热喷涂技术与材料表面防护--18925979249

热喷涂技术与材料表面防护

一、热喷涂技术及特点

随着现代科学技术和国民经济的发展，对材料提出了更高的要求，而且往往是要求材料兼备多种性能，比如要求材料具备足够强度的同时，还要求材料具备有耐腐蚀性、耐磨性或耐热性和隔热性等等。热喷涂技术就是为适应这些要求而逐步发展起来的。

热喷涂技术是一种表面强化技术，它可以在普通材料表面形成具有特殊性能的涂层，获得各种特殊性能的涂层，从而使制品表面获得各种特殊性能。此外，由于机械零件在长期运行中磨损、腐蚀，或因加工超差等原因而造成许多贵重零部件报废也可以通过热喷涂技术方便、有效地予以修复。

所谓热喷涂，就是利用各种高温热源，将固体材料加热至熔融或塑性状态，并利用高速气流作为载体，将熔融或塑性状态的微粒喷射到经过预先处理的制品表面而形成涂层的过程。如果将所形成涂层（必须是自熔性合金材料）用热源再进行加热熔化（或在喷涂的同时就将涂层再熔化）使之与基体的近表面形成牢固的冶金结合层，这种工艺则称为喷焊（或喷熔）。目前一般将喷涂和喷焊两种工艺统称为“热喷涂”，只有在具体施工时才指明采用喷涂法还是喷焊法。

热喷涂方法有多种，按其使用的热源来分，有气体燃焰喷涂、电弧喷涂、高频电热喷涂、等离子射流喷涂、爆炸喷涂等，最近还出现了激光喷涂。按喷涂材料的形态来分，有熔线式喷涂、熔棒式喷涂和粉末喷涂。其中气体燃焰喷涂的材料可以是线材，也可以是棒材或粉末，电弧喷涂和高频喷涂均用金属线材料，而等离子喷涂和爆炸喷涂一般均用粉末材料，激光喷涂也是采用粉末材料。

我国目前应用最广的是氧－乙炔焰粉末喷涂、氧－乙炔焰熔线喷涂（即金属喷涂）、电弧喷涂和等离子射流喷涂（简称等离子喷涂）。

无论那一种热喷涂方法，都是在材料表面形成一层所需功能的表面层。因此基于这点，热喷涂技术也是一种表面处理技术。但它与其它表面处理技术相比，又有许多自身的特点，从而逐步形成一门独立的应用技术。热喷涂技术的主要优缺点如下：

1、热喷涂法的优点

（1）热喷涂法的适应范围广，不仅适用于金属制品,也适用于非金属制品，如陶瓷制品、水泥制品、石膏制品、塑料制品，甚至木材、布匹、纸张等，均能在其表面形成涂层。

（2）可以获得种类繁多的涂层。一般来说，凡经加热能呈熔融状态或塑性状态的任何固体工程材料，无论是金属、陶瓷、玻璃或塑材均可作为喷涂材料，而且还可以根据需要将各种材料混合或制成复合材料，使所得到的涂层满足各类特殊要求。目前已经能够较方便地获得耐磨（包括高硬度、易磨削、低摩擦的各种涂层）、耐腐蚀、耐高温、隔热、绝缘、导电、防辐射、密封等性能的涂层。

（3）几乎不受尺寸和几何形状的限制，只要喷射束能到达的部位，都可以进行喷涂。

（4）能形成比任何一种表面处理方法厚得多的涂层（当然搪瓷、搪玻璃也可获得厚的表面层），其厚度可由0.05毫米至几毫米，有的材料则不限厚度。

（5）操作方法简单（特别是气体燃焰喷涂），大多可以在现场施工。

2、热喷涂法的缺点

（1）由于涂层与基体主要是靠机械结合形式（喷焊工艺除外），所以其与基体表面的结合强度，相对地较低于金属热处理，涂层自身强度一般不可能达到基体金属本身的强度。

（2）涂层存在一定的气孔（喷焊工艺除外），这对于要求耐化学介质腐蚀的环境是不利的。但有试验表明，当涂层厚度达到一定值时，（比如镍包铝材料的等离子喷涂层，厚度达到0.3～0.5毫米以上时）其气孔已被涂层自身封闭，成为非穿透性气孔。另外，还可以对涂层进行封孔处理。然而在某些情况下气孔的存在正是我们所需要的。例如作为隔热涂层、含油轴承和人造骨骼等。

（3）某些喷涂方法（特别是等离子喷涂和喷焊工艺）要产生多种有害因素，因此在采用这类方法时，必须采取适当的防护措施。

应当指出，任何一种先进技术都不是万能的，必须根据工作条件分析其可行性、可靠性、经济性等诸因素来确定最佳方案。

二、热喷涂材料

（一）、金属及其合金

金属及合金是热喷涂中应用最广、种类最多的材料。由于金属大多具有延展性，所以它们既可制成粉末又可制成线材。改变合金中元素的成分可以得到各种所需的物理性能和化学性能。

1、铝、锌及合金

铝和锌以及它们的合金，是应用最早的热喷涂材料，最初它们是用于熔线式喷涂。粉末式喷涂方法出现后也有制成粉末材料出现的。

铝和锌的电动顺序都在铁之前，都是比铁活泼的元素，所以将它们广泛用于钢铁构件的防腐涂层，既可耐大气腐蚀、也可以作为牺牲阳极，对钢铁基体起到电化学保护作用。国外通过对铝涂层的海水浸渍试验，证明其耐海水腐蚀性能良好，经过6年海水浸渍的试样，几乎未发现腐蚀。铝和锌涂层，如再进行封孔处理，其耐腐蚀性能会有所提高。

2、铜及铜合金

高纯度的铜可以制成导电涂层和美术装饰涂层（比如用于雕塑制品的喷涂）。在铝青铜中加入少量铁、镍、锰元素就具有很好的耐蚀性能，特别是抗海水腐蚀能力很强，难熔于硫酸和盐酸，但易溶于硝酸，此外耐蚀疲劳性和耐磨性能也很好。磷青铜具有很好的耐磨性，可用于轴承的耐磨涂层，磷青铜涂层呈美丽的淡黄色，所以也可用于装饰性涂层。

3、钼

喷涂用的钼其纯度在99.95％以上，既可是线材也可是粉末。由于钼与钢铁材料之间有良好的结合性能，所以常用作打底层材料，钼涂层还具有较好的耐磨性，而且钼还是耐热浓盐酸的唯一金属。

4、镍和镍合金

纯镍具有较好的耐腐蚀性能，是耐热浓碱液腐蚀最好金属材料，但不耐氧化性酸。

镍铬合金是目前使用极广的耐磨、耐腐蚀材料，它们既具有良好的耐酸、耐碱性、又具有良好的耐热性，其耐磨性随铬和碳量的增加而增加。

镍和铜以及少量其它元素的合金称为蒙乃尔合金，它具有良好的耐蚀性、耐氧化性，对盐水的耐蚀性和在中性或碱性盐类溶液中的耐蚀性都很强，对于非强氧化性酸的耐蚀性也较好，但与铁接触时容易产生腐蚀。下表为蒙乃尔合金与18-8不锈钢的腐蚀试验比较。

材料

腐蚀液

蒙乃尔合金

不锈钢

试验条件

30％硫酸

0.0261

0.1975

10天平均温度80℃

10％硫酸

0.0078

0.2886

31天平均温度26℃

10％盐酸

0.0381

0.3679

31天平均温度26℃