热喷涂涂层.

常用热喷涂材料




虽然热喷无机涂层适合的材料范围很广泛，但是由于热喷涂技术工 艺的特殊性，对热喷涂材料仍有一定的限制。常用热喷涂材料集中 在以下范围内： ①金属热喷涂材料 金属热喷涂材料一般有线材和粉末两种形式。线材是用普通的拉拔 方法制造的，而粉末一般是用雾化法制造的。由于粉末材料表面积 大，氧化程度高，所以在方便的条件下推荐采用线材。但粉末制造 方法简单、灵活，材料成分不受限制，因此小批量热喷涂时一般采 用粉末材料。 ②陶瓷热喷涂材料 陶瓷热喷涂材料最主要的形式是粉末，制造方法有熔融破碎、化学 共沉积、喷雾干燥等。另外，将陶瓷粉末烧结制成陶瓷棒可直接喷 涂，但成本相对较高，因此应用很少。
热喷涂无机涂层
热喷涂原理



热喷涂是采用各种热源使无机涂层材料加 热熔化或半熔化; 然后用高速气体使无机涂层材料分散细化 并高速撞击到基体表面; 形成无机涂层的工艺过程。
热喷涂原理示意图
从喷涂材料进入热源形成无机涂层 经历四个阶段



喷涂材料的加热、熔化：对于线材，当端部进入热源高温区域时， 立即被加热熔化；对于粉末，进入热源高温区域，在行进的过程 中被加热熔化或软化。 熔化的喷涂材料被雾化：线材端部熔化形成的熔滴在外加压缩气 流或热源自身射流作用下脱离线材，并雾化成微细熔滴向前喷射： 粉末一般不存在熔粒被进一步破碎和雾化的过程，而是被气流或 热源射流推着向前喷射。 熔融或软化的微细颗粒的喷射飞行：在飞行过程中，颗粒首先被 加速形成粒子流，随飞行距离增加，粒子运动速度逐渐减小。 粒子与基材表面发生碰撞、变形、凝固和堆集：当具有一定温度 和速度的微细颗粒与基体表面接触时，颗粒与基材表面产生强烈 的碰撞，颗粒的动能转化为热能并部分传递给基材，同时微细颗 粒沿凸凹不平表面产生变形，变形的颗粒迅速冷凝并产生收缩、 呈扁平状黏结在基材表面。喷涂的粒子束连续不断的运动并冲击 表面，产生碰撞变形冷凝收缩的过程，变形的颗粒与基材之间， 以及颗粒与颗粒之间互相黏结在一起，从而形成了无机涂层。
热喷涂无机涂层形成过程

无机涂层形成的大致过程是： 无机涂层材料经加热熔化和加速→撞击 基体→冷却凝固→形成无机涂层。 其中无机涂层材料的加热、加速和凝固 过程是三个最主要的方面。
常用金属热喷涂材料
金属无机涂层材料种类 铁基合金 低碳钢材料
高碳钢材料
不锈钢材料 镍基合金 镍铬合金
镍铜合金
镍铬铝钇 钴基合金 铜基合金 钴铬钨（司太立合金） 镍铬铝钇 纯铜（紫铜）
常用的陶瓷热喷涂材料
陶瓷无机涂层材料种类 氧化铝基材料 氧化铬 氧化锆 氧化铝
氧化铝-氧化钛
氧化铬 氧化锆-氧化钙 氧化锆-氧化镁 氧化锆-氧化钇 莫来石 尖晶石 莫来石 尖晶石
锆英石
锆英石
塑料热喷涂材料


热喷涂塑料涂层比传统的刷涂、静电喷涂、 流化床喷涂塑料无机涂层的成本低、投资 少，无机涂层厚度与工作场地无限制，不 含溶剂，符合环保要求。 采用的塑料涂层材料熔化温度范围应较宽、 粘度较低、热稳定性好，一般采用粉末形 式。
热喷涂用复合粉末材料



热喷涂用复合材料分为两种： 一种是为适应热喷涂工艺而制备的复合材料，例 如，为防止碳化钨材料在喷涂过程中氧化分解而 制备的镍包碳化钨复合粉末材料，它们是当前热 喷涂用复合材料的主流： 另一类是通过增强相增强无机涂层性能的复合材 料，如纤维增强无机涂层材料，这类材料目前还 在研究探索过程中。 从形式上看，热喷涂复合材料分为复合丝材和复 合粉末材料。
热喷涂工艺分类



根据所使用的热源不同，一般将热喷涂 工艺分为： 燃烧法； 电加热法。
热喷涂工艺的分类
常用的热喷涂技术是线材火焰喷涂、粉末火焰喷涂、 电弧喷涂、等离子喷涂、爆炸喷涂和超音速火焰喷涂技 术。下图给出了各种热源的典型喷枪特征。
热喷涂技术的特点
热喷涂可在各种基体上制备各种材质的无机涂层 金属、 陶瓷、金属陶瓷以及工程塑料等都可用作热喷涂的 材料；而金属、陶瓷、金属陶瓷、工程塑料、玻璃、 石膏、木材等几乎所有固体材料都可以作为热喷涂 的基材； 基体温度低 基体材料温度一般在30—200℃之间，因此 变形小，热影响区浅； 操作灵活 可喷涂各种规格和形状的物体，特别适合于 大面积喷涂，并可在野外作业； 无机涂层厚度范围广 从几十微米到几毫米的无机涂层 都能制备，且容易控制； 喷涂效率高，成本低，喷涂时生产效率为每小时数公斤 到数十公斤。
无机涂层形成过程示意图
热喷涂发展历史



热喷涂技术由瑞士科学家肖普（ Schoop ）博士于 1910年发明，1920年后出现了电弧喷涂技术。 20 世纪 50 年代后期，为满足航空、原子能、导弹、 火箭等尖端技术对于高熔点、高强度无机涂层的 迫切要求，美国相继发明了爆炸喷涂和离子喷涂。 20 世纪 80 年代以来，低压等离子喷涂和超音速火 焰喷涂也相继问世。热喷涂技术在自身不断发展 与完善的同时，在各个Baidu Nhomakorabea用领域也取得了很大的 成就。 例如美国PWA飞机发动机公司对2800多个发动机零 部件的 48 种材料进行热喷涂，使发动机的大修期 从4000小时延长到16000小时以上。

热喷涂技术的局限性

热喷涂技术的局限性主要体现在 热效率低； 材料利用率低； 浪费大； 和无机涂层与基材结合强度较低。 尽管如此，热喷涂技术仍然以其独特的优点获得 了广泛的应用。
热喷涂材料的技术要求



热喷涂材料最好有较宽的液相区，因为无机涂层材料需要熔化后才 能喷涂到基体上去，而较宽的液相区可以使熔滴在较长的时间内保 持液相。一般金属材料和氧化物陶瓷材料都适合热喷涂技术。但如 果材料在高温下易分解或挥发，则不适合用热喷涂技术喷涂无机涂 层。 其次，对无机涂层材料的形状与尺寸也有要求。一般喷涂用材料都 必须是线材或粉末材料。线材的规格一般为 φ 1~3mm ，而粉末为 φ 1~100µ m 之间。用来生产线材和粉末材料的方法都可以用来生产 喷涂用线材和粉末。 粉末材料热喷涂的重要特点是材料成分可按任何比例调配，组成复 合粉末，获得某些特殊性能的无机涂层。 线材由于受加工性能的限制，只有塑性好的材料才可以制造成线材。