热喷涂表面技术的发展现状

热喷涂表面技术的发展

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研究生课程（论文类）试卷

2 015 /2 016 学年第 1学期

课程名称：材料表面工程

课程代码：

论文题目：热喷涂表面技术的发展现状

学生姓名：

专业﹑学号：

学院：材料科学与工程学院

课程（论文）成绩：

课程（论文）评分依据（必填）：

（1）论文结构：满分50分

A．论文层次分明，内容组织有序，字数达标：40~50分； B．论文层次一般，内容组织一般，字数3500至4000：30~39分； C．论文层次不合理，内容

页数不够，可续页

【摘要】热喷涂技术拥有着巨大的发展优势，且被广泛应用在工程领域方面。综述了热喷涂技术的研究现状以及未来的发展趋势，主要介绍了超音速火焰喷涂技术、火焰喷涂技术、电弧喷涂技术、等离子喷涂技术、冷喷涂技术与超音速电弧喷涂技术等，并简述了这些技术的研究发展趋势与实际应用。

【关键词】热喷涂技术；研究现状；发展趋势

表面工程的概念是1983年由英国教授T．Bell首先提出的，经过二十多年的迅猛发展，表面工程已成为先进制造技术的重要组成部分，是21世纪工业发展的关键技术之一[1]。

1 绪论

热喷涂技术是利用某种热源使得喷涂材料受热呈现熔融或者是半熔融状态，再将其喷射到需要涂敷的基体表面，从而可以形成一层比原基体材料涂层性能优异的涂层，使得工件的表面性能更加优异，或是使得工件形成一种或多种原基体材料不具备的表面性能膜状组织结构。热喷涂涂层具有耐磨损、隔热以及耐高温等性能，并且能够实现对出现磨损、被腐蚀的零件以及因加工出现误差的零件进行必要的有效修复。热喷涂技术是表面工程的重要组成部分，在工业与科学技术快速发展的今天，喷涂技术在航空航天、石油化工以及机械制造等众多的领域中应用广泛。本文主要介绍了超音速火焰喷涂技术、火焰喷涂技术、电弧喷涂

技术、等离子喷涂技术、冷喷涂技术与超音速电弧喷涂技术等，并简述了这些技术的研究发展趋势与实际应用。

2 热喷涂技术

超音速火焰喷涂技术

火焰喷涂技术的发展

超音速火焰喷涂((HVOF)是在上个世纪80年代初期由普通的火焰喷涂技术发展而来的一种新型的喷涂技术。1982年在美国出现了第一代超音速火焰喷涂装置，随后超音速火焰喷涂技术得到了长足的发展[2]。

图1为两种超音速火焰喷枪(DJ-2700和JP-5000)的结构图，其中DJ-2700是Metco公司在推出Dia-mond Jet (DJ)标准型后投放市场的复合型超音速火焰喷枪，该喷枪以丙烷为燃料、氧气为助燃气体，燃烧部位气冷，其余部份水冷，不设热交换器，从而减少了热损失，而JP-5000型超音速火焰喷枪是TAFA公司推出的产品，该喷枪是以安全的航空煤油为燃料，吸人式送粉，热效率高，将氧气和液体燃料送进喷枪后部的燃烧室，并用火花塞点燃，粉末沿径向双孔加人到内喷嘴喉管后的过渡膨胀负压区，从而不需要高压送粉系统[3]。

超音速火焰喷涂原理

该项技术主要是以氢、丙烯、乙炔以及煤等作为燃料，以氧气作为助燃剂，在特殊的喷嘴中进行燃烧或者是在专门的燃烧室进行燃烧，形成温度高达2000℃-3000℃，速度快至2100m/s的超音速火焰，与此同时将各类粉末送进火焰中，使得粉末粒子呈现熔化或是半熔化状态，并高速运转撞击至基体表面从而在基体表面形成涂层，此类涂层比普通火焰喷涂的涂层更加结实紧密。

超音速火焰喷涂的特点

在进行超音速火焰喷涂时会出现高温高速的喷射速度，因此其涂层结合度高，存在的空隙率较低，涂层表面硬度也高，使得其表面十分耐

磨损，表面性能膜状组织优良，具有光滑的表面。同时又由于粉末颗粒是在形成火焰流后加入，粉末出现氧化少，使得其能够与基体粘接的更加好。又由于粉末颗粒处于高温条件下的时间较短，粉末的化学成分发生变化或是相互转化的少。最后是超音速火

焰喷涂能够做到连续的喷涂，提高了工作效率。

火焰喷涂技术

火焰喷涂技术的原理

火焰喷涂技术是将火焰作为热源，通过对金属与非金属材料进行加热使得呈现熔融状态，并且在高速运转的气流的推动下形成能够喷射到基体表面的雾流，喷射的雾流是细小的熔融颗粒，这些熔融颗粒在撞击到基体上后会出现塑性变形，形成片状叠加涂层。火焰喷涂技术在设备维修过程中主要是用于修复零件的磨损表面以及适当地改变零件的性能。火焰喷涂按喷涂材料的形态可以分为粉末

火焰喷涂、丝材火焰喷涂、棒材火焰喷涂等，又可以按照喷涂焰流的形态具体分为普通火焰喷涂、气体爆燃式喷涂等。图2是粉末火焰喷涂原理图。

图2 粉末火焰喷涂原理

Schematic of powder flame spraying

由图2可知，火焰喷涂轴向喷出包括3个部分:氧-乙炔混合气、送粉气和喷涂粉末。氧-乙炔混合气在喷嘴口处燃烧，喷涂粉末在此高温熔化，最后随着送粉气喷涂到基材表面，形成喷涂层[4]。

火焰喷涂技术的特点

首先，火焰喷涂对一般金属、非金属材料等均可以实现喷涂，并且对于基体的尺寸与形状没有具体的限制，但是就小孔而言，目前还是不能够实现喷涂的。其次，能够被用来作为涂层的材料众多，有合金、金属、陶瓷以及复合材料等，并且这些材料能够使得基体表面具有其他各类性能，如耐腐蚀、耐高温、耐磨损、以及隔热等。再次，火焰喷涂对基体产生的影响较小，基体产生变形的几率不大，

材料的组织不会出现变化。最后，火焰喷涂技术的涂层具有多孔性组织，这样能够实现储油润滑从而减少摩擦性。

电弧喷涂技术

电弧喷涂技术的发展

电弧喷涂技术是通过将喷涂与电弧喷涂进行结合，同时通过高速的燃气从而加速电弧喷涂的粒子，此类喷涂设备结构较为复杂，成本相对而言也较高，并且还会降低安全性，在实际的使用过程中会受到一定的限制。使用普通电弧喷涂技术喷涂出来的涂层质量较低，而目前涂层的使用要求越来越严苛，因此电弧喷涂技术在实际的工业生产中的使用受到了限制。

电弧喷涂技术的原理

电弧喷涂是指利用电弧来熔化2根连续送进的金属丝，在高速气流作用下使熔化的金属雾化并快速运动喷向工件形成涂层[5]。