第二章热喷涂
第一节绪论
1．1 热喷涂概述
热喷涂技术是利用某种热源将热喷涂材料加热熔化或半熔化，并通过焰流
或外加高速气流将其雾化，进而喷射到基体（工件）表面，与基体结合形成某种功能涂层的方法。热喷涂技术的主要内涵应包括材料、设备及工艺（含预处理、喷涂过程、后加工）三个方面。自从瑞士的M.U.Schoop博士发明第一台热喷涂装置至今已有近一个世纪的历史。最初的热喷涂只能用熔点较低的金属丝材为材料、以火焰为热源喷涂防腐蚀涂层和进行维修服务，故称“金属喷涂”（Metal Spraying）。第二次世界大战期间，自熔性合金粉末的出现使粉末火焰喷涂获得了大规模的工业应用。战后，航空、宇航工业快速发展，高熔点的金属或合金以及陶瓷材料随着大气等离子喷涂技术的出现得到了实用。以镍铝为代表的自粘结型复合粉末的研制成功，为进一步提高涂层的结合力起到了重要的推动作用。
随着喷涂设备的完善，以及其后开发出的爆炸喷涂、低压等离子喷涂、超音速火焰喷涂等新工艺使高质量涂层的实现成为可能，相应地涌现出各种用途的热喷涂材料。在很长一段时间内热喷涂设备与工艺一直追求实现热源的高能、粒子的高速，并通过操作自动化追求喷涂过程的高效率，最终提高涂层的质量与稳定性。一个世纪以来，热喷涂材料已从当初的几种金属丝材发展成为数百种为了适应不同工艺操作、不同使用特性需要的热喷涂材料。热喷涂材料通过喷涂方法（设备、工艺）获得了某种成分、组织结构的涂层，进而得到所需的涂层特性。广义上，热喷涂技术是一种材料复合的手段。可以说，热喷涂涂层功能的多样性或对不同具体用途的适应性依赖于材料。热喷涂材料与喷涂方法的发展彼此促进，两者共同推进了整个热喷涂技术的进步。
我国热喷涂技术的发展始于20世纪50年代，70年代起得到快速发展。1981年11月原国家经委、科委组织成立了“全国热喷涂协作组”。国家在“六五”至“九五”连续四个五年计划中将热喷涂技术列为重点推广项目，成效显著。仅“八五”期间推广应用热喷涂技术的直接经济效益就达35亿元。目前，在设备、材料、工艺方面均获得了较大发展与提高。热喷涂行业已形成规模，据估计国内现在开
展热喷涂技术研究开发或生产的单位约1500家，其中，研究机构、高校分别近百家，其余为各类企业。从事热喷涂设备研发或制造的单位近百家，材料研究开发或生产的单位约300家，进行热喷涂工艺研发或加工生产的单位超过1000家。热喷涂技术的应用已渗透到航空航天、冶金、机械、石化、电力和汽车等国民经济及国防军工的各个工业领域。
1.2 热喷涂应用
专门解决各类零部件、构件表面耐磨损、耐高温氧化、抗冲击载荷、耐各种化工介质腐蚀、导电、绝缘、增摩、减摩等一系列特殊性能涂层，在不同的工件表面，热喷涂加工高性能的合金、陶瓷、复合、高分子塑胶材料等，可大大的延长被喷涂产品的使用寿命，即便是各类零部件表面出现缺陷，如磨损、研伤、加工尺寸超差等，同样可以通过热喷涂加工工艺进行缺陷修复，达到或提高零件的使用性能。
在防腐领域里，可对石化储罐、户内外钢结构、塔架、灯杆、防护栅栏、船舶甲板、船体、海上作业平台，采取热喷涂工艺，进行喷锌、喷铝、喷塑胶、喷不锈钢、喷合金材料等方式进行长效防腐加工，可完全替代原始的涂刷油漆和重装防腐，寿命是原始防腐的数倍。
在化工、火电站流化床锅炉、∏型锅炉和煤粉锅炉设备中的“四管”热喷涂耐冲刷磨蚀和耐高温涂层，可大大的延长电厂锅炉的检修周期，同时也可对汽轮机、粉煤机、风机叶轮、叶片、轴承件、密封件等的磨损、腐蚀进行喷涂、喷焊加工及预保护，可最大化发挥设备使用效能。...
在欧洲市场上热喷涂产值为8亿欧元，大约占全球的25-30%。每年的增长率略比整个工业高一些，与PVD相比，热涂层略低一些。欧洲热喷涂材料和设备为1.85亿欧元，占整个业务量的23%，涂层应用占6.15亿欧元，占77%。在6.15欧元的涂层应用中，主要应用在附加值上，包括耐磨和抗腐蚀的机械修理和管道等。高附加值的涂层组要是飞机、汽轮机、印刷辊、医疗器械等。
从设备上看，火焰设备占10%，反应该技术下降，电弧设备、PTA、HVOF 和APS占45。
世界三大设备供应商sulzer-Metco（Switzerland），Praxair-Tafa
（USA）,Messer-Castolin（germany）占欧洲主要市场。热喷涂目前在欧洲维持
增长速度是比较困难的，主要三大原因是结构，经济和技术。
结构-工业结构和劳动力调节，最终用户对该项技术的不确认。热喷涂技术的限制是表面存在气孔。发展趋势是1）使用涂层的厚度去创新的生物材料，2）更好地控制气孔率，发展轻质材料，如耐磨材料，过滤材料，催化表面。3）改进工艺降低成本4）热喷涂与其它方法相结合。
热喷涂主要是冶金结合的硬表面和低的粘接强度，目前采用低的稀释率，低
厚度和新的材料有可能开辟新的应用领域。
热喷涂目前局限于表面工程和材料专业，成为一个孤岛，突破这种障碍和领地，使该技术焕发青春。由于缺少应用和市场方向，过去的研究没有取得生产效率。
1.3 热喷涂材料
喷涂材料是热喷涂技术的重要组成部分。它与热喷涂工艺及热喷涂设备共同构成热喷涂技术的主体。整个热喷涂技术的发展，实际上受设备与材料的进展而被推动与牵引的。
一、历史的回顾
迄今，热喷涂材料的发展大体跨分三个阶段。第一阶段是以金属和合金为主要成份的粉末和线材，主要包括铝、锌、铜、镍、钻和铁等金属及它们的合金。这些材料制成粉末，是通过破碎及混合等初级制粉方法生产的，而线材则是用拉拔工艺制作出一定线径的金属丝或合金丝。这些材料主要供火焰粉喷、线喷及电弧喷涂等工艺使用，涂层功能较单一，大体是防腐和耐磨损，应用面相对较小；第二阶段始于五十年代中期。人们发现，要解决工业设备中存在的大量磨损问题，十分有必要改进工艺，制取更耐磨的涂层。经过几年的努力，自熔合金问世并发展了火焰喷焊工艺，这就是著名的“硬面技术”。自熔合金是在Ni、Co和Fe基的金属中加入B、Si、Cr这些能形成低熔点共晶合金的元素及抗氧化元素，喷涂后再加热重熔，获得硬面涂层。这项技术在某种程度上是受焊接堆焊工艺的启发。由于这些涂层具有高硬度、高冶金结合及很好的抗氧化性，从而在耐磨及抗氧化性方面迈出了一大步。自熔合金的出现，对热喷涂技术起了巨大的推动作用。这一阶段另一项技术突破是等离子喷涂设备的问世。等离子焰高达1万度，几乎可以喷涂一切材料。于是，人们打开了思路，先后发展了一系列的陶瓷材料和金属陶瓷材料。实际上，只有进入七十年代中期，1976年迈阿密第八届国际热喷涂会议之后，在航空工业迅速发展的需求与推动下，这些材料才真正找到了用武之地，相继出现了高性能、高技术的耐磨、耐高温、抗燃气腐蚀及隔热等表面工程涂层材料，使热喷涂技术开始从简易的维修车间步入宇航和飞机等高技术产业领域，并解决了大量令冶金工程师头痛的材料问题。不仅使那些担心采用这项技术会使飞机从天上掉下来的飞机设计师放下了心，而且自那时起，一架航空发动机有成百件以上的零件纳入了技术规范，必须采用热喷涂技术才得以达到设计师们的要求。第三阶段是以七十年代中期出现了一系列的复合粉和自粘一次喷徐粉末，直至八十年代夹芯焊丝作为电弧喷涂材料进入市场为主要标志。其特征是材料在成份与结构的“复合”，达到喷涂工艺的改进和涂层性能的强化。镍包铝和铝包镍复合粉取代了传统的Mo丝，改善了打底层粘结性；自粘一次粉综合了打底粉与工作粉双重功能，简化了喷涂工艺。不少怕氧化或氮化的金属或陶瓷被Ni或Co这些金属包裹之后，不仅保护了核心成份，同时又会与核心发生化学或冶金方面的反应，赋于涂层更好的性能。复合材料不局限于粉末，在线材方面也出现了复合喷涂丝。尤其是填充型复合线材，已开始拥入市场，这些复合丝可以用火焰线材喷枪，但主要用电弧喷枪喷涂，使这些原来只能形成金属一合金涂层的工艺，可以喷涂带有陶瓷一类的硬质耐磨材料，使涂层的应用面大为拓展。
二、传统的制粉方法居主要喷涂粉末在整个热喷涂材料中占据十分重要的地位。除电弧和线材火焰喷涂外，其它所有喷涂工艺都是以粉末为喷涂材料的。粉
末材料包罗万象、适应性强、工艺可靠，提供各种涂层功能，在高技术领域中应用成熟，这些特点是其它形式的材料无法比拟的。经过多年的发展与创新，对各种化学组成的材料都建立了相当完善的制粉方法：金属、合金、自熔合金通常采用雾化法，即水雾化-水冷，气雾化-气冷和气雾化-水冷三种方式。雾化工艺自六十年代初问世以来，给热喷涂材料开创了新局面，同时当两种或两种以上的粉末在比重上相近的情况下，混合法仍不失为一种经济而实用的制粉手段，至今，仍有不少生产厂家供应各种混合粉。第三种，是熔炼一烧结再经破碎与筛分的制粉工艺，它是制造陶瓷或金属陶瓷的主要方法；第四种是团聚法与喷雾干燥法，此法是生产团聚型复合粉的手段，包括某些陶瓷粉，如A12O2-TiO2，ZrO-Y2O：等常见粉末，也可采用此法生产。第五种是加压氧还原法，源于加拿大一家镍公司发展的提镍工艺，演变为包覆型复合粉的生产方法，包覆金属为Ni、Co或Cu，而核心材料可以是各种固体材料。以上这些工艺是当今热喷涂粉末的主要生产方法。尽管还有等离子雾化法、气相沉积法、置换法、铝热法、机械熔化法、化学沉积法、共沉淀法等技术，但没有形成生产规模，其中原因有技术问题，也有经济问题。
三、质量控制日趋完善热喷涂材料的质量检测是得到合格涂层的首要关口，其重要性已渐被人所认识。早在1926年就有人指出对热喷涂各环节进行评估的重要性。至今，对某些喷涂材料及涂层已建立了相应的方法与标准，以保证最终涂层质量。粉末质量检测，主要是化学性能、物理性能和工艺性能。这些涉及到化学成份、熔点(软化点)、放热性能、松装比重、粒度分布、流动性、颗粒形状与结构等。老实说，粉末质量控制比线材要难，通过拉拔或挤压容易生产均一产品，但粉末则难于做到批量之间的完全一致。这从另一角度说明粉末质量控制的必要性。
四、材料的多样性扩充了涂层的功能热喷涂材料发展到今天，从类别、规格和性能等方面，差不多达到“应有尽有”的程度。以世界驰名的热喷涂技术的权威公司——SULZERMETCO为例，该公司集拢了原先的METCO、PT和AMDRY 三家公司的材料产品，此前经几十年的研究开发，尤其是七十年代中期之后，相继与世界知名航空发动机制造厂家联手，投入了大量物力和人力，先后发展了一系列高性能、高质量、高技术含量的喷涂材料。其中粉末材料计有六大类约220余种；线材近30种。有119种已纳入PWA、GE、MSRR等著名航空发动机制造厂家的技术规范。这些材料采用不同的喷涂方法并实施不同的工艺参数喷涂出约六百余种性能各异的涂层，覆盖涂层的全部功能，应用面涉及到多门高科技和几乎各个工业部门，显示了热喷涂技术的神通与威力。
五、发展趋势
从近几年所发表的技术文献，纵观热喷涂材料的发展趋势，大体可归结以下几点：
1．耐高温的陶瓷材料受到注目近年来，有不少文献报道了某些陶瓷和金属间化合物等高温材料。其中最受重视的应属MoSi2。这种材料有足够高的熔点
(Tm2030℃)、适中的比重和极好的抗高温氧化性，工作温度可达1700℃，是优良的抗高温氧化涂层。同时又耐无机酸和熔融金属的侵蚀，作为航空、燃气涡轮机的高温部件涂层材料，是最新的研究热点。
2．细微级粉进入市场通常喷涂粉的粒度范围为-140～+325目，有些陶瓷粉可细到5微米左右。过细的粉末会产生烧损和飞扬等问题，送粉加大困难，沉积效率也受影响。近些年，由于HVOF和高功率等离子喷涂(HPPS)的出现，使喷涂向
细微级靠近。其原因是，HVOF 和HPPS 焰流和颗粒飞行速度极高，缩短了颗粒在焰流中的受热时间，使之在未熔化之前就已达到基体表面，不能形成涂层。而粉末细级化，可改善这一状况。当前，有些公司已推出专门用于HVOF 喷涂的系列粉，粒度范围常在-270～+500目之间。
3．涂层功能多元化耐磨损、耐热、抗氧化和耐腐蚀等工程技术要求，是热喷涂涂层的主要功能。尤其是耐磨损涂层，是热喷涂技术的优势所在。近年来，热喷涂技术试图在生物工程、超导和复合材料等高科技方面发挥特长，甚至崭露头角，进入实用阶段。
4．打底粉家族出现新成员在航空和汽车工业中，用工程塑料代替金属，因重量减轻而提高效率，这是当今材料革命的新成果，在电子工业、机械工业和油汽制造业也有类似要求。利用热喷涂技术实现这些要求，确是一条捷径，但很多喷涂材料不能直接喷涂在塑料基体上。为此，SULZERMETCO 专门研究了一种喷涂塑料基体表面的打底层粉，结合强度高、表面形态好、残余应力低，深受市场青睐。
5．复合材料喷涂有增大的趋势有人研究出纤维强化的等离子喷涂涂层，即喷涂碳化硅晶须增强的铝，抗张强度比纯铝高90%，而用VPS 喷McrAlY-AlO ：复合材料，其耐磨性显著提高；用激光一等离子喷涂工艺，在N2气氛中喷Ti ，得到TiN 涂层，类似方法还制得氧化物、碳化物、氮化物和硅化物等陶瓷涂层；也有人用碳黑包裹TiC ，使TiC 在喷涂中减少失C ，以保留TiC 的高熔点、低原子数、优良的抗热震性、抗化学侵蚀等特点。
热喷涂类型
1、火焰类喷涂 (线材火焰喷涂和粉末火焰喷涂 )
2、电弧喷涂
3、等离子喷涂
4、超音速喷涂（HVOF ）
5、爆炸喷涂
6、冷喷涂
第二节火焰喷涂
火焰喷涂包括线材火焰喷涂和粉末火焰喷涂
1-1线材火焰喷涂
特点是：低投入，操作简单，导线比粉末成本低，沉积效率高，可以采用纯钼涂层用于耐磨材料，可以采用移动式，不用预热系统，适合野外作业。导线收到限制，直径要小，涂层氧化严重，不如等离子和HVOF喷涂具有高密度和高强度。
线材火焰喷涂原理图
1-2线材火焰喷涂工作原理
线材火焰喷涂法：1910 by Schoop in Switzerland最早发明的喷涂法。它是把金属线以一定的速度送进喷枪里，使端部在高温火焰中熔化，随即用压缩空气把其雾化并吹走，沉积在预处理过的工件表面上。
基本原理。喷涂源为喷嘴，金属丝穿过喷嘴中心，氧气和乙炔（oxy-acetylene）混合气体通过围绕喷嘴和气罩形成温度很高火焰，金属丝的尖端连续地被加热到其熔点。棒状涂材在火焰中被加热熔化后，在焰流的作用下形成雾状小液滴，由通过气罩的压缩空气将其雾化成喷射粒子，依靠空气流加速喷射到基体上，从而熔融的粒子冷却到塑性或半熔化状态，也发生一定程度的氧化。粒子与基体撞击时变平并粘结到基体表面上，随后而来的与基体撞击的粒子也变平并粘结到先前已粘结到基体的粒子上，从而堆积成涂层。
丝材的传送靠喷枪中空气涡轮或电动马达旋转，其转速可以调节，以控制送丝速度。采用空气涡轮的喷枪，送丝速度的微调比较困难，而且其速度受压缩空气的影响而难以恒定，但喷枪的质量轻，适用于手工操作；采用电动马达传送丝材的喷涂设备，虽然送丝速度容易调节，也能保持恒定，喷涂自动化程度高，但喷枪笨重，只适用于机械喷涂。在丝材火焰喷枪中，燃气火焰主要用于线材的熔化，适宜于喷涂的金属丝直径一般为1.8～4.8mm。但有时直径较大的棒材，甚至一些带材亦可喷涂，不过此时须配以特定的喷枪。
1-3线材火焰喷涂设备
1．空气压缩机；2．空气干燥器；3．储气罐；
4．乙炔瓶；5．氧气瓶；6．气体流量表；
7．空气净化器；8．空气控制器；9．空气流量；
10．丝架；11．喷枪
图1 喷涂装置
1-4 线材火焰喷涂材料
主要用于喷涂锌、铝和锌铝合金，用于大型钢结构件的长效防腐和各类钢丝用作耐磨涂层。喷涂材料为AL203—3％TiO2和Ni一5％AI。两种材料的规格直径均为6mm法国产火焰喷涂软线材，所谓软线材是由低沸点的有机材料包覆着粉末材料的一种管状线材，柔韧度比较好。涂层空隙率低，硬度虽略有降低，但耐磨性却有所提高，具有更好的韧性和电绝缘性，具有优异的耐磨蚀性能。
特点：可手提操作，灵活方便，能拉拔成丝的金属材料几乎都能用来喷涂。火焰最高温度约3100℃，喷涂材料在飞行沉积过程中冷却，喷涂施工对基体的热影响很小，基体受热温度不超过200℃，基体不会发生热变形和性能变化，喷涂质量稳定。
应用范围：应用范围广，在曲轴、机床主轴、柱塞、机床导轨、各种轴承位处喷钢；在桥梁、高压铁塔、钢闸门及化工厂、化肥厂区的钢铁设施的喷铝、喷锌防腐；在轴瓦上喷铜、喷巴士合金等。
1-5 喷涂工艺对涂层性能的影响
喷涂参数主要包括喷涂距离、走线速度、喷涂火焰气体比例等。
1）喷涂距离对涂层组织形貌的影响
喷涂距离主要选用60 mm、80 mm、100 mm、120 mm、140 mm、160 mm 等。，喷涂距离在100 mm时，涂层组织均匀致密，在8O～120 mm范围内，组织形貌有所变化，但变化不大。喷涂距离为60 mm、140 mm、160 mm时，组织形貌变化较大。喷涂距离的大小，直接影响喷涂材料的熔化或熔融的程度在焰流中停留时间的长短，以及喷射的速度和到达喷涂表面动能的大小。对陶瓷软线材的火焰喷涂，由于火焰燃烧温度较低，所以在焰流中会有熔化、熔融、未熔三种状态的喷涂粒子存在。随着喷涂距离的减小，喷涂粒子在焰流中停留的时间缩短，得不到充分的加温和熔化，导致熔融和未熔粒子所占比例增加。另外，喷涂粒子在喷射过程中，由于喷涂距离的减小而得不到充分加速，导致喷涂粒子到达喷涂表面的动能有所减少，虽然喷涂距离的减小能使涂层的温度提高，但喷涂的速度很快，最终涂层的致密度还是较低，空隙率高，涂层组织不均一，并有半熔融状态的大块陶瓷颗粒存在的现象。随着喷涂距离的增加，喷涂粒子在焰流中停留的时间增长，增加了喷涂粒子的熔化和熔融时间，使未熔粒子的比例减少，熔化和熔融所占比例得到了增加，另外，喷涂距离的增加，喷涂粒子在喷涂过程中提高了喷射速度和冲击动能，使涂层的致密度提高，空隙率减少，涂层组织逐渐变的均一，涂层中未熔颗粒减少。喷涂距离增加到100 mm时，涂层变的非常致密，组织均匀，空隙率经测定能达到4％以下，涂层中未熔颗粒极少。
2）喷涂距离对涂层孔隙率的影响
空隙率代表着涂层的致密程度。当喷涂距离在60 mm时，孔隙率为13％，随喷涂距离的增加，孔隙率呈下降的趋势，当喷涂距离为100 mm时，孔隙率能达到4％。随着喷涂距离的进一步增加，孔隙率开始上升，当喷涂距离超过140 mm 后，孔隙率增大的趋势非常明显。喷涂距离为160 mm时，孔隙率达到16％。经分析认为，造成这一结果的主要原因是在火焰喷涂陶瓷材料的过程中，因为喷涂距离的长短直接影响喷涂粒子熔化或熔融的程度和数量，影响熔化或熔融的喷涂粒子喷射到工件表面的速度和动能，影响涂层的表层温度这三个方面的因素决定的。
3）喷涂距离对显微硬度的影响
涂层的硬度是涂层性能的一个重要指标，在一定程度上，显微硬度值的大小代表涂层的耐磨程度，也反映了涂层的内部组织结构及其致密性。涂层的硬度随喷涂距离变化的趋势与孔隙率变化的趋势正好相反，孔隙率越低硬度值越高。在喷涂距离为100mm时，显微硬度最高达1 200 HV。
4）喷涂距离对涂层抗拉强度的影响
涂层的抗拉强度是衡量涂层性能的一个最重要的指标，陶瓷火焰喷涂时，喷涂距离对涂层抗拉强度的影响最为敏感，喷涂距离过远或过近时，抗拉强度都非常低，喷涂距离在100mm时，抗拉强度能达到22 MPa。喷涂距离过近时，涂层中的部分粒子会产生“过烧”现象，使涂层内部或涂层与基体金属问形成微裂纹，距离过远时，涂层中的部分粒子会产生“夹生”现象，使涂层结构疏松且低附着力，多孔隙，所以喷涂距离过近或过远时，涂层中的粒子与粒子之间的粘结程度都很低，比较松散，致密度低，孔隙率高，从而导致涂层的抗拉强度变低。
2-1 粉末火焰喷涂法
2.1.1 工作原理
1）它与丝材火焰喷涂的不同之处是喷涂材料不是丝材而是粉末，粉末在
火焰中熔化，形成微小颗粒，在气体带动冲击到基材表面并快速固化形成
涂层。
2）在火焰喷涂中通常使用乙炔和氧组合燃烧而提供热量，也可以用甲基乙炔,丙二烯（MPS）,丙烷，氢气或天然气。
3）火焰喷涂可喷涂金属，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，经济型好，是目前喷涂
技术中使用较广泛的一种方法。
4）但是，火焰喷涂也存在明显的不足。如喷出的颗粒速度较小，火焰温度较低，涂层的粘结强度及涂层本身的综合强度都比较低，且比其他
方法得到的气孔率都。此外，火焰中心为氧化气氛，所以对高熔点材
料和易氧化材料，使用时应注意。
5）为了改善火焰喷涂的不足，提高结合强度及涂层密度，可采用将压缩空气或气流加速装置来提高颗粒速度；也可以采用将压缩气流由空气
改为惰性气体的办法来降低氧化程度，但这同时也提高了成本。
第三节电弧喷涂
(Arc Spraying - Electric Arc Wire Thermal Spray)
3.1 电弧喷涂原理
电弧喷涂在两根连续送进的金属丝之间产生电弧，因电弧产生的热使金属焊丝逐渐熔化，熔化部分被压缩空气气流喷向基体表面而形成涂层。通过电弧喷涂的典型材料包括不锈钢、HASTELLOY耐蚀性镍合金、镍铝、锌、铝和铜。电弧喷涂按电弧电源可分为直流电弧喷涂和交流电弧喷涂。直流：操作稳定，涂层组织致密，效率高。交流：噪音大。电弧产生的温度与电弧气体介质、电极材料种类及电流有关（如FE料，电流280安，电弧温度为6100K）。但一般来说，电弧喷涂比火焰喷涂粉末粒子含热量更大一些，粒子飞行速度也较快，因此，熔融粒子打到基体上时，形成局部微冶金结合的可能性要大的多。所以，涂层与基体结合强度较火焰喷涂高1.5～2.0倍，喷涂效率也较高。电弧喷涂还可方便地制造合金涂层或“伪合金”涂层。通过使用两根不同成分的丝材和使用不同进给速度，即可得到不同的合金成分。电弧喷涂与火焰喷涂设备相似，同样具有成本低，一次性投资少，电弧喷涂适用于野外施工，相当经济且施工方便。对于给定材料，低粒子粘度能使之获得最高的涂层厚度。但是，电弧喷涂的明显不足，喷涂材料必须是导电的焊丝，因此只能使用金属，而不能使用陶瓷，限制了电弧喷涂的应用范围。近些年来，为了进一步提高电弧喷涂涂层的性能，国外对设备和工艺进行了较大的改进，公布了不少专利。例如，将甲烷等加入到压缩空气中作为雾化气体，以降低涂层的含氧量。日本还将传统的圆形丝材改成方形，以改善喷涂速率，提高了涂层的结合强度。
3.2 电弧喷涂材料
适用于电弧喷涂的丝材（线材）以金属和合金为主要构成元素的丝材，其涂层功能多是抗大气、盐雾、海水或化学介质腐蚀，以及恢复尺寸或抗磨损等，后来发展了一些特殊合金材料，用于抗高温及气体腐蚀等工作环境，但能够抵抗严重腐蚀的涂层材料，仍不如愿。
电弧喷涂材料可分为实芯丝材和粉芯丝材两种。电弧喷涂的丝材（线材）主要有锌丝、铝丝、巴氏合金、青铜、高碳钢、80/20NiCr丝、钼丝及蒙乃尔丝。国外早在上世纪70年代开始开发与基体结合强度好的耐高温冲蚀磨损电弧涂层材料，例如美国TAFA公司与70年代末研制出的45CT电弧喷涂丝材，在英国80年代开发出了电弧喷涂NiCr等系列抗高温冲蚀涂层。随着合金丝材的不断出现大大提高了涂层的性能，特别是金属粉芯丝材，外皮常为易拉拔的较软低碳钢或其它有色金属如镍铝等，芯部填充材料因涂层功能不同而异，如可填充Cr、Al等形成耐腐蚀涂层还可以填充其它粉末形成特殊涂层。粉芯丝材的出现大大地拓宽了电弧喷涂材料的应用范围，既克服了高合金成分带来的难以拉拔的困难同时还使一些不能导电的颗粒材料在电弧喷涂上得以应用。具有丝材和粉末的优点，能够进行柔性加工制造，拓宽了涂层材料的成分范围，并可制造特殊的合金涂层和金属陶瓷复合材料涂层。自从八十年代Drzeniek等成功将其应用于电弧喷涂以来，发展迅速，是一种非常有前途的热喷涂材料。随后德国Steffens 等用电弧喷涂粉芯丝材制备了耐磨涂层，认为采用粉芯丝材电弧喷涂能获得与等离子喷涂层相当的耐磨涂层。美国等国也相继开展了粉芯丝材的研究并且取得了成功。如美国Metalspray公司于90年代成功研发出用超音速电弧喷涂
75Cr3C2/25NiCr粉芯丝材，大大简化了实际操作过程并减少了成本，展现了电弧喷涂耐高温冲蚀磨损涂层在实际应用中的优势。北京有色研究总院及北京工业大学等单位在热喷涂粉芯丝材的研究工作上做了大量的工作，全军装备维修表面工程研究中心应用粉芯丝材进行电弧喷涂并取得了良好效果。
1.2.3 电弧喷涂耐高温冲蚀磨损粉芯丝材发展现状与趋势
电弧喷涂耐高温冲蚀磨损粉芯丝材经过近20年的发展，形成了不少具有专项用途的系列，下面将一一介绍。
1.2.3.1 高温合金粉芯材料
MCrAlY（M为Fe、Ni、Co或Ni-Co；Y为对氧反应活性元素如Y、Si等）合金涂层为70年代研究出的一种理想的高温防护涂层，经过20多年发展，已经较为成熟，它不仅有较好的抗高温氧化和冲蚀性，而且有较好的韧性，还可以根据不同工作环境和基体选择合适的合金成分。这种材料主要在高温时形成β
相Al2O3以及某些过渡期氧化物（如SiO、NiO）等连续氧化膜来护涂层和基体，还能形成β-NiAl和β-CoAl等强化相。Cr不仅在高温下能形成保护性Cr2O3还能有效改善Al2O3的粘附性并决定涂层抗热腐蚀性能。常用的Ni基、Ni-Co基耐高温冲蚀材料有NiCrAlY（10%～30%C，10%～20%Al,0.5%～1.0%Y,Ni余）；NiCoCrAlY（20%Co20%Cr,8%～12%Al,<1%Y，Ni余）等。但由于对于高温防护性能要求的进一步提高，这类材料渐渐体现出了耐高温能力有限、特别是耐冲蚀性磨损性和内聚强度不足等缺陷。
1.2.3.2 金属间化合物/陶瓷粉芯材料
金属间化合物具有金属键和共价键，比普通金属材料原子结合力强、弹性模量大、密度低。原子排列在高温下具有短程无序但长程有序的特殊结构。在常温下其材质比一般金属显得硬而脆，具有陶瓷的特点。但相对于完全由离子键和共价键构成的陶瓷而言，其又具有一定的塑性和韧性。且随着温度升高，金属间化合物所特有的在一定温度范围内强度随温度升高的特性，使其可以作为使用温度介于高温合金和陶瓷之间一类重要的结构和功能材料。其高温强度、高温蠕变和抗氧化、耐腐蚀性能优于大部分高温合金，韧性优于陶瓷材料。是当今耐高温冲蚀磨损喷涂材料发展的前端。
电弧喷涂金属间化合物涂层主是指利用喷涂过程中Ni、Fe、Ti、Cr等金属元素与Al元素之间发生强烈的放热反应而形成的一类重要的、有着共同特点的金属间化合物。常见的有NiAl、Ni3Al、FeAl、Fe3Al、TiAl、Ti3Al等。
由于对于高温涂层耐冲蚀性能要求的不断提高，当今国内外对于耐高温冲蚀磨损喷涂材料发展主要集中在以下几个方面：
1.由金属间化合物和陶瓷材料复合的复合涂层在材料设计中具有优势。
2.在喷涂过程中能够形成具有特殊结构（特殊金属间化合物结构或非晶结构）的复合涂层。
3.有较大差异性的多材料之间复合可以获得优异的性能。
陶瓷材料（氧、氮、碳、硼化物）因具有较高的熔点（>1000°C）和硬度等优异的性能而成为优秀的电弧喷涂材料，它们主要用于高温部件的防冲蚀磨损、腐蚀、氧化等防护，但是，单一陶瓷材料因为具有较多的空隙、较低的断裂韧性以及与金属底材差别较大的热膨胀系数而大受限制。金属间化合物具有优越的高温强度和抗氧化性，能很好的耐冲蚀。但是其室温脆性严重制约了此类材料的应用，研究表明，在加入诸如Cr3C2、WC、TiC、SiO2、TiN等陶瓷材料后能极大改善其在高温、高负荷下耐磨性的要求，金属基陶瓷复合材料兼具金属间化合物和陶瓷材料双重性能，既能弥补单一陶瓷断裂韧性低、与基体匹配性能差，又能极大提高涂层耐高温冲蚀磨损的能力，使其成为目前主流的抗高温耐冲蚀磨损涂层材料。当前的金属基-陶瓷复合材料种类较多，国内外主要集中在Cr3C2(-NiCr)，WC-Co(-Cr)、WC-Cr-Ni、TiC-CrNiMo等金属陶瓷以及在铁基、铝基等金属涂层材料中添加AlN、Al2O3、SiC、TiC、Cr3C2粉末等，由于陶瓷与金属基的不匹配性造成这类金属基复合涂层存在较多的缺陷，目前，发现类似于MOSi2、MO5Si3等金属陶瓷在某些温度范围兼具陶瓷与金属的一些优点，是未来发展的一个重要方向。另外，一些拥有特殊晶体结构的耐高温金属间化合物（TiAL系）是目前研究的热点。
非晶或准晶材料由于其特殊的结构使得它们比同成分的晶体材料拥有优异得
多的性能，比如拥有更低的热传导，低的摩擦系数，更好的耐蚀性和耐高温氧化性能以及高的硬度的高温强度。在合金涂层方面，具体表现为拥有极为优异的耐磨性和耐蚀性，非晶金属间化合物涂层材料是当今涂层材料研究的重点之一。目前国内外用于非晶涂层的材料如Fe(Ni)-Cr-B非晶涂层、Duocor涂层、
Fe(Ni)-Cr(-Mo)-C(-P)非晶涂层等都具有出色的力学和耐蚀性能，不仅如此，B，Si等元素还能与Fe、Ni等形成低熔点共晶，扩大固、液相温度区域，极大的提高了喷涂材料的润湿能力，形成喷焊从而有效降低气孔，提高了涂层致密性。但是对于非晶涂层的组织结构和形成机理的了解还不完善，并易再结晶，从而限制了对其进一步的应用和发展，在可能的情况下，我们将着重解决非晶涂层的结构和形成机制。
另外，合金涂层中添加稀土元素能很好的提高合金性能，目前这方面的研究刚刚开始，也是发展趋势之一，如最近有人在Fe基金属涂层中添加不同种类的稀土元素(Fe-B-REM)都获得了较高性能的合金涂层，显微结构中出现了具有极佳抗氧化能力的稀土氧化物和金属间化合物，并显著细化了晶粒。表明在喷涂过程中出现了稀土元素和合金元素的冶金反应，对于具体的组织结构和作用将会得到进一步的研究
在上世纪八十年代前后，出现了复合丝和粉芯丝，为电弧喷涂技术的应用拓展了领域。
粉芯丝是外层为金属内芯装有粉粒的丝材，由于粉芯的材质可选用陶瓷、金属陶瓷或特殊金属与合金元素，并且在喷涂时构成它们的元素之间，以及这些元素与外皮金属之间产生一系列反应，使涂层性能得到复合与叠加，可衍生出许多优异的特性。
应用于煤粉锅炉抗蚀涂层材料，曾先后出现了镍基合金、复合涂层、FeCrAl、NiCrAl、NiCr(80/20,70/30) 、不锈钢、NiCrTi等合金，均有不同程度的效果，这些涂层材料与HVOF所喷涂的NiCr-Cr3C2粉不同，它们是线材形态，专用于电弧喷涂的。NiCrTi的典型产品是TAFALOY45CT，曾被认为是电弧喷涂有效的抗蚀材料。它的缺点是价格昂贵，难以在中国普遍采用，即使在国外，它也受到低廉产品的挑战。
3.3 电弧喷涂设备
电弧喷涂系统一般是由喷涂专用电源、控制装置、电弧喷枪、送丝机及压缩空气供给系统等组成。
3.3.1 电源
目前，电弧喷涂设备使用变压器抽头式平特性整流电源配合等速送丝系统，通过调节电源外特性来调整电弧电压，通过调节送丝速度改变喷涂电流，
由于电弧的电压和电流可以独立分开调节，因而喷涂的规范调节比较方便。平特性电源在弧长变化时，能够引起较大的电流变化，所以电弧自调节作用强；同时这种特性的电源短路电流较大，容易引弧，也有利于防止喷涂时金属丝产生粘丝的现象。这种电弧喷涂设备的主要问题在于：喷涂工作的稳定性和可靠性差，电
源的静特性与动特性适应不了电弧喷涂的要求，容易造成涂层缺陷和喷涂过程中断；不能喷涂铝涂层，因为在铝丝表面总是存在着氧化膜，导致2根铝丝之间引弧非常困难，即使引燃电弧，喷涂
中也容易熄弧，从而导致喷涂过程的中断。此外，这种系统使用变压器抽头式平特性整流电源，通过工频变压器降电压来调整输出电压，因此这种电源的体积和质量大，耗材、效率和功率因素低，适应性差，难以进行电弧喷涂的现场施工。
对于电源部分，国外研制出了采用陡降外特性电源、雾化气用氩气或空气的单丝电弧等离子喷涂系统。这种系统改变了传统的双丝电弧喷涂的原理，使用一根金属丝作正极，喷枪上的钨极作负极，形成等离子转移弧。
这种系统采用陡降外特性，雾化气使用氩气，也可以用空气等其他活性气体。此系统喷枪比普通电弧喷枪尺寸小、质量轻，配件也相应地减小。
单丝电弧等离子系统喷涂时金属的沉积率比双丝电弧喷涂高，而且氧化产物少，涂层致密。双丝电弧与雾化气流垂直，单线电弧与气流方向相同，因此后者的噪声大幅度降低。单线电弧等离子喷涂系统的雾化气流中，可以看到超音速气流具有如同钻石似的一串光斑，使熔化的粒子产生加速运动，提高涂层的性能。另外，此系统可以通过调节送丝速度来控制微粒尺寸和温度，得到更理想的涂层2/3。单丝电弧等离子喷涂系统设备的维护复杂，而且由于送丝方向与气流方向垂直，从而导致送丝很困难，操作时易受空间的限制。
使用逆变式电源作为电弧喷涂的主电源也是近几年研究的方向203。逆变电源动态响应速度快，电弧的动特性好，喷涂时产生的飞溅小。而且，逆变电源也可以十分方便地做局部改动，使其既可以输出直流，又可以输出高频交流方波或高频脉冲直流波形。喷涂时，不但电弧稳定，还可以利用阴极的雾化作用，除铝丝表面的氧化膜，从而顺利地喷涂铝丝。也可以改成高频脉冲直流输出，这种电弧则可以利用脉冲的高压去除铝表面的氧化膜。因此，可以认为，逆变电源取代传统的变压器抽头式主电源是必然趋势。
3.3.2 送丝机构
喷涂枪采用3种设计方案：a 手持喷涂。送丝机构与喷枪分开，采用推丝的方法送丝。喷枪的体积小、质量轻、操作灵活、适应性强，但涂层的均匀性受操作者影响，送丝的距离不能大于5m。b 固定式喷枪。送丝机构与喷枪设计为一体，采用拉丝送丝，这种设计送丝距离远，涂层均匀，但喷枪笨重，常常安装在导轨上进行操作，其适应性较差，成本高。C 采用上述两者的综合设计，送丝采用推拉设计，但在喷枪中的拉丝机构很小，仅仅起辅助作用。这种设计成本高，应用并不多。
3.3.3 喷枪
常规的敞开式喷枪结构如图9a所示。雾化气只能使用一种气体，一般为压缩空气。气流的方向正对着: 根丝材的交点，射流从雾化喷嘴送出后，接喷射到工件表面涂层。这种喷枪所形成的涂层质量较差，而且电弧外泄，影响操作。图9b为经过改进后的半封闭式喷枪，这种结构额外加入了一个二次雾化喷嘴，所用的雾化气为充布在喷枪体内的压缩空气。二次雾化喷嘴的气流可以压缩从一次雾化喷嘴中喷出的射流，从而提高了射流的速度，并且进一步改善射流的雾化效果，提高了涂层的质量；此外，二次雾化气流在一定的程度上降低了电弧的外泄，减轻了劳动强度。但是，这种喷枪不能使用不同的雾化气，因此无法方便地实现对金属射流的保护。
1—空气嘴；2:—后盖（绝缘电木) 3—送丝嘴；4—枪体；5—雾化喷嘴；6—电弧罩；7—二次雾化喷嘴。
图9 敞开式电弧喷涂枪示意图
敞开式喷枪使用压缩空气作雾化气，熔化的粒子表面易氧化，由此得到的涂层氧化物含量和孔隙率比较高，只能用于一般的场合。对于耐腐蚀性有较高要求的工件，如造纸行业的蒸煮器，必须喷涂很厚的涂层且表面用封孔剂才能满足要
求。涂层厚导致内应力大，涂层的孔隙和氧化物影响涂层的结合强度和性能。涂层产生孔隙的基本原因是飞溅。喷涂时，雾化粒子冲击到基体表面并被压平；如果粒子冲击时发生飞溅，产生含有孔隙的非结合区，结合较差。粒子喷溅的外形取决于喷涂粒子的相对动能和表面能，也与粒子的数量、速度、直径、密度、表面张力有关。减小飞溅的方法有：减小粒子的大小，适当降低粒子的速度。粒子的大小和速度决定于雾化气与电弧丝端部的状态以及熔化金属之间的相互作用。降低粒子的速度会影响结合强度，因此喷涂粒子的熔融状态与高速化是对矛盾体，不能单纯追求粒子的高速化。减小粒子尺寸，飞溅减小，涂层表面均匀，但由于粒子表面积与质量比增加，氧化程度相对的增加，涂层的氧化物含量会增加。减小粒子尺寸的另一种方法是提高雾化气流的速度，然而提高雾化气流速度会产生相应的问题。雾化气流提高至超速时会产生震荡波，震荡波容易搅乱喷涂的工艺规范，从而减小粒子的速度，限制了有效雾化气流速度；而且提高雾化气流的速度，会减小粒子大小，当粒子的大小减小到不适合程度的时候，对消除飞溅起反作用。较粗的粒子在飞行中可以保持较高的温度，粒子的高热能可以获得结合强度也高的涂层。此外，由熔化极电弧理论可知，同种材料在相等的电流下，阴极产热大于阳极产热，阴极熔化比阳极快。由于阳极线材温度相对较低，以较慢速度熔化所得到的金属微粒比阴极金属微粒的直径大10倍以上，因此，阳极的金属微粒冲击到基体表面后，形成的涂层比较粗糙；而阴极丝材则相反，所形成的涂层较均匀。为了解决这些问题，只有通过改进喷枪的设计，如采用封闭式喷枪，才能获得理想的射流雾化效果。
封闭式电弧喷涂枪的结构如图2 所示。封闭式弧喷涂枪将喷涂电弧整体封闭在喷枪中，因此不存在电弧外泄的问题，在极大程度上改善劳动条件，提高了生产效率。由于电弧封闭在喷枪中，电弧能充分加热金属丝以及在电弧区的射流，提高了能量利用率，而且使射流达到更高的温度。射流具有较高的温度是实现质量优异的电弧喷涂层的一个最基本的条件。从图2中可以清晰地看出，封闭式喷枪采用了双级射流雾化系统，虽然其中心射流受震荡影响，但是次级射流很少受震荡波的影响。初级射流冲击喷涂丝交叉点，沿轴向带走熔化的喷涂丝端部的熔滴，而次级气体射流在喷嘴收缩的部位，围绕轴向射流，形成锥形罩，其雾化效果优异，粒子的尺寸大幅度减小，飞溅降低。一次雾化使用的是收敛—扩散型喷
热喷涂技术的应用 一、前言 电力工业是国民经济的基础产业，是实现现代化的物质基础。改革开放以来，为适应我国快速发展的国民经济的需求，电力工业也得到了飞速的发展。据统计，到1995年底，我国发电机设备装机容量已超过2亿千瓦，已经连续9年每年新增大、中、型机组超过1000万千瓦。近几年还达到1500万千瓦左右。“九?五”计划期间，我国将要新增加装机8300万千瓦，新增发电量4000亿千瓦时。到2000年，全国电力装机将达到2.9亿千瓦，年发电量达14000亿千瓦时，2010年全国电力装机更将达到5.5亿千瓦左右。 广东省一直处于我国改革开放的前沿，电力工业的发展更是令人瞩目，大亚湾核电站，从化抽水蓄能电站及为数不少的大、中型火电站如雨后春笋般相继矗立于南粤大地，保证了我省经济持续高速的动力需求，有力地推动了我省改革开放的进程。 然而，在电力工业中其中特别是火电厂，从锅炉、气轮机、电机的主机系统，到制粉、出灰等辅助部分，常常由于系统中的某一零件的局部磨损或高温腐蚀而失效，不但影响电厂的安全运行，而且为恢复运行、修复和更换已损坏的部件，不仅需要投入大量人力、物力、财力而且在修理和更换期间，必定影响发电，造成巨大的经济损失。 根据美国通行的电力系统性评价分析方法，设备提高性的经济效益包括三个方面的节约：①替代能源消耗；②备用能源费用；③修理费用。估算结果，美国火电站如能将可用系统提高0.05，则第①项每年可节约84亿美元，第②项相当于省装备用机组34000MW。美国电力研究所最新调查还表明，美国每年平均发生叶片事故40余起，平均每起的修理费用为20万美元，因每次事故停机引起的替代能源耗费为250万美元。10年间因叶片事故造成的直接损失为14亿美元。此外，除直接经济损失外，特别在普遍供电紧张的情况下，备用容量小，停机事故往往引起大面积停电，造成极大的社会影响，以某电厂300MW机组因11级围带飞脱造成停机和地区停电为例，停电40天，少发电约2.6亿度，电费直接损失约2600万元，当时该地区每度电产值约5元，则社会间接损失达1.3亿元，相比之下，几十万元抢修费只是一个零头了。据此，增加设备使用寿命，延长设备大修期间间隔，缩短检修时间，提高设备运行效能就成了电力部门经营管理的关键。 为解决电力系统腐蚀及磨损问题，长期以来，各国的科技工作者和产业界就针对性地进行了不懈的努力。如80年代初期，美国热喷涂技术专业公司（TAFA）与主要热喷涂锅炉应用者以及权威的合金制造者（International Nickel）联合组织力量，对以开发一种能对锅炉管道提供长期持续保护的材料和工艺为目标的工作进行了长期的研究，经过大量的实践证明热喷涂技术不失为一种解决电力工业中腐蚀、磨损的有效而经济的技术。多年来该技术已在美国、英国、日本等国获得了广泛的应用。随着热喷涂技术近年来在我国的推广应用，特别是该技术本身的不断完善和进步，因而逐渐地被人们所接受并开始受到应有的重视，在我国电力工业部门也逐渐得到了某些应用。 二、热喷涂技术简介 热喷涂技术是一种材料表面保护和强化的新技术，它是以气体、液体燃料以及电弧、等离子弧作热源，将金属、合金、陶瓷、金属陶瓷、塑料等粉末或丝材、棒材加热到熔化或半熔化状态，借助于火焰推力或压缩空气喷射而粘附到预先经过表面处理的工件表面形成涂层，赋予工件以耐磨、耐腐蚀、抗高温、耐氧化、隔热、绝缘等特性，以达到提高工件性能、延长设备使用寿命的一种技术。由于该技术工艺及涂层材料选择范围十分广泛，操作简便灵活，特别适合于现场施工和工件局部修复，因此，热喷涂技术不但是新设备预保护的有效方法，而且是现场维修有效而经济的手段。
等离子喷涂技术的现状与展望 程越 机电院学号：2010235 摘要：综合分析了国内外等离子喷涂技术的现状, 着重阐述了今后的发展趋势, 并希望这一技术在我国的工业生产中发挥更大的作用。关键词：等离子喷涂实时诊断智能控制 1概述 随着现代科技和工业的发展, 对材料的性能提出了愈来愈高的要求, 不同的领域对材料的性能要求也有很大的差别, 即对于同一零部件的不同部位所要求的性能亦有所不同。因此, 寻求各种功能材料,甚至是智能材料已经成为当今世界的热门研究课题之一。 等离子喷涂技术是获得材料表面功能涂层的有效手段, 具有生产效率高、涂层质量好、喷涂的材料范围广、成本低等优点。因此, 近十几年来, 该技术的进步和生产应用发展很快, 现已广泛用于核能、航天航空、石化、机械等领域。 欧美国家从事等离子喷涂技术的研究工作较早, 现已形成大规模的开发、研制、生产基地。涌现出一批大型跨国公司, 如美国的Miller公司、METCO公司、瑞士的Castolin公司, 并分别开发了自己的系列产品, 不断加以改进。如METCO公司从最初的3M系统发展到了现在的10M 系统。最近又推出了计算机控制的等离子喷涂系统, 配有AR-2000 型6关节机器人, 可对不同部件进行编程, 制订不同的喷涂工艺, 具有菜单式软件驱动,可实时监测和记录等离子喷涂工艺参数, 并加以闭环控制。 日本虽然起步较晚, 但非常注重引进世界一流的设备和技术, 并加以发展。特别是近年来, 日本在等离子喷涂技术方面的研究异常深人, 大有后来居上之势。 在1992年第十三届国际热喷涂会议上, 共提交论文250多篇。其中美国110篇, 日本40篇, 德国24篇,中国12 篇, 其它多来自欧洲国家。在编人会议论文集的161篇文章中, 我国只有2 篇人选。由此可看出在一定程度上反映了各国的发展水平。 与先进国家相比, 我国在等离子喷涂技术研究上投入的人力、物力较少, 而又分散在多家研究机构。如武汉材料保护研究所、航天部625所、清华大学、华南理工大学、沈阳工业大学、北京矿冶研究总院和广州有色金属研究所。这样, 其研究能力就显得更加势单力薄。80年代初, 武汉材保所和航天部625所, 在METCO公司7M 系统的基础上, 分别研制出可控硅整流等离子喷涂系统, 可惜未能形成生产能力和继续发展。近年来, 我国对等离子喷涂技术的研究工作多集中在涂层性能及喷涂工艺方面。国内从事等离子喷涂设备生产的仅几家小厂, 技术力量薄弱, 尚不具备开发、研制能力, 所生产的机型落后, 技术水平低。 2等离子喷涂电源及改进 目前, 等离子喷涂技术正朝着高效、大功率方向发展。但现已商品化的等离子喷涂系统多采用传统的整流式电源, 不仅能耗高, 而且体大笨重, 不便于现场使用。作为世界一流的METCO公司所生产的等离子喷涂设备中, 其电源也是晶闸管整流式, 其整机重量930kg。体积为690mm（长）╳1230mm（宽）╳1220mm（高）。目前, 使等离子喷涂设备实现节能和小型化已成为一个重要的研究课题。 瑞士的castolin、公司最近率先推出了小型的晶体管式等离子喷涂电源, 其设计紧凑,
齐鲁工业大学|机械与汽车工程学院 热喷涂技术的研究综述 孙* （齐鲁工业大学机械与汽车工程学院 20130102****） 摘要： 本文介绍了热喷涂技术的由来，发展历程，工艺特点（热喷涂工艺的优缺点），基本概念，总结了热喷涂技术的应用状况，探讨了新工艺、新材料在热喷涂技术中的应用前景。 关键词：表面处理；热喷涂；热喷涂的优缺点；热喷涂的应用进展 前言： 高新技术的飞速发展对提高金属材料的性能、延长仪器设备中零部件的使用寿命提出了越来越高的要求。而这两个方面的要求又面临高性能结构材料成本逐年上升的问题。近年来，表面工程发展很快，尤其是热喷涂技术获得了巨大的进展，为解决上述问题提供了一种新的方法。热喷涂技术是一种将涂层材料 (粉末或丝材 )送入某种热源 (电弧、燃烧火焰、等离子体等 )中熔化，并利用高速气流将其喷射到基体材料表面形成涂层的工艺。由于热喷涂技术可以喷涂各种金属及合金、陶瓷、塑料及非金属等大多数固态工程材料，所以能制成具备各种性能的功能涂层，并且施工灵活，适应性强，应用面广，经济效益突出，尤其对提高产品质量、延长产品寿命、改进产品结构、节约能源、节约贵重金属材料、提高工效、降低成本等方面都有重要作用。热喷涂涂层具有耐磨损、耐腐蚀、耐高温和隔热等优良性能，并能对磨损、腐蚀或加工超差引起的零件尺寸减小进行修复，在航空航天、机械制造、石油化工等领域中得到了广泛的应用【1-3】。 热喷涂发展现状： 1、热喷涂技术的由来 热喷涂是指采用氧—乙炔焰、电弧、等离子弧、爆炸波等提供不同热源的喷涂装置，产生高温高压焰流或超音速焰流，将要制成涂层的材料如各种金属、陶
瓷、金属加陶瓷的复合材料、各种塑料粉末的固态喷涂材料，瞬间加热到塑态或熔融态，高速喷涂到经过预处理（清洁粗糙）的零部件表面形成涂层的一种表面加工方法。我们把特殊的工作表面叫“涂层”，把制造涂层的工作方法叫“热喷涂”，它是采用各种热源进行喷涂和喷焊的总称。 热喷涂技术最早出现在 20世纪早期的瑞士，随后在前苏联、德国、日本、美国等国得到了不断的发展，各种热喷涂设备的研制、新的热喷涂材料的开发及新技术的应用，使热喷涂涂层质量不断得到提高并开拓了新的应用领域【4】。热喷涂技术在我国始于20世纪50年代，至70年代末形成气候。目前，无论在设备、材料、工艺、科研等方面都在迅速发展与提高，成为表面技术重要组成部分。 2、热喷涂技术的发展历程 在 1993年以前【5-6】介绍较多的是单一热喷涂的技术与方法，其中以火焰喷涂法最为常见。虽然该法(火焰温度可达 3000℃)，可熔化大多数金属，但由于陶瓷材料熔点太高而使该法受到限制。与现有的火焰喷涂、等离子喷涂、电弧喷涂等技术相比，气体爆炸喷涂具有致密性好，孔隙率低，结合强度高等优点。但因爆炸法之粉料以直线束方式射向基体表面，对形状复杂和细小件内壁难以处理，并需专门隔音装置以对付约140分贝的爆炸声，且涂层与基体之结合强度也有待于提高。新近研制的超音速喷涂法利用喷枪(具有混合气体室，燃烧室及扩张嘴)在压力下点燃混合气体，通过扩张使燃烧继续，由此可产生超音速(1370m/s)和高温(2760℃)的气流，从而能喷涂金属陶瓷，例如WC-Co和WC-Cr-Ni等粉末材料，并无脱碳现象。与爆炸喷涂相比，由于火焰的超音速提高了粒子的速度，其所制得的涂层致密且高耐水性。加上热源温度低，限制了粉末粒子加热，从而有效地抑制了粉末中 WC的分解。实验得出，超音速法所形成的涂层较等离子及氧—乙炔火焰法形成的涂层性能优越，其耐蚀性能与硬质合金YT相当。并且涂层材料已从金属、合金、陶瓷进而扩大到塑料等非导电性材料【7】。 我国热喷涂技术是从五十年代开始的,当时由吴剑春和张关宝在上海组建了国内第一个专业化喷涂厂,研制氧乙炔焰丝喷及电喷装置，并对外开展金属喷涂业务。我国热喷涂技术起步较早，50年代就发展了丝材电弧喷涂；60年代某些军工部分开始研究等离子喷涂，等离子弧焰温度高、等离于喷涂颗粒飞行速度快，
热喷涂技术原理及其应用 摘要：对于一些超薄零件，在其表面喷涂具有高强度、硬度较高耐磨性的陶瓷涂层，增加零件的耐磨性。热喷入技术是制备涂层的主要方法，目前正迅速应用到民用工业领域。本文主要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。 关键字：表面工程热喷涂涂层火焰喷涂 1绪论 磨蚀和磨损是造成材料和零部件失效的主要原因。据有关资料介绍，发达国家每年由腐蚀和磨损所造成的损失约占国民经济总产值的4%～5%，而全世界每年生产的钢材约有1/10变成铁锈。我国每年由腐蚀和磨损造成的经济损失已达数亿人民币。 随着现代科学技术和现代工业发展，对各种设备零件的表面性能提出了更高的要求，特别是在一些特殊条件下工作的零件表面的耐磨性、耐蚀性及高温氧化性等。因此改善材料表面性能，不仅可以有效地延长零件的使用寿命、节约资源，更有利于社会的发展[1]。 表面工程是21世纪工业发展的关键技术之一，表面技术分为表面改性技术、薄膜技术和涂层技术三大类，而热喷涂技术是表面工程领域中十分重要的技术，约占表面工程技术的1/3，是国外50年代发展起来的一项机械零件修复和预保护的新技术。它可以使各种机械设备车辆的零部件使用寿命延长。使报废的零部件“起死回生”。从学科上讲，热喷涂技术是一个涉及金属学、高分子学、表面物理、表面化学、流体力学、传热学、等离子物理及计算机等学科的交叉边缘科学[2]。 热喷涂技术有两大突出特征:一是喷涂粉末的成分不受限制,可根据特殊要求予以选择；二是热喷涂过程中工件温度可保持在100-260℃,从而减少了变形氧化和相变等,使材料本身的性能不被破坏或损失，这些特征以及热喷涂涂层所具
热喷涂标准清单 GB/T15717—95 真空金属镀层厚度测试法电阻法 GB/T 3138—95 金属镀覆和化学处理与有关过程术语 GB/T1238—76 金属镀层及化学处理表示方法 GB/T 4955—85 金属覆盖层厚度测量阳极溶解库仑方法 GB/T 4956—85 磁性金属基体上非磁性覆盖层厚度测量磁性方法 GB/T 4957—85 非磁性金属基体上非导电覆盖层厚度测量涡流方法 GB/T 5270—85 金属基体上的金属覆盖层(电沉积层和化学沉积层)附着强度试验方法 GB/*5926—86 轻工产品金属镀层和化学处理层的外观质量测试方法 GB/* 5927—86 轻工产品金属镀层的厚度测试方法计时 GB/* 5928—86 轻工产品金属镀层和铝氧化膜的厚度测试方法测重法 GB/* 5929—86 轻工产品金属镀层和化学处理层的厚度测试方法金相显微镜法 GB/* 5930—86 轻工产品金属镀层的厚度测试方法点滴法 GB/* 5931-86 轻工产品金属镀层和化学处理层的厚度测试方法β射线反向散射法 GB/* 5932—86 轻工产品金属镀层和化学处理层的耐磨试验方法 GB/* 5933—86 轻工产品金属镀层的接合强度测试方法 GB/* 5934—86 轻工产品金属镀层的硬度测试方法显微硬度法 GB/* 5935—86 轻工产品金属镀层的孔隙率测试方法 GB/* 5936—86 轻工产品黑色金属化学保护层的测试方法浸渍点滴法 GB/* 5937—86 轻工产品镀锌白色钝化膜的存在试验及耐腐蚀试验方法 GB/* 5938—86 轻工产品金属镀层和化学处理层的耐腐蚀试验方法中性盐雾试验(NSS) GB/* 5939—86 轻工产品金属镀层和化学处理层的耐腐蚀试验方法乙酸盐雾试验(ASS) GB/* 5940—86 轻工产品金属镀层和化学处理层的耐腐蚀试验方法铜盐加速乙酸盐雾试验(CASS)法
热喷涂技术的研究综述 摘要：提高热喷层的致密性，减少其孔隙，可以防止涂层过早腐蚀，延长其使用寿命。简述了热喷涂层孔隙出现的原因;介绍了减少热喷涂层孔隙率、提高涂层耐腐蚀性能的方法;指出了提高热喷涂层耐腐蚀性能的发展方向。 通过系统介绍钢桥防腐蚀的必要性、热喷涂防腐蚀主要方法、国内外热喷涂技术的主要标准，列举了一些国内外钢桥热喷涂防腐蚀应用实例，希望可以为我国钢桥的设计、建造、维修、养护工作提供一定的参考。 关键词:钢桥;防腐蚀;热喷涂;技术;应用；涂层致密性;重熔处理;喷涂工艺;封孔处理 前言:热喷涂技术能赋予材料表面一些特殊的性能，如提高耐腐蚀性、电绝缘性、耐磨减摩、抗高温氧化性及电磁屏蔽吸收等功能。热喷涂层材料可以是金属、金属合金、陶瓷、金属陶瓷、塑料以及复合材料等，其涂层广泛应用于航空航大、石油化工、机械制造、冶金、交通运输、建筑等领域。但是，热喷涂层的表面和内部会存在一定数最的孔隙，服役于腐蚀环境时，腐蚀介质会通过这些孔隙穿过涂层，直至基体，对基体产生腐蚀。腐蚀产物会在涂层/基体界ICI积累，其疏松的结构特征以及体积膨胀会导致涂层龟裂、脱落，以致涂层失效比习;同时，涂层孔隙还会降低涂层与基体之间和涂层内部的结合强度，影响涂层使用寿命。因此，如何减少或消除涂层中的孔隙己成为完善热喷涂层制造技术的一个重要研究方向。 一、提高热喷涂层致密性技术的研究现状及发展方向 1、热喷涂层孔隙出现的原因 热喷涂层是由无数熔融或半熔融的变形粒子互相交错呈波浪式堆叠在一起而形成的层状组织结构。在常规大气环境喷涂过程中，这些变形粒子与周围介质发生氧化反应，而使涂层中出现氧化物。变形粒子在交错堆叠的过程中，由于飞行速度和温度不同，使得不断堆叠起来的涂层呈现出明显的不规则状，导致堆叠粒子之间存在缝隙或孔洞。在冷却凝固过程中，若熔融粒子间析出的气体来不及从粒子堆内逸出，就会在涂层中形成气孔。同时，变形粒子随温度的不断降低而产生收缩，若得不到液相的及时补充，也会在涂层中形成孔洞。
热喷涂技术在我国航天领域的应用 吴朝军 吴晓峰 杨杰 曾发（航天材料及工艺研究所 北京100076）① 文摘：热喷涂是表面工程领域中的一项重要技术，本文阐述了热喷涂技术的主要工艺方法和常用的功能性涂层，简单回顾了热喷涂技术在航天领域的应用历程，介绍了热喷涂技术在我国航天领域的应用现状并对未来的发展进行了展望。 1.热喷涂技术简介 热喷涂技术是利用热源将喷涂材料加热至溶化或半溶化状态，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的方法。热喷涂有多种工艺方法，如等离子喷涂、电弧喷涂、火焰喷涂和爆炸喷涂等。 图1热喷涂技术涂层形成原理 热喷涂技术应用十分广泛，选择不同性能的涂层材料和不同的工艺方法，可制备热障、可磨耗封严、耐磨密封、抗高温氧化、导电绝缘、远红外辐射等功能涂层。涂层材料几乎涉及到所有固态工程材料，包括金属、金属合金、陶瓷、金属陶瓷、塑料及其它们的复合材料。热喷涂技术广泛应用于航空航天、冶金、能源、石油化工、机械制造、交通运输、轻工机械、生物工程等国民经济各个领域。 2.现代航天技术 现代航天技术是包括运载火箭、人造地球卫星、载人飞船、空间站、空间探测器等的一项综合系统工程技术。其中运载火箭是航天技术的基础，也是我国发展较为成熟并具有国际先进水平的一项技术，因此热喷涂在航天领域的应用主要指在运载火箭方面的应用。 运载火箭是在导弹的基础上发展的，一般由2～4级组成。每一级都包括箭体结构、推进系统和飞行控制系统。末级有仪器舱，内装制导与控制系统、遥测系统和发射场安全系统。级与级之间靠级间段连接。有效载荷装在仪器舱的上面，外面套有整流罩。 3.热喷涂技术在我国航天领域的应用 热喷涂技术的进步在很大程度上得益于20世纪世界航空工业的空前发展，航天工业在时间上迟 ① 本文通讯联系人：吴朝军（航天材料及工艺研究所 北京100076） - 114 -
等离子喷涂技术的现状与展望 笑嘻嘻 机械11-3 学号：2011 摘要：综合分析了国内外等离子喷涂技术的现状, 着重阐述了今后的发展趋势, 并希望这一技术在我国的工业生产中发挥更大的作用。关键词：等离子喷涂实时诊断智能控制 1概述 随着现代科技和工业的发展, 对材料的性能提出了愈来愈高的要求, 不同的领域对材料的性能要求也有很大的差别, 即对于同一零部件的不同部位所要求的性能亦有所不同。因此, 寻求各种功能材料,甚至是智能材料已经成为当今世界的热门研究课题之一。 等离子喷涂技术是获得材料表面功能涂层的有效手段, 具有生产效率高、涂层质量好、喷涂的材料范围广、成本低等优点。因此, 近十几年来, 该技术的进步和生产应用发展很快, 现已广泛用于核能、航天航空、石化、机械等领域。 欧美国家从事等离子喷涂技术的研究工作较早, 现已形成大规模的开发、研制、生产基地。涌现出一批大型跨国公司, 如美国的Miller公司、METCO公司、瑞士的Castolin公司, 并分别开发了自己的系列产品, 不断加以改进。如METCO公司从最初的3M系统发展到了现在的10M 系统。最近又推出了计算机控制的等离子喷涂系统, 配有AR-2000 型6关节机器人, 可对不同部件进行编程, 制订不同的喷涂工艺, 具有菜单式软件驱动,可实时监测和记录等离子喷涂工艺参数, 并加以闭环控制。 日本虽然起步较晚, 但非常注重引进世界一流的设备和技术, 并加以发展。特别是近年来, 日本在等离子喷涂技术方面的研究异常深人, 大有后来居上之势。 在1992年第十三届国际热喷涂会议上, 共提交论文250多篇。其中美国110篇, 日本40篇, 德国24篇,中国12 篇, 其它多来自欧洲国家。在编人会议论文集的161篇文章中, 我国只有2 篇人选。由此可看出在一定程度上反映了各国的发展水平。 与先进国家相比, 我国在等离子喷涂技术研究上投入的人力、物力较少, 而又分散在多家研究机构。如武汉材料保护研究所、航天部625所、清华大学、华南理工大学、沈阳工业大学、北京矿冶研究总院和广州有色金属研究所。这样, 其研究能力就显得更加势单力薄。80年代初, 武汉材保所和航天部625所, 在METCO公司7M 系统的基础上, 分别研制出可 控硅整流等离子喷涂系统, 可惜未能形成生产能力和继续发展。近年来, 我国对等离子喷涂技术的研究工作多集中在涂层性能及喷涂工艺方面。国内从事等离子喷涂设备生产的仅几家小厂, 技术力量薄弱, 尚不具备开发、研制能力, 所生产的机型落后, 技术水平低。 2等离子喷涂电源及改进 目前, 等离子喷涂技术正朝着高效、大功率方向发展。但现已商品化的等离子喷涂系统多采用传统的整流式电源, 不仅能耗高, 而且体大笨重, 不便于现场使用。作为世界一流的METCO公司所生产的等离子喷涂设备中, 其电源也是晶闸管整流式, 其整机重量930kg。体积为690mm（长）╳1230mm（宽）╳1220mm（高）。目前, 使等离子喷涂设备实现节能和小型化已成为一个重要的研究课题。 瑞士的castolin、公司最近率先推出了小型的晶体管式等离子喷涂电源, 其设计紧凑,
热喷涂技术的特点 热喷涂技术具有的优点： 1、设备轻便，可现场施工。 2、工艺灵活、操作程序少。可快捷修复，减少加工时间。 3、适应性强，一般不受工件尺寸大小及场地所限。 4、涂层厚度可以控制。 5、除喷焊外，对基材加热温度较低，工件变形小，金相组织及性能变化也较小。 6、适用各种基体材料的零部件、几乎可在所有的固体材料表面上制备各种防护性涂层和功能性涂层。 热喷涂技术的特点 从热喷涂技术的原理及工艺过程分析,热喷涂技术具有以下一些特点. 1. 由于热源的温度范围很宽,因而可喷涂的涂层材料几乎包括所有固态工程材料,如金属,合金,陶瓷,金属陶瓷,塑料以及由它们组成的复合物等. 因而能赋予基体以各种功能(如耐磨,耐蚀,耐高温,抗氧化,绝缘,隔热,生物相容,红外吸收等)的表面. 2. 喷涂过程中基体表面受热的程度较小而且可以控制,因此可以在各种材料上进行喷涂(如金属,陶瓷,玻璃,布疋,纸张,塑料等),并且对基材的 组织和性能几乎没有影响,工件变形也小. 3.设备简单,操作灵活, 既可对大型构件进行大面积喷涂,也可在指定的局部进行喷涂;既可在工厂室内进行喷涂也可在室外现场进行施工. 4.喷涂操作的程序较少,施工时间较短,效率高,比较经济. 随着热喷 涂应用要求的提高和领域的扩大, 特别是喷涂技术本身的进步, 如喷涂设备的日益高能和精良,涂层材料品种的逐渐增多,性能逐渐提高, 热喷涂技术近十年来获得了飞速的发展, 不但应用领域大为扩展, 而且该技术已由早期的制备一般的防护涂层发展到制备各种功能涂层;由单个工件的维修 发展到大批的产品制造;由单一的涂层制备发展到包括产品失效分析,表面 预处理, 涂层材料和设备的研制,选择, 涂层系统设计和涂层后加工在内 的喷涂系统工程;成为材料表面科学领域中一个十分活跃的学科.并且在现代工业中逐渐形成象铸,锻,焊和热处理那样的独立的材料加工技术.成为工业部门节约贵重材料,节约能源,提高产品质量,延长产品使用寿命,降低 成本,提高工效的重要的工艺手段, 在国民经济的各个领域内得到越来越 广泛的应用.
表面工程学（论文） 班级：材科101 学生姓名：宋俊伟 学号：201001524125 指导教师：汤峰
热喷涂技术的发展和应用 【摘要】主要介绍了热喷涂的基本方法、设备、材料和涂层特性；以及当前的发展动态和应用情况；并简要介绍了应用研究的前景。 【关键词】热喷涂加工技术、加工原理、应用现状、发展前景。 引言 热喷涂是一种迅速发展的表面强化新工艺新技术。它采用专用设备，利用各种热源将金属或非金属材料加热到熔化或半熔化状态，用高速气流将其吹成微小微粒并喷射到机件表面，形成覆盖涂层，以提高机件耐磨、耐蚀、耐热等性能。热喷涂技术最早出现在上世纪早期的瑞士，随后在苏联、德国、日本、美困等圉得到了不断的发展，各种热喷涂设备的研制，新的热喷涂材料的开发，新技术的不断应用，使热喷涂涂层质量得到了不断的提高，并不断开拓新的应用领域。目前，以火焰喷涂、超音速喷涂、电爆喷涂、电容放电喷涂、等离子喷涂为代表的热喷涂技术与设备，以及一系列喷涂喷焊粉末新材料，各种热喷涂技术趋于成熟，喷涂装置日益完善，不仅能喷金属、合金、陶瓷，还能喷涂塑料和复合材料。近几年来电子计算机在等离子喷涂系统中的应用，使热喷涂技术达到了相当完善的地步，不仅使应用范嗣大为扩展，而且使涂层质量有了质的飞跃。热喷涂技术不仅涉及到材料学、表面物理化学、流体力学、传热学、等离子物理等，还涉及到机械，计算机和新材料等学科，是一门交叉边缘学科。 1.热喷涂技术简介 热喷涂技术是通过某种热源将某些材料表面加热至熔融或半熔融状态，然后喷射到涂敷的基体表面，形成一层性能优于原来基体的涂层，从而使原工件具有更加优异的表面性能，或者是使工件获得一种或几种原来基体材料不具备的表面性能膜状组织。其喷涂温度、熔滴对基体表面的冲击速度及形成涂层的材料构成了喷涂技术的核心。温度和速度取决于不同的热源和设备。在一定的温度范围内，温度越高、速度越大，越有利于形成优异的涂层；喷涂材料的可选择性，是热喷涂技术的另一种优势，正是这三种要素，以及其他多项可控的影响因素，使热喷涂成为真正的具有叠加效果的独特技术，它可以设计出所需的多种多样的改性表面，从而在机械维修、航天和生物工程等高技术领域得到广泛应用。
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
热喷涂技术概述 1、热喷涂技术概述 众所周知，除少数贵金属外，金属材料会与周围介质发生化学反应和电化学反应而遭受腐蚀。此外，金属表面受各种机械作用而引起的磨损也极为严重。大量的金属构件因腐蚀和磨损而失效，造成极大的浪费和损失。据一些工业发达国家统计，每年钢材因腐蚀和磨损而造成的损失约占钢材总产量的10 %，损失金额约占国民经济总产值的2 - 4 %。如果将因金属腐蚀和磨损而造成的停工、停产和相应引起的工伤、失火、爆炸事故等损失统计在内的话，其数值更加惊人。因此，发展金属表面防护和强化技术，是各国普遍关心的重大课题。随着尖端科学和现代工业的发展，各工业部门越来越多地要求机械设备能在高参数(高温、高压、高速度和高度自动化)和恶劣的工况条件(如严重的磨损和腐蚀)下长期稳定的运行。因此，对材料的性能也提出更高要求。采用高性能的高级材料制造整体设备及零件以获得表面防护和强化的效果，显然是不经济的，有时甚至是不可能的。所以，研究和发展材料的表面处理技术就具有重大的技术和经济意义。而表面处理技术也在这种需求的推动下获得了飞速的发展和提高。 热喷涂技术就是这种表面防护和强化的技术之一，是表面工程中一门重要的学科。所谓热喷涂，就是利用某种热源，如电弧、等离子弧、燃烧火焰等将粉末状或丝状的金属和非金属涂层材料加热到熔融或半熔融状态，然后借助焰流本身的动力或外加的高速气流雾化并以一定的速度喷射到经过预处理的基体材料表面，与基体材料结合而形成具有各种功能的表面覆盖涂层的一种技术。 一、热喷涂技术的分类 根据热源的种类热喷涂技术主要分类为：
二、热喷涂设备 虽然因热喷涂的方法不同其设备也各有差异，但依据热喷涂技术的原理，其设备都主要由喷枪、热源、涂层材料供给装置以及控制系统和冷却系统组成。 三、热喷涂工艺 热喷工艺过程如下： 工件表面预处理→工件预热→喷涂→涂层后处理 1。表面预处理 为了使涂层与基体材料很好地结合，基材表面必须清洁及粗糙，净化和粗化表面的方法很多，方法的选择要根据涂层的设计要求及基材的材质、形状、厚薄、表面原始状况以及施工条件等因素而定。净化处理的目的是除去工件表面的所有污垢，如氧化皮、油渍、油漆及其他污物，关键是除去工件表面和渗入其中的油脂。净化处理的方法有，溶剂清洗法、蒸汽清洗法、碱洗法及加热脱脂法等。粗化处理的目的是增加涂层与基材间的接触面，增大涂层与基材的机械咬合力，使净化处理过的表面更加活化，以提高涂层与基材的结合强度。同时基材表面粗化还改变涂层中的残余应力分布，对提高涂层的结合强度也是有利的。粗化处理的方法有喷砂、机械加工法(如车螺纹、滚花)、电拉毛等。其中喷砂处理是最常用的粗化处理方法，常用的喷砂介质有氧化铝、碳化硅和冷硬铸铁等。喷砂时，喷砂介质的种类和粒度、喷砂时风压的大小等条件必须根据工件材质的硬度、工件的形状和尺寸等进行合理的选择。对于各种金属基体，推荐采用的砂粒粒度约为16－60 号砂，粗砂用于坚固件和重型件的喷砂，喷砂压力为0。5－0。7Mpa，薄工件易于变形，喷砂压力为0。3－0。4Mpa。特别值得注意的一点是，用于喷砂的压缩空气一定要是无水无油的，否则会严重影响涂层的质量。喷涂前工件表面的粗化程度对大多数金属材料来说2。5－13 μmRa 就够了。随着表面粗糙度的增加涂层与基体材料的结合增强，但是当表面粗糙度超过10μmRa 后，涂层结合强度的提高程度便会减低。对于一些与基材粘结不好的涂层材料，还应选择一种与基体材料粘结好的材料喷涂一层过渡层，称为粘结底层，常用作粘结底层的材料有Mo、NiAl、NiCr 及铝青
热喷涂综述 一、热喷涂的定义 热喷涂技术，是采用某种高温热源，将欲涂覆的涂层材料熔化或至少软化，并用气体使之雾化成微细液滴或高温颗粒，高速喷射到经过预处理的基体表面形成涂层的技术。 当热源的比能量足以使基体表面发生薄层熔化，与喷射的熔融颗粒形成完全致密的冶金结合涂层时，称为热喷焊，简称喷焊。 使用高温热源，如氧——可燃气体燃烧火焰、电弧、等离子电弧、激光束、爆炸能等，是热喷涂技术区别于其他喷涂方法和表面涂覆方法的主要特征。不同热源的最高温度列于附表。 附表：不同热源的最高温度 二、热喷涂技术的特点 采用热喷涂技术，制备各种表面强化和表面防护涂层，具有许多独特的优点。 (1)能够喷涂的材料范围特别广，包括各种金属及合金、陶瓷及金属陶瓷、塑料、非金属矿物等几乎所有固态工程材料。因而能够制备耐磨、减摩、耐蚀、耐高温、抗氧化、绝缘、导电、催化、辐射、防辐射、抗干扰、超导、非晶态及生物功能等各种功能涂层； (2)能够在多种基体材料上形成涂层，包括金属基体、陶瓷基体、塑料基体、石膏、木材甚至纸板上都能喷涂，被喷涂的材料范围也十分广泛； (3)一般不受被喷涂工件尺寸和施工场所的限制，既可厂内施工，也可现场施工； (4)涂层沉积效率较高，特别适合沉积薄膜涂层。涂层厚度可以控制，从几十微米到几毫米甚至可厚达20mm； (5)除喷焊外，热喷涂施工对基体的热影响很小，基体受热温度不超过200℃，基体不会发生变形和性能变化； (6)在满足强度要求的前提下，制件基体可以采用普通材料代替贵重材料，仅涂层使用优质材料，使“好钢用在刀刃上”； (7)热喷涂施工艺灵活，方便，迅速，适应性强。 当然，热喷涂技术也有如下一些缺点。 (1)除喷焊外，热喷涂涂层与基体的结合主要是物理机械结合，结合强度不大高，涂层耐冲击和重载性能较差； (2)喷涂涂层含有不同程度的孔隙，对于耐腐蚀、抗氧化、绝缘等应用，一般不如整体材料。但可通过复合涂层系统设计等方法予以改进提高； (3)喷涂小件时，涂层材料的收得率低；
热喷涂技术原理及其应 用 Document serial number【UU89WT-UU98YT-UU8CB-UUUT-UUT108】
热喷涂技术原理及其应用摘要：对于一些超薄零件，在其表面喷涂具有高强度、硬度较高耐磨性的陶瓷涂层，增加零件的耐磨性。热喷入技术是制备涂层的主要方法，目前正迅速应用到民用工业领域。本文主要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。 关键字：表面工程热喷涂涂层火焰喷涂 1绪论 磨蚀和磨损是造成材料和零部件失效的主要原因。据有关资料介绍，发达国家每年由腐蚀和磨损所造成的损失约占国民经济总产值的4%～5%，而全世界每年生产的钢材约有1/10变成铁锈。我国每年由腐蚀和磨损造成的经济损失已达数亿人民币。 随着现代科学技术和现代工业发展，对各种设备零件的表面性能提出了更高的要求，特别是在一些特殊条件下工作的零件表面的耐磨性、耐蚀性及高温氧化性等。因此改善材料表面性能，不仅可以有效地延长零件的使用寿命、节约资源，更有利于社会的发展[1]。 表面工程是21世纪工业发展的关键技术之一，表面技术分为表面改性技术、薄膜技术和涂层技术三大类，而热喷涂技术是表面工程领域中十分重要的技术，约占表面工程技术的1/3，是国外50年代发展起来的一项机械零件修复和预保护的新技术。它可以使各种机械设备车辆的零部件使用寿命延长。使报废的零部件“起死回生”。从学科上讲，热喷涂技术是一个涉及金属学、高分子学、表面物理、表面化学、流体力学、传热学、等离子物理及计算机等学科的交叉边缘科学[2]。
热喷涂技术有两大突出特征:一是喷涂粉末的成分不受限制,可根据特殊要求予以选择；二是热喷涂过程中工件温度可保持在100-260℃,从而减少了变形氧化和相变等,使材料本身的性能不被破坏或损失，这些特征以及热喷涂涂层所具备的耐热、耐蚀、耐磨、抗氧化、绝缘、隔热等特殊功能,使热喷涂技术得到迅速发展。在选择一种涂层技术时应该考虑到涂层技术的经济性和技术性能，要在整个系统中考虑到表面涂层或其他表面改性和处理的方法，要知道表面要求的功能、服务环境、基材（合金、热处理等）所处理表面的性能，必须考虑到涂层自身的技术问题和经济性，涂层的使用寿命和优点，而不仅仅是涂层的生产成本。 涂层可以对材料表面性能（耐磨性、耐蚀性、耐热性等）进行强化或再生，起到保护作用，并对因磨损腐蚀或加工超差引起的零件尺寸减小进行修复。同时，还可以赋予材料表面以特殊性能（电、光、磁等）。现在生产实际中应用比较广泛的方法主要有火焰喷涂法（包括线材火焰喷涂、粉末火焰喷涂、超音速火焰喷涂、爆炸喷涂等）、等离子弧喷涂和电弧喷涂。基于热喷涂市场的巨大潜力及其社会效益和经济效益，在世界范围内，热喷涂技术受到极大关注。 热喷涂技术是是表面工程的重要组成部分，与其他表面技术相比，热喷涂技术具有诸多优点： 1. 涂层的基体材料几乎不受限制，如金属材料、无机材料（玻璃、陶瓷）、有机材料（包括木材、布、纸类）等； 2. 基材性能不变化，除火焰喷熔工艺外，喷涂过程中基材受热温度低，不发生组织性能变化、变形小；
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，
材料现代表面技术 论文题目：热喷涂技术及其应用 学院：研究生学院 学号： 学生姓名： 指导教师：
热喷涂技术及其应用 一、热喷涂的定义 热喷涂是利用热源讲喷涂材料加热到熔化或半融化状态，用高速气流将其雾化并喷射到基体表面形成涂层的技术。热喷涂技术在普通材料的表面上，制造一个特殊的工作表面，使其达到：防腐、耐磨、减摩、抗高温、抗氧化、隔热、绝缘、导电、防微波辐射等一系多种功能，使其达到节约材料，节约能源的目的，我们把特殊的工作表面叫涂层，把制造涂层的工作方法叫热喷涂。 二、热喷涂基本原理 1.热喷涂的基本过程 ①喷涂材料被加热到熔化或半融化状态 ②喷涂材料的熔滴被雾化 ③雾化或软化的微细颗粒喷射飞行 ④微小颗粒撞击基体表面并形成涂层 2.涂层的结构 热喷涂涂层是由燃烧火焰或等离子热源将某种材料加热至熔化或热塑性状态，形成一簇高速的熔态粒子流(熔滴流)，熔滴依次撞击基体或已形成的涂层表面，经过粒子的横向流动扁平化、急速凝固冷却、不断堆积起来而形成的。 由于热喷涂涂层为典型的层状结构，所以涂层的性能具有方向性。在垂直和平行涂层为向上的性能有显著的差异。对涂层进行适当地处理和重熔，既可以使层状结构转变为均质结构，还可以消除层状中的氧化物夹杂和气孔。 3.涂层的结合方式 涂层的结合包括涂层与基体表面的结合和涂层内聚的结合。前者的结合强度称为结合力。后者的结合强度称为内聚力。 涂层的一般结合方式有三种： ①机械结合熔融态的粒子撞击基体表面并快速冷却凝固时，会因收缩而咬
住高低不平的基体部分，形成了机械结合。 ②物理结合借助于分子（原子）之间的范德华力是喷涂层附着于基体表面的结合方式。 ③冶金结合当熔融的微细颗粒高速撞击基体表面是时，涂层和基体界面出现扩散和合金化时的一种结合方式。 4.涂层的残余应力 一般情况下，热喷涂涂层存在着明显的残余应力。当熔融颗粒高速碰撞碰撞基体表面，在产生形变的同时快速冷却凝固，这时会在颗粒内部产生张应力，而在基体表面产生压应力。 三、热喷涂的分类和特点 ⒈热喷涂的分类 热喷涂根据不同的标准有不同的分类： ①按喷涂材料的性质不同，热喷涂可分为金属喷涂、陶瓷喷涂、塑料喷涂等 ②按喷涂材料的形状不同，热喷涂可分为粉末喷涂、丝材喷涂、棒材喷涂等 ③按喷涂热源的性质不同，热喷涂可分为气体燃烧火焰喷涂、电弧喷涂、等离子喷涂、激光喷涂等 表1 几种热喷涂技术的参数对比 喷涂方法火焰温 度℃粒子速度 m/s 结合强 度 N/mm2 气孔率 % 喷涂效 率Kg/h 相对成 本 火焰喷涂3000 30-180 8-12 10-30 2-6 1 爆炸喷涂3000 800-1200 >70 0.1-1 1 4 高速火焰喷 涂 2500-3100 500 70-110 <10 1-5 2-3 电弧喷涂4000-6000 250 15-25 10-20 10-25 2 等离子喷涂20000-300 00 200-800 50-80 <10 2-10 4