热喷涂技术

热喷涂技术应用与发展

尚晓娟205110803 金材111

摘要：本文综述了热喷涂技术的工艺，分类，应用，热喷涂材料等。分析了热喷涂涂层材料的主要功能，介绍了常用的热喷涂涂层材料，探讨了热喷涂技术与涂层材料的发展趋势。关键词：热喷涂技术；应用；发展

Thermal Spray Technology and Development

Xi a o Juan S hang 205110803 J in c a i 111

Abstract: This paper reviews the process of thermal spray technology, classification, applications, thermal spray materials. Analysis of the main functions of thermal spray coating material, describes the common thermal spray coating material. Discusses the development trends of thermal spray technology and coating materials.

Keywords: Thermal Spray Technology ；Application ；Development

0 引言

热喷涂技术是一种材料表面强化和保护的新技术，利用不同的热源和喷涂设备，可以制备防腐、耐磨、减磨、抗高温、耐氧化、隔热、绝缘、导电和防微波辐射等一系列多种功能的涂层。它可以在设备维修中修旧利废，使报废了的零部件“起死回生”；也可以在新产品制造中进行强化和预保护，使其“益寿延年”。可以大量节约能源、节约材料、提高功效、降低成本，特别适合我国国情，符合我国现行的经济政策。是当前国家提倡的节能减排、低能耗、高效率的一项重要实用技术。近年来，热喷涂技术以其方法成熟、效率高、设备简单、成本较低的优势，已成为材料科学的一个重要分支［1］。

1、热喷涂技术

热喷涂技术目前在中国已经得到了比较广泛的推广应用，其原理是利用热源将喷涂材料加热至熔化或半熔化状态，并以一定的速度喷射沉积到经过预处理的基体表面形成涂层。不同的喷涂材料和工艺方法可获得不同功能的涂屋，从而满足不同的需求.热喷涂是以一定形式的热源将粉状、丝状或棒状喷涂材料加热至熔融或半熔融状态，同时用高速气流使其雾化，喷射在经过预处理的零件表面，形成喷涂层，用以改善或改变工件表面性能的一种表面工程技术［2］。其工艺流程：工件表面预处理(净化，毛化)一喷涂一后处理。

热喷涂技术与其他表面工程技术相比有以下特点［3］：(1)热喷涂技术的种类多；(2)喷涂材料多，涂层功能多；(3)适用热喷涂的对象范围宽；(4)设备简单、生产率高，适于大面积作业。

热喷涂技术大致可分为火焰喷涂技术、等离子喷涂技术、冷喷涂技术和电弧喷涂技术等。

1.1 火焰喷涂技术

火焰喷涂技术采用的热源形式为火焰［2］，可喷涂金属、陶瓷、塑料等材料，

应用非常灵活，喷涂设备轻便简单，可移动，价格低于其他喷涂设备，经济性好，是目前喷涂技术中使用较广泛的一种方法。

粉末火焰喷涂装备系统［5］主要包括如下部分：

（1）气源系统：包括可燃气储瓶或发生器，助燃气（氧气）瓶，干净、无油、干燥的压缩空气；

（2）控制系统：包括乙炔氧气的流量控制与调节，空气滤清器及流量控制，压力表及压力调节；

（3）粉末火焰喷枪；

（4）辅助设备：点火枪、快速接头、防爆橡胶管、烘箱、分筛、护目镜等；工作机床：通常为普通车床或专用立式喷涂机床，适于在圆柱类、圆盘状规则形状工件上形成均匀的涂层。

1.2 等离子喷涂技术

等离子喷涂采用的热源形式为等离子弧［2］。等离子弧弧柱细，电流密度大，气体电离度高，具有温度高、能量集中、弧稳定性好等特点，常被应用于防腐、耐磨等陶瓷涂层的制备。

目前国内外采用等离子喷涂技术在镁合金表面制备Al涂层的相关研究报道较少。等离子喷涂技术制备的涂层孔隙率较低，结合性好，用途广，污染小，但是成本相对较高，且喷涂工艺参数与涂层质量的关系尤其紧密。

1.3 冷喷涂技术

冷喷涂技术是近年来兴起的新型喷涂工艺，主要是利用电能把高压气流加热到一定温度，再将该气流经拉瓦尔管加速至超音速后以加速粉末粒子，使粉末粒子以超音速撞击到基体表面，从而固化形成固化涂层［4］。因此冷喷涂层是形变组织，将其在特殊条件下处理可得到纳米结构的组织。采用冷喷涂技术在镁合金表面获得防护涂层，可防止喷涂过程中镁合金表面的氧化。冷喷涂技术得到的涂层孔隙率低、组织均匀、结构致密、耐蚀性能好，但该技术尚处于初期阶段，仍需开发利用。

1.4 电弧喷涂技术

电弧喷涂采用的热源形式为电弧[2]。由于其设备、材料的发展与更新，目前已成为热喷涂技术中最受重视的技术之一，普遍应用于钢结构防腐蚀、耐磨损和机械零件维修等。

电弧喷涂在耐磨、防腐和零件的修复领域具有巨大的应用价值。电弧喷涂Al涂层的耐蚀寿命可以达到50年以上，如果得到合理维护，则其对于钢结构件的防护寿命可延长到100年以上。

1.5 爆炸喷涂

爆炸喷涂是利用可燃气体爆炸产生的冲击波能量，将待涂覆的粉末颗粒加速加热，轰击到基体表面形成涂层。由联合碳化物公司首先研制成功，尽管后来公司解体，但一直没有公开爆炸喷涂工艺涂层制备技术，直到20世纪60年代，前苏联独立研制出。我国1 983年由北京航空材料研究院成功研制出具有独

立知识产权的爆炸喷涂设备［6］。

1.6 超音速喷涂（HVOF）

它是在爆炸喷涂的基础上发展起来的一项新的热喷涂技术，其原理是将助燃气体与燃烧气体或液体在燃烧室中连续燃烧，燃烧的火焰在燃烧室内产生高压并通过与燃烧室出121联接的膨胀喷嘴产生高速焰流，喷涂材料送入高速射流中被加热、加速喷射到经预处理的基体表面上形成涂层。