热喷涂技术现状及其发展

热喷涂技术现状及其发展

林安川

摘要：近年来金属表面工程发展很快，尤其是热喷涂技术获得了巨大的进展。热喷涂是一种用专用设备把某种固体材料熔化并加速喷射到机件表面上，形成特制薄层，以提高机件耐蚀、耐磨、耐高温等性能的新兴材料表面科学技术。由于采用热喷涂技术，可以使基体材料在耐磨性、耐蚀性和绝缘性等方面的性能得到改善。因此热喷涂技术都得到了广泛的应用，并取得了良好的经济效益[1]。热喷涂成为金属表面科学领域中一个十分活跃的学科。本文介绍了热喷涂工艺的特点，喷涂方法的种类及其技术以及热喷涂技术的应用概况，并对热喷涂技术的发展方向给予了展望。

关键词：热喷涂涂层分类应用发展

Thermal spraying technology status and development

L-in Anchuan

abstract：Metal surface engineering develops very fast in recent years, Especially the thermal spraying technology was a great progress. Thermal spraying is a kind of melt a solid materials with special equipment and to accelerate the jet to the mechanism on the surface, forming special thin layer, in order to improve the parts such as corrosion resistance, abrasion resistance, high temperature resistant performance of the emerging science and technology, material surface. Due to using thermal spraying technology, can make the base material in terms of wear resistance, corrosion resistance, and insulation performance improving.Therefore the thermal spraying technology has been widely used, and achieved good economic benefits [1]. Thermal spraying metal in the field of surface science become a very active subject.Characteristics of thermal spraying technology was introduced in this paper, the types of spraying method and its general situation of the application technology and thermal spraying technology, and give the development direction of thermal spraying technology were discussed.

Key word：The thermal spraying coating classification application development

1 概述

热喷涂是一种表面强化技术，是表面工程技术的重要组成部分，一直是我国重点推广的新技术项目。它是利用某种热源（如电弧、等离子弧或燃烧火焰等）将粉末状或丝状的金属或非金属材料加热到熔融或半熔融状态，然后借助焰留本身或压缩空气以一定速度喷射到预处理过的基体表面，沉积而形成具有各种功能的表面涂层的一种技术。

这在高速气流的作用下使之雾化成微细熔滴或高温颗粒，以很高的飞行速度喷射到经过处理的工件表面，形成牢固的覆盖层，从而使工件表面获得不同硬度、耐磨、耐腐、耐热、抗氧化、隔热、绝缘、导电、密封、消毒、防微波辐射以及其他各种特殊物理化学性能。它可以在设备维修中修旧利废，使报废的零部件“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”。

喷涂粉末在整个热喷材料中占据十分重要的地位。热喷涂合金粉末包括镍基、铁基和钴基合金粉，按不同的涂层硬度，分别应用于机械零部件的修理和防护。

当前又面临高性能结构材料成本逐年上升的问题，为同时解决这两个方面的问题，近年来金属表面工程发展很快，尤其是热喷涂技术获得了巨大的进展。热喷涂是一种用专用设备把某种固体材料熔化并加速喷射到机件表面上，形成特制薄层，以提高机件耐蚀、耐磨、耐高温等性能的新兴材料表面科学技术[1，2]。由于采用热喷涂技术，可以使基体材料在耐磨

性、耐蚀性和绝缘性等方面的性能得到改善。因此目前，包括航空、航天、原子能设备、电子等尖端技术在内的几乎所有领域内，热喷涂技术都得到了广泛的应用，并取得了良好的经济效益[3]。热喷涂成为金属表面科学领域中一个十分活跃的学科。

2 热喷涂技术原理与特点

热喷涂技术从上世纪初开始出现到现在已有几十年的历史：1910年线材火焰喷涂技术，20年代电弧丝喷涂技术，50年代爆炸喷涂和等离子喷涂技术，60年代自熔性合金粉末火焰、等离子喷涂和喷焊技术，80年代超音速火焰喷涂技术，90年代激光熔覆技术。热喷涂工艺、设备、喷涂材料及施工都有了突飞猛进的发展，从早期制备一般装饰性和防护性表面，发展到制备各种功能的功能性涂层;由旧件的修复工艺发展成新产品的强化工艺；由单一涂层发展到多层的包括产品失效分析、涂层设计、工艺设计和施工以及质量检测和控制在内的系统工程，成为像铸、锻、焊、热处理一样的、独立的热加工工艺。

2.1 热喷涂原理

利用热能将喷涂材料熔化，再借助高速气流将其雾化，并在高速气流的带动下粒子撞击基材表面，冷凝后形成具有某种功能的涂层（图1）。

图1 热喷涂原理示意图

Fig.1 Thermal spraying principle diagram

热喷涂技术的基本特点是它具有真正的叠加效果。也就是说，多种成分及变量在同时作用和正在应用时所产生的效果，远远比这些成分或变量在单独状况下所产生的效果要大[2]。热喷涂技术与其他各种表面技术相比，有其自身的特点：a.几乎适用于各种材料对零件表面的喷涂，如金属、陶瓷、金属陶瓷、玻璃、有机化合物等。b.零件的尺寸大小及形状不受限制，均可以对其表面进行喷涂。c.被喷涂的零件表面受热的影响小，不易变形。d.工艺操作程序简单、效率高。e.被喷涂零件的材质广泛，可以是金属、陶瓷和其他非金属等。f.喷涂厚度较易控制。g.可赋予普通材料以特殊的表面性能。h.成本低，经济效益显著。

2.2涂层形成过程

（1）喷涂材料被加热到熔融状态。

（2）喷涂材料被雾化成微小熔滴并高速撞击基体表面，撞击基体的颗粒动能越大和冲击变形越大，形成的涂层结合越好。

（3）熔融的高速粒子在冲击基材表面后发生变形，冷凝后形成涂层。

图2涂层形成过程示意图

Fig.2 Coating forming process diagram