熔融状态的金属雾化成微粒，喷涂沉积在预先准备的工件表面上，形成一完整的金属覆盖层。一般来说，金属喷涂主要有三方面用途：(1)用于抗腐蚀、抗高温氧化或耐磨损等防护性涂层；(2)用于修复零件尺寸，如由于大范围磨蚀或局部机械加工错误而造成构件几何尺寸的不足，可通过金属喷涂予以修复；(3)用表面喷涂金属的非金属材料来代替金属制造设备或部件。金属电弧喷涂是利用交流或直流电弧熔化不断进给的金属喷丝，再由压缩空气通过喷嘴使之雾化并喷射到工件表面，该喷涂工艺的主要装置称为金属电弧喷涂枪。
俄罗斯的ВНИИТУВИД研究所多年来一直从事金属电弧喷涂的工艺和设备研究工作，目前它在总结、吸收国内外先进经验的基础上研制成功一种高效能的   M-5型电弧喷涂枪。它与同类装置相比较具有以下优点：喷射角减小到13°，使喷料利用率提高25%，对于φ2.4mm喷丝，喷涂过程中的重量消耗可减少30～40%；直径超过100mm的圆柱状套形零件，其内表面的喷涂深度可达400mm；该设备采用可拆卸结构，且零部件的拆装操作比较简单，因此其维护性良好；通过控制台进行设备操作简易、方便。
金属的电弧喷涂有着十分广泛的用途，如：修复各类活塞式发动机的汽缸套，修复各类轴或轴承零件；铝或锌的电弧喷涂层有良好的耐腐蚀性，可用于各种管道、罐体或扩散装置的内壁防护；铝、铜、青铜、黄铜的喷涂层可用于各种金属或非金属制品的表面防护和装饰。
3、超音速电弧喷涂
超音速电弧喷涂是最新研制出的表面防腐耐磨涂层新技术。这种新技术在防腐、修复和机械制造等领域有着广泛的应用。可用于船舶、桥梁、矿井支架和设备、锅炉管道的防腐处理、热轧辊柱塞、造纸、烘缸、模具的修复；机械制造中零件尺寸超差的恢复、零件表面强化、零件特殊的制备以及模具的快速制造；可部分取代电镀工艺。它的应用将会产生很大的经济效益和社会效益。
由解放军第二炮兵工程学院主持研制的超音速电弧喷涂技术已经通过国家级技术鉴定。这项成果的问世，使困扰世界机械制造行业达40余年的设备表面喷涂难题迎刃而解。长期以来，国内外机械制造业沿用的金属粒子热喷涂技术，存在着成本高、喷速慢、效率低、涂层强度差等弊病，严重影响机械设备的质量和寿命。因此，从五十年代起，国内外机械制造方面的专家一直进行着为机械设备“穿一层金属超薄耐磨外衣”的电弧喷涂技术研究，但始终收效甚微。
超音速电弧喷涂证明其金属粒子喷速比目前世界最先进的喷涂设备高出两倍以上，电弧稳定性、金属粒子雾化率、涂层孔隙率、耐磨性能、表面硬度等多项指标，均达到国际最高水平。该项技术还成功地在西安昆仑机械厂等企业进行了应用试验，成功地修复了一批磨损严重的进口曲轴和模具。
4、微机控电弧喷涂设备
微机控制ASM-630DN电弧喷涂设备，成功地实现了电源输出和送丝的精确控制，可在需要耐腐蚀、抗磨损表面上进行锌、铝、铜及其它合金和其它耐磨材料的电弧喷涂。具有稳定性好，可靠性高的优点。ASM-630DN电弧喷涂设备及有关材料的电弧喷涂工艺技术研究已成熟，可直接应用于生产。在石油化工、矿山、水电站等大型设备要求耐腐蚀表面或有关机械磨损表面进行喷涂，可大大提高其使用寿命。此项目的应用必将获得十分显著的经济与社会效益。
三、电弧喷涂术在钢结构防腐领域显示优势
电弧喷涂长效防腐技术是使两根带电的金属丝点弧熔融，被压缩空气喷吹、雾化、喷涂至经处理的基体表面，并形成结合良好、致密的金属涂层，然后用封闭剂对金属涂层表面进行封闭，再涂装优质面漆，最终形成长效防腐复合涂层。
电弧喷涂防腐涂层是由金属涂层、封闭涂层及面漆形成的长效防腐涂层体系。其中，金属涂层起阴极保护和机械屏蔽作用；封闭涂层将钢铁、金属涂层和防腐介质分隔开，起保护作用；面漆涂层对整个涂层进行保护并有美化外观的作用。复合涂层体系能够产生最佳协同效应，比单一涂层拥有更长久的耐腐蚀寿命。世界各国有大量应用实例证明，电弧喷涂复合涂层防腐蚀寿命可达到30年以上，即使30年以后的维护，也仅需在电弧喷涂层上刷封闭涂料，无需重新喷砂除锈和电弧喷涂。其防腐寿命是油漆防腐的三倍，而年均防腐费用仅为重防腐方法的1/4。
我国钢铁产量位居世界前列，但由于对钢结构的防护不当，每年被腐蚀掉的钢铁几乎占总产量的三分之一，造成极大的浪费。传统的钢结构防腐以涂刷油漆为主，不仅防腐效果差，维护成本高，对环境也造成了严重污染。运用电弧喷涂技术，成为当前解决钢结构件防腐蚀问题最为有效的途径，在实际应用中具有较大的社会效益和经济效益。

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