火焰筒噴涂高溫搪瓷工藝試驗(yàn)研究

劉澎濤

摘要：隨著燃?xì)廨啓C(jī)燃燒室熱端部件的使用溫度愈來愈高，對這些部件的抗熱震和抗高溫氧化性能提出了更高的要求。搪瓷涂層高溫抗氧化性、耐熱腐蝕性很強(qiáng)，價(jià)格低廉，適合于金屬材料的表面防護(hù)。通過抗熱震和抗彎曲性能試驗(yàn)，選擇合適的高溫搪瓷噴涂工藝，為盡快掌握該高溫搪瓷漆的燒結(jié)工藝，以及找出噴涂高溫搪瓷崩瓷的原因，首先在試片上對燒結(jié)工藝的主要工序環(huán)節(jié)進(jìn)行對比試驗(yàn)，然后在火焰筒零件上進(jìn)行噴涂試驗(yàn)。

關(guān)鍵詞：燃?xì)廨啓C(jī)、火焰筒、高溫搪瓷、崩漆

引言：

某燃?xì)廨啓C(jī)火焰筒表面噴涂高溫搪瓷涂層以改善其使用性能。搪瓷涂層經(jīng)高溫?zé)Y(jié)后在火焰筒表面形成一層致密的耐高溫涂層。搪瓷的主要成分是玻璃料和三氧化二鉻，抗氧化性是高溫搪瓷的主性能，在使用溫度下，玻璃質(zhì)涂層處于高粘性狀態(tài)，阻止氧化性的燃?xì)庀蚪饘俦砻鏀U(kuò)散，從而起到阻止金屬氧化和減少金屬表層合金元素貧化的作用。由于涂層在高溫高速高腐蝕性氣流中工作，涂層應(yīng)同時(shí)具備耐熱蝕性、耐磨蝕性，以及耐熱震性。同時(shí)，搪瓷涂層也有改善火焰筒應(yīng)力狀態(tài)和應(yīng)力分布，緩解熱震的效果。

火焰筒的國產(chǎn)化后基體材料選用高溫合金GH3044（與外方材料的諸項(xiàng)理化性能指標(biāo)相仿），搪瓷漆料選用北京天力創(chuàng)玻璃開發(fā)有限公司（用于在950～1000℃高溫下燃燒室火焰筒的防護(hù)）。

必要的工藝試驗(yàn)將為火焰筒噴涂高溫搪瓷的燒結(jié)工藝奠定基礎(chǔ)，考慮到火焰筒允許燒結(jié)的次數(shù)有限制，不宜直接用火焰筒做實(shí)驗(yàn)。因此，選用兩個(gè)實(shí)驗(yàn)階段來完成該工藝的研究。實(shí)驗(yàn)階段一：用同材質(zhì)的試片來代替火焰筒，總結(jié)出準(zhǔn)確的燒結(jié)溫度和燒結(jié)時(shí)間。實(shí)驗(yàn)階段二：在火焰筒零件上進(jìn)行工藝攻關(guān)，完成高溫搪瓷噴涂工藝規(guī)程。

（一）實(shí)驗(yàn)

粘度是搪瓷料中蒸餾水含量多少的表象。蒸餾水的功能是使搪瓷料漿通過噴槍噴射到零件上并附著在其上。在靜置和烘干工序，水分將完全散失掉，因此，在涂層均勻且厚度滿足要求時(shí)，粘度值在規(guī)定范圍內(nèi)即可，在規(guī)定范圍內(nèi)的粘度值對燒結(jié)結(jié)果幾乎沒有影響。

噴砂的目的是清理火焰筒表面的氧化皮、銹蝕、積碳、焊渣、舊漆或磨痕，從而降低火焰筒的表面粗糙度，增加覆蓋層與基體的結(jié)合強(qiáng)度。噴砂的效果可以影響最終的燒結(jié)結(jié)果，但是噴砂的效果與沙粒的粒度、風(fēng)壓、噴嘴與被噴面的距離、吹砂角度等諸多因素有關(guān)，單純的砂粒粗細(xì)的合理變化對最終的燒結(jié)結(jié)果影響甚微。因此，噴砂后（3小時(shí)內(nèi)完成噴涂）使火焰筒表面均勻、呈現(xiàn)灰色無光澤的狀態(tài)為最好。

（二）實(shí)驗(yàn)材料

W-200高溫搪瓷料漿、模擬火焰筒（錐筒、座圈以及混合器壓型后未經(jīng)去應(yīng)力處理就焊接成一體，也為進(jìn)行焊后去應(yīng)力熱處理）、正式火焰筒（按工藝流程完成的可裝機(jī)的火焰筒）、與火焰筒材質(zhì)相同的高溫合金試片、燒結(jié)工裝

（三）實(shí)驗(yàn)設(shè)備

燒結(jié)爐，功率90KW，額定溫度1300℃，爐溫均勻性±5℃，爐內(nèi)空間1200×500×750mm（有效尺寸長×寬×高）

（四）對比試驗(yàn)

結(jié)果分析：實(shí)驗(yàn)中的燒結(jié)溫度為燒結(jié)爐爐溫均勻后的溫度，而規(guī)定燒結(jié)溫度不得低于1150℃，則是零件裝入燒結(jié)爐后的起始最低溫度，燒結(jié)時(shí)間則以零件入爐開始計(jì)算時(shí)間。

因此，最佳燒結(jié)溫度為1190℃（裝爐前燒結(jié)爐的溫度，火焰筒送入燒結(jié)爐前后，會用能量消耗，導(dǎo)致溫度下降），最佳燒結(jié)時(shí)間為3～4min（零件入爐后開始計(jì)時(shí)，僅針對試片）。

結(jié)果分析：模擬火焰筒燒結(jié)后應(yīng)力集中，在曲面處最大，導(dǎo)致搪瓷層崩漆;正式火焰筒2號燒結(jié)時(shí)間過長，搪瓷料漿中的玻璃料過燒，至火焰筒表面呈暗綠色并出現(xiàn)麻點(diǎn);正式火焰筒3號燒結(jié)時(shí)間過短，搪瓷料漿中的玻璃料未被燒透，至搪瓷料漿未在火焰筒上成形導(dǎo)致大量掉漆;正式火焰筒1號（錐筒朝下）放置在工裝上直接與工裝接觸，雖然工裝吸熱較大，但是與之接觸的錐筒部位壁厚為1.5mm，燒結(jié)6～7分鐘后保證火焰筒處于燒透狀態(tài)，又不過燒，可以呈現(xiàn)完美的高溫搪瓷。

因此得出結(jié)論：對比試片，在其它參數(shù)以及燒結(jié)溫度不變的情況下，由于火焰筒的作業(yè)面更大，火焰筒的燒結(jié)時(shí)間要增加到6～7分鐘為宜。影響火焰筒噴涂高溫搪瓷掉漆的原因有很多，其主要原因是火焰筒的前處理要完整，錐筒、座圈、混合器在焊接前要進(jìn)行單獨(dú)的去應(yīng)力熱處理，在焊接后還要進(jìn)行焊后的去應(yīng)力熱處理。燒結(jié)溫度和燒結(jié)時(shí)間對搪瓷崩漆也起到關(guān)鍵的作用，在保證玻璃料燒透又不過燒的情況下進(jìn)行足夠時(shí)間的燒結(jié)，可以得到完美的搪瓷。

（五）結(jié)論

根據(jù)積累的經(jīng)驗(yàn)看，高溫搪瓷噴涂工序多且復(fù)雜，對高溫搪瓷料漿的攪拌、粘度控制和對火焰筒零件的除油、吹砂等工序按照常規(guī)方法執(zhí)行即可，而噴涂完成后的燒結(jié)溫度和燒結(jié)時(shí)間才是此工藝試驗(yàn)的難點(diǎn)。

高溫搪瓷料漿粘度的變化、噴砂砂粒大小對崩漆原因影響較小，零件噴涂前的去應(yīng)力處理、燒結(jié)溫度、燒結(jié)時(shí)間以及燒結(jié)火焰筒的擺放對崩漆影響很大。一般認(rèn)為溫度越高，熔融狀態(tài)越好，但是溫度過高會使金屬氧化物發(fā)生過燒現(xiàn)象，引起耐熱層的顏色變化及崩漆現(xiàn)象。為獲取較好的表面質(zhì)量，應(yīng)以規(guī)定較高的溫度將零件裝入燒結(jié)爐，開始計(jì)時(shí)，并在適當(dāng)?shù)臅r(shí)間內(nèi)取出，這樣較高的溫度使搪瓷料充分熔融，較短的時(shí)間可以避免搪瓷料中的氧化物出現(xiàn)過燒現(xiàn)象。

參考文獻(xiàn)：

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[2]航空制造工程手冊總編委會.航空制造工程手冊—表面處理[M].北京：航空工業(yè)出版社，1993.

作者簡介：（1985，12-），男，漢族，黑龍江哈爾濱人，本科學(xué)歷，職稱：中級工程師，中船重工龍江廣瀚燃?xì)廨啓C(jī)有限公司。