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
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【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]。
图3 电弧喷涂原理
Schematic of are spraying
由图3可知，阴极和阳极间形成高温电弧，工作气体经过，形成高温气体喷出；在喷嘴口径向送入喷涂粉材，粉材进入高温工作气体后熔融，并随着高温工作气体喷涂到基材表面。
电弧喷涂技术的特点
电弧喷涂技术的特点如下，其生产成本低、生产效率较高，工件受热部分小，在维修、设备制造、高效防腐以及特殊功能涂层制备等领域得到广泛地应用，在热喷涂中有着重要的地位
等离子喷涂技术
等离子喷涂是一种材料表面强化和表面改性技术，可以使基体表面具有耐磨损、耐腐蚀、耐高温氧化、电绝缘、隔热、防辐射、减磨和密封等性能。
等离子喷涂技术的原理
等离子喷涂技术是直接利用被直流电驱动的等离子电弧来作为热源，对各类材料，例如陶瓷、金属以及合金等进行加热，使其能够出现熔融或者是半熔融状态，并且经过高速喷射预处理在基体表面能够形成紧密的涂层。等离子喷涂原理如图4所示。
图4 等离子喷涂原理
Schematic of plasma spraying
由图4可知。等离子体轴向喷出.在喷嘴出口径向送人喷涂粉体，喷涂粉体进人到等离子焰流中，迅速熔化，随着等离子焰流喷涂到基材上，形成喷涂层。
等离子喷涂技术的特点
等离子喷涂技术具备超高温特点，使得其能够方便进行对高熔点材料的加热熔化，又因为其喷射的粒子速度非常快，从而使得涂层的致密性提高。在进行等离子喷涂时使用的是惰性气体，材料不易出现被氧化的现象。
在性能上，等离子喷涂层的机械性能主要受涂层内扁平粒子间的结合力控制。为了提高粒子间的结合力，需要提高喷涂粒子的温度，目前采用有两种方法。一种发展时间较长，主要是提高等离子电弧功率。一方面能够增加等离子焰流的温度。另一方面提高了喷涂粒子射向基材的速度。喷涂粒子速度越快，则具有的动能越大，当粒子喷到基材表面后，动能转化为内能。使粒子熔融更加充分，从而提高粒子间的结合力。另一种方法。则是要降低等离子焰流速度，使喷涂粒子在等离子馅流中有足够长的时间充分受热。这种概念出现较晚。实现的方法主要是加大喷嘴孔径、降低等离子电弧的压缩效应，从而实现等离子射流的低速化。通过实验检测，不论是提高等离子电弧功率，还是降低等离子焰流速度。都是提高粒子间结合力的有效途径[6]。
冷喷涂技术
冷喷涂技术的发展
冷喷涂技术在化工、汽车、航空航天、造船、电子、机械、造纸等领域具有广阔的应用前景，可以生产和修复涡轮叶片、活塞、轴承、汽缸、阀门等零部件。在国防工业可以生产、修复舰船螺旋桨叶片和轴、飞机弹射装置、制备耐磨和耐腐蚀的涂层等。应用有先进水陆两栖攻击艇轮子、水陆两栖攻击艇装甲、飞机弹射器活塞、钛涂层[7]。
冷喷涂技术的原理
冷喷原理是不再加热喷涂材料，而是将材料加热到大约500℃左右，在利用高速喷涂的粒子在基体表面上出现塑性变形从而沉淀成为涂层。在进行冷喷的过程中需要高压的热气体，这些热气体通常是氮气或是氦气或者是两者的混合物，利用拉瓦尔喷嘴将其能够加速至超音速，使得材料呈现粉末状，并且被注入进气流同时喷射向基体表面从而能够形成结构紧密的涂层。
图5 冷喷涂原理
Schematic of cold spraying
冷喷涂技术形成涂层的特点
利用冷喷涂技术形成的涂层致密度较高，基体受热少，喷涂材料被氧化程度低，喷涂材料的出现的形变大，但是其成分较稳定。
超音速电弧喷涂技术
超音速电弧喷涂技术的发展
电弧喷涂具有生产效率高、成本低，工件受热小等优点在高效防腐、维修、设备制造和特殊功能涂层的制备方面应用广泛，在热喷涂中占有重要的地位。但是，与等离子喷涂和超音速火焰喷涂相比，普通电弧喷涂的涂层质量较低、结合强度较小，限制了电弧喷涂的应用[8]。
普通电弧喷涂涂层质量较低，而涂层的使用环境越来越苛刻，其应用在工业中受到限制。如果能开发出新型的超音速电弧喷涂设备，将粒子的速度提高到超音速，涂层质量必将有大幅度的改善，并扩大电弧喷涂的应用范围。因此，超音速电弧喷涂技术越来越受到广泛关注[9]。
超音速电弧喷涂技术的原理
电弧喷涂原理是利用两根连续送进的金属丝作为自耗电极，在其端部产生电弧作为热源，用压缩空气将熔化了的丝材雾化，并以超音速喷向工作件形成一种结合强度高、孔隙率低、表面粗糙度低的涂层的热喷涂方法。其工作原理与普通电弧喷涂（亚音速雾化）一样，超音速电弧喷涂是一个不断连续进行的熔化－雾化－沉积的过程。但在雾化方式上，超音速电弧喷涂与普通电弧喷涂有根本的区别，即超音速电弧喷涂是采用超音速雾化。
超音速电弧喷涂技术的特点
其优点是：雾化效果好，雾化后的粒子细小均匀，速度高，有利于获得高质量的涂层。超音速电弧喷涂采用拉伐尔喷嘴，将气流的速度从亚音速提高到超音速，加强了气流对粒子的加速效果，从而提高了粒子速度。粒子速度对涂层的性能有很大的影响。粒子速度高，粒子沉积时对基体的撞击作用就强，粒子变形就充分。有利于粒子与基体、粒子与粒子之间的结合，从而提高涂层的结合强度和内聚强度；粒子速度高，粒子沉积前在空气中的飞行时间短，飞行中产生的氧化物就少，有利于
粒子的结合，从而提高涂层的内聚强度，降低涂层的孔隙率。粒子速度越高，越有利于获得高质量的涂层。随着热喷涂设备的更新换代，粒子速度在不断提高，涂层的质量也不断得到改善。
3 热喷涂技术在现代工业中的应用
现代汽车工业中的应用
现代汽车要求高性能、低能耗、低污染、高安全性及智能化，这就对汽车用材料提出了更高度的要求，既要保持材料本身的高强度又要对零部件表面赋予特殊性能。热喷涂技术的引入给汽车制造工业带来了新活力。
活塞环是内燃机的关键零件之一，长期承受高温磨损、高温腐蚀。起初，主要采用镀铬环。镀铬环有良好的耐磨性，但其抗熔着磨损性能很差，对污染物的处理很困难。但采用热喷涂技术，不但解决了熔着磨损问题，而且污染小。活塞环采用火焰喷涂金属Mo涂层，国内已建立了喷涂涂层生产线。
现代电力行中的应用
热喷涂技术在电力行业最典型的应用是锅炉四管（水冷壁管、过热器管、再热器管和省煤器管）的表面防护。
锅炉“四管”工作在高温、高压、烟气腐蚀以及磨粒冲蚀的恶劣环境下，管壁减薄速度约在1mm/a左右，严重者可达2mm/a以上，极易造成泄漏爆管事故，给电厂的安全运行带来了很大的影响。目前解决该问题的有效途径便是热喷涂技术。
石化工业中的应用
石化机械零部件承受着腐蚀介质和机械磨损的双重作用，加速了机械零件表面的腐蚀磨损，因此对零部件的表面有特殊要求。据调查，我国石化工业每年因磨损和腐蚀所造成的直接经济损失达数亿元[10]。
采用热喷涂技术修复和强化的石化机械零部件主要有以下几种：
(1)抽油泵柱塞、泥浆泵缸套、石油钻杆钻头、抽油杆等
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，
国内外焊接技术的现状及其发展前景 在现代工业中,焊接技术已广泛用于航天、航空和船舶、海洋结构物及压力锅炉,化工容器、’机械制造等产品的建造。就船舶建造而言,焊接工时要占船体建造总工时的30～40％,由此可见,焊接作为一种加工工艺方法在制造业中的重要 作用。为了实现焊接产品或焊接结构生产的高效率、低，国内外都在大力开发创新新的焊接技术， 国内外焊接技术的新发展 一、电阻点焊 电阻点焊被认为是汽车车身制造中最重要的连接工艺。 二、激光技术和使用激光束加工材料 将激光束焊接与弧焊工艺相结合可以获得一种值得注意的焊接工艺：即CO2激光束与气体保护金属极电弧焊工艺相结合的工艺。采用该工艺，能对不同级别的钢材进行高效率的焊接。 三、等离子弧焊 一种新开发的用于等离子弧焊的焊矩系统，采用反极性电极和选用100~200A焊接电流可以经济有效地焊接铝制零件，焊接质量很好。 四、粉末等离子弧表面堆焊 通过表面堆焊，可以经济有效地制造具有不同特性的零部件。 五、焊接电源 六、机器人和系统 七、热喷涂技术 八、钎焊 九、微连接技术 十一、碳钢和低合金钢的焊接 在第十五届焊接和切割国际展览会上在保护气体方面，建议针对被焊材料和焊接要求的确定所需气体和精细调制的混合气体的发展趋势更加明显了。主要的研发特点是关注改善润湿性能、提高焊接速度和优化焊缝成形。 十二、细晶粒结构钢和高强度钢的焊接 国外新技术开发实例：1，肯倍Wise?焊接工艺软件 -- 更富成效的焊接解决方 案 全球知名的焊接解决方案提供商--芬兰肯倍公司（Kemppi Oy）推出全新智能焊接工艺软件Wise TM。该系列软件与肯倍最新FastMig Pulse与KempArc Pulse 焊接设备配套使用，可提供更多专业功能。 Wise TM系列软件产品可广泛应用于造船与海洋工程、汽车厂等各种焊接领域，
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。 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 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。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
热喷涂材料：现状与未来 北京矿冶研究总院贾永昌 热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
热喷涂技术经过近一个世纪的发展，从简单的工艺技术发展成为完整的工业体系，已成为先进制造技术的重要组成部分。在成长和发展过程中，由于专业和学科间的不断渗透、交叉、融合，技术日趋系统化、集成化，即发展成为集机械学、材料科学、热动力科学、高新技术和生物工程等专业为一体的新兴交叉学科，在制造业领域成为完整的工业体系。热喷涂技术的核心是优质、高效、低消耗的表面改性，达到赋予基体材料表面特殊功能的目的。技术的发展主要是新技术的发现、材料的创新、涂层质量控制软件体系、涂层制备基础理论研究和检测技术等诸方面。 1)近年来，随热喷涂技术的发展，新的工艺技术和新的应用领域不断地涌现。涂层质量很大程度上依赖于喷射熔滴的速度，提高热喷涂射流和喷涂粒子的速度已成为当前国际热喷涂技术发展的新趋势，相继出现了爆炸喷涂、高速活性燃气火焰喷涂(HV AF)、高速电弧喷涂、活性电弧喷涂、高速等离子喷涂、三阴极内送粉等离子喷涂、溶液等离子喷涂(SPS)、冷气动力喷涂(CGDS)等新技术。这些技术的共同特点是大幅度提高了喷涂粒子的飞行速度，降低了涂层孔隙率，提高了涂层结合强度。 高速等离子喷涂技术由于热源温度高、加热熔化效率高，可喷涂高熔点的陶瓷材料和超合金材料。与普通等离子喷涂比较，高速等离子喷涂的射流速度超过5马赫，喷涂粒子速度可达500m/s，使得涂层更加致密，硬度、韧性、结合强度更高。特别是制备高质量陶瓷涂层和金属陶瓷涂层，具有其他喷涂技术不可替代的优势。 三阴极内送粉等离子喷涂由三根平行的阴极将电弧一分为三，将喷涂粉末通过喷枪轴线与电弧同轴方向送入电弧，减少喷嘴局部过热的可能性，增加电弧稳定性和喷嘴使用寿命;延长粉末加热时间，提高了沉积速率和粉末材料利用率，沉积效率可高达90%，涂层质量均匀、致密、结合强度高。 溶液等离子喷涂是采用纳米先驱溶液或悬浮有纳米粒子的溶液为喷涂材料制备涂层的方法。有效地解决了纳米粉末材料输送的技术难题，扩展了涂层材料的应用领域，为纳米涂层制备、推动纳米涂层的实际应用提供了可能。 HV AF高速活性燃气喷涂，既具有高速火焰喷涂速度高的特点，又具有控制和改变环境条件的能力。活性燃烧气体使用丙烷、乙烯或MAPP气体，可产生还原性气氛;有最好的动能和热能匹配，喷涂粒子被加热到熔点以下，而粒子飞行速度高达800m/s，生产效率高，喷涂WC Co材料可达30kg/h;制备的金属合金和碳化物涂层含氧量非常低，涂层十分致密，可得到压应力或无应力涂层，是制备厚涂层最有效的方法之一。 高速活性电弧喷涂是在普通电弧喷涂的基础上，被电弧熔化的涂层材料被丙烷 空气燃烧所产生的高速气流雾化成细小微粒，并二次加速得到高速飞行的粒子束流，可有效地控制气流成氛得到还原环境，所得到的涂层含氧量低、涂层致密、孔隙率低、结合强度高。 冷气动力喷涂是由俄罗斯科学家在风洞试验中首次发现这一现象，根据这一现象发明了冷气动力喷涂技术。它是利用高压、温度在260～760℃热气流，将喷涂材料加速沉积到基体表面形成涂层的方法。超声速气体/粒子双相流、高压气流使粒径为1μm≤d≤50μm的粒子加速到450～1000m/s，在固态下形成孔隙率低、含氧量低、残余应力低的涂层，可完全保持喷涂材料原始成分。有文献表明：双相气流速度越大，粒子的沉积效率越高。现在美国和德国已研制成功成套冷气动力喷涂设备。 多种复合工艺技术已联合使用。高速火焰喷涂制备结合底层，有效地控制结合层的含氧量，等离子喷涂制备工作面层;等离子喷涂或火焰喷涂预置涂层，激光照射重熔制备完全致密的陶瓷涂层，达到改变涂层组织性能的目的。 2)新型工艺技术的发现与应用促进了新材料的发展。新型热障涂层材料，在氧化锆涂层上使用新成分和氧化锆复合，作为双层复合涂层;纳米涂层(纳米先驱溶液、纳米团聚体粉末)材料、功能复合涂层材料、生物功能涂层材料、金属间化合物涂层材料、微晶或非晶涂层材料等的
全球热喷涂涂料市场规模分析及前景预测 2014 年全球热喷涂涂料市场规模大约为74.1 亿美元。不同应用领域需求的增加正在成为市场的关键驱动因素，尤其在汽车和航空领域。 对材料磨损和腐蚀的防护，有毒气体的低排放量，厚度以及抗静电性能等优势，使得热喷涂涂料的应用领域不断扩大，促进了市场的发展。在未来的7 年内，较小基材上的低附着力将会成为热喷涂涂料行业发展的挑战。 关键应用领域包括航空紧密零部件，汽车，医疗器械以及工业燃气轮机。将这些涂料用于生物医学和医疗器械上，能够有效提高器材的耐磨损性以及促进假肢和种植牙的生物相容性，从而促进经济的增长。 金属，陶瓷，金属化合物和聚合物是热喷涂涂料行业最流行的产品，被广泛用于基材的表面，使得材料在苛刻的操作条件下具有较长的使用寿命。同时热喷涂涂料还被用于生产高强度低合金度的液化石油气容器，有效防止应力腐蚀开裂。预计在未来的一段时间内，随着油气行业的发展，尤其北美和中东地区，将对涂料的需求产生积极的作用。应用范围的扩张，如工程涂料，耐磨损涂料，汽车，航空，生物医学，食品加工，电子产品，半导体和能源领域，将会进一步的促进需求量的增长。 为了符合严峻的环境标准，尤其在北美和欧洲地区，消费趋势从硬铬涂料转向热喷涂涂料，将会成为市场的一个主要驱动因素。未来7 年内，技术的更新升级，总成本的下降将会成为需求增长的另一个关键因素。 应用领域 航空是最大的应用领域，2014 年占全球份额的34.4%。各种各样的航空零部件需要能够承受800oC 以上高温的高强度耐磨损涂料。由于消费者可支配收入的不断增长，尤其在以中国和印度为主体的亚太地区，民用航空得
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
浅谈纳米表面工程 【摘要】阐述了纳米表面工程的产生背景，特点，内涵和科学问题，介绍表面纳米化的基本原理与制备方法，，总结了纳米材料在热喷涂技术、电刷镀技术、涂装技术、粘结剂技术、纳米薄膜制备技术的应用和研究进展。 【关键词】纳米表面工程特点应用发展前景 About Nano Surface Engineering Wu xiaohui (Shandong University Chemical Engineering and Technology 20071102060) 【Abstract】Nano surface engineering explained the background, characteristics, content and scientific issues, described the basic principles of surface nano crystallization and preparation methods, summarizes the nano-materials in thermal spray technology, brush plating technology, coating technology, adhesive technology , nano-thin films technology and research progress. 【Key words】Nano surface engineering; Characteristics; Application; Prospects 随着科学技术的发展, 纳米技术和纳米材料得到了广泛的应用。在此基础上, 将纳米技术和纳米材料与传统表面工程进行有机的结合, 诞生了一个新的学科——纳米表面工程。2000 年, 徐滨士、欧忠文等首先提出了“纳米表面工程”的概念, 标志着表面工程进入新的发展阶段。 1. 纳米表面工程 纳米表面工程是以纳米材料和其它低维非平衡材料为基础, 通过特定的加
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。
镁合金在一些领域的巨大应用价值前景 【相关作者中文名】刘文龙; 王淑琴; 【相关作者单位】鹤壁市理工学校; 【相关文献出处】才智, Intelligence, 编辑部邮箱2011年27期期刊荣誉：ASPT来源刊 CJFD收录刊 【摘要等】<正>背景资料:镁是地壳中含量最丰富的元素之一,其丰度居第8位,约占地壳组成的2.5%,主要以白云石(碳酸镁钙)、菱镁矿存在,此外,海水中含镁约0.13%,可谓取之不尽。随着全球工业化进程的推进和资源大规模开发利用,各种金属资源如铝、铁等正逐渐减少甚至枯竭,需要寻求新的替代 【相关作者中文名】丁文江; 曾小勤; 【相关作者英文名】DING Wenjiang; ZENG Xiaoqin School of Materials Science and En gineering; Shanghai Jiao Tong University; Shanghai 200240; 【作者单位】上海交通大学材料科学与工程学院; 【相关文献出处】金属学报, Acta Metallurgica Sinica, 编辑部邮箱2010年11期 期刊荣誉：中文核心期刊要目总览 ASPT来源刊中国期刊方阵 CJFD收录刊 【关键词】镁; 【英文关键词】magnesium; 【摘要】经过50多年的发展,中国已经成为世界上最大的Mg原材料生产国.2000年,师昌绪等5位院士联合向国家科技部提出了加速我国Mg工业发展的建议,促成了科技部启动"十五"科技攻关重大专项"镁合金应用开发及产业化",拉开了我国大规模Mg材料研究和应用的序幕.经过10年的发展.我国在先进镁合金材料、表面处理技术和镁合金加工技术方面都取得了极大的进步,正在从Mg生产大国向Mg研发应用的强国迈进. 镁是一个年轻的金属，20 世纪才发展起来；其化学活性强，与氧的亲合力大，常用做还原剂，去置换钛、锆、铀、铍等金属。金属镁无磁性，且有良好的热消散性。镁的结构特性类似于铝，故具有轻金属的各种用途，可作为飞机、导弹的合金材料。但是，镁在汽油燃点可燃，这限制了它的应用。由于纯镁的机械强度低，所以主要使用铝镁合金，它轻而有一定的强度，是重要的结构材料，除用于飞机的机身、机翼、发动机零件、轮架外，以后将广泛用于制造汽车、火车。
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
热喷涂表面技术的发展 现状精选文档 TTMS system office room 【TTMS16H-TTMS2A-TTMS8Q8-
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
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【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
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。
热喷涂的一般工艺流 程
热喷涂的一般工艺流程 热喷涂生产一般包括3个基本工序-----工件表面预处理、喷涂和涂层后处理，其基本工艺流程如图所示。 现将各工序的主要内容简述如下 1.工件表面预处理 为了使涂层和基体材料很好地结合以及满足喷涂工艺的需求，基材表面必须进行预处理，包括表面预加工、净化、粗糙化和黏结底层等几个步骤。 （1）表面预加工是在喷涂之前对工件进行车削和磨削等表面加工，以清除工件上的原喷涂层、其他表面处理层（淬火层、渗碳层等）各种损伤和毛 刺，修真表面的不均匀磨损，预留喷涂层厚度等，以保证合适的基体表 面和共建喷涂后的尺寸精度。 （2）净化处理目的是除去工件表面的所有污物，如油脂、油漆、锈迹和氧化皮及其他污垢等。其中，有代表性的是油脂和锈迹，故简单地说，净化 处理的关键是除油和除锈。除油的方法很多，主要的是溶剂清洗、水基 清洗剂清洗，碱液（和酸液）清洗、电解清洗、乳化液清洗、超声波清 洗、超临界二氧化碳清洗及加热脱脂等；除锈的主要方法则有化学除 锈、点化学除锈、火焰除锈、机械除锈（喷砂、滚光、手工及及机动工 具除锈）等。
（3）粗化处理目的是增加涂层与基材间的接触面，增大涂层与集采的机械咬合力，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（如车螺纹、滚 花）、电拉毛和宏观粗化等，其中喷砂处理是最常用的粗化处理方法。（4）黏结底层是在喷涂一些与基材粘结不好的涂层材料时，先选择一种与集体材料粘结好的材料喷涂一层过渡层，以加强涂层与基体的结合。常用作黏结底层的材料有Mo、NiAl 、NiCr及铝青铜等，底层的厚度一般是 0.08~0.18 μm。 净化和粗化表面的方法很多，选择应根据基材的材质、形状。厚度、表面原始状况和涂层的设计要求以及施工条件等因素而选择。 2.预热 预热的目的是为了消除工件表面的水分，提高喷涂时涂层/基体界面的温度，减少基材与涂层材料的膨胀差异造成的残余应力，以避免由此导致的涂层开裂和改善涂层与基体结合强度。预热温度取决于工件的大小，形状和材质以及基材和涂层材料的热膨胀系数等因素，一般控制在60~120℃范围。其实预热还不能算作一个独立的工序，实际上它是喷涂的预备操作，有时也把它算入预处理之内。 3.喷涂 这是整个热喷涂工艺的主体和关键工序，其他的工序都是为保证此而进行的。喷涂的操作主要是选择喷涂方法和喷涂参数。喷涂的方法有多种，而且目前还
腐蚀和磨损是造成材料和零部件失效的主要原因。据有关资料报介绍，发达国家每年由腐蚀和磨损所造成的经济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所造成的经济损失已达数千亿元人民币。材料是人类文明发展的物资基础，也是人类文明发展的重要标尺。现代工程对材料性能的要求往往是多重性的，有时甚至是矛盾的。许多工程结构部件，既要求很高的强韧性，同时要求具有很高的表面硬度和耐磨性(材料的强韧性和表面硬度是相矛盾的);既要求很高的高温强度，又要求具有良好的隔热性。飞机发动机燃烧室内壁要求材料具有良好的隔热性，外壁又要求良好的散热性，对工程材料的双重性要求越来越重要。这些材料的特殊性能要求往往是发生在材料工作的表面。表面工程技术领域最关键技术之一———喷涂技术就是在不改变基体材料性能的基础上，赋予材料或零部件表面特殊功能性能，达到提高综合性能的目的，是制备复合材料最有效工艺技术之一。 热喷涂技术的发展可以分为三个阶段：第一阶段是简单的热喷涂工艺;第二阶段是热喷涂技术;第三阶段是形成完整的热喷涂工业体系。 (1)第一阶段热喷涂工艺在1910年，瑞士工学博士M U S choop发明了世界上第一个金属喷涂装置———金属溶液式喷涂。它是将低熔点金属溶液注入到经过加热的压缩空气气流中，在压缩气流动力的作用下，使金属溶液雾化并加速喷射沉积到基体表面上形成涂层。 金属溶液热喷涂装置 1—压缩气体2—压力表3—加热管4—喷头5—坩埚6—喷嘴7—抽风管8—工件 这是世界上最早的热喷涂装置，虽然装置庞大、效率低，但包含了热喷涂技术的基本原理和喷涂过程，开创了热喷涂技术这一新领域。此后，Schoop致力于喷涂装置的改进，使喷涂材料加热与雾化破碎同时进行，于1912年研制成功线材火焰喷涂枪，使热喷涂工艺第一次得到实际应用，产生了线材火焰喷涂技术。 1913年Schoop提出了电弧喷涂枪的设计，并于1916年研制成实用型电弧喷涂枪，制备钢结构长效防腐涂层，将热喷涂技术真正用于生产实践。线材火焰喷涂和电弧喷涂作为主要的热喷涂方法，在20世纪30年代得到了发展。美国Metco金属喷涂公司成立后，相继研究出用空气涡轮送丝的E型系列喷枪和用电动机送丝的K型系列喷涂枪。用于钢铁结构件的喷锌、喷铝长效防护涂层。英国成功研制出Schoet粉末火焰喷枪，尔后Metco研制出Metco P 型粉末火焰喷涂枪。从此，世界各国各喷涂专业公司也相应研究开发了一系列粉末火焰喷涂枪，对热喷涂技术进行了大量的研究和应用推广，使得热喷涂技术有了长足的发展，并取得很大 的成绩。从20世纪20～30年代开始，热喷涂技术就大量地用于船舶、钢结构、水闸门等钢铁产品的长效防护。美、英、德、法、日等工业发达国家都制定了热喷涂相应的技术标准，许多数据都报导了在不同使用环境条件下，不同涂层材料体系和涂层厚度的防护涂层体系与防护涂层寿命指标的选择建议。美、英、德等国家从20世纪50年代开始，用了10～20年的时间大力推广该项技术。 (2)第二阶段热喷涂技术随着喷涂技术的发展，新的涂层材料不断地出现。20世纪50年代初，研制出自熔性合金粉末材料，随后出现了粉末火焰喷焊技术。自熔性合金粉末材料的研究成功，对热喷涂技术在工业领域内的应用起到了有力的推动作用。将热喷涂技术由原来的表面防护与修复，发展到机械零部件的表面强化，不仅用于废旧零件的修复，同时也用于新品零件的预保护强化涂层的制备，开创了热喷涂技术应用的新领域。 20世纪50年代末期，美国联合碳化物公司研制成功燃气重复爆炸喷涂技术，用于制备高质量碳化物涂层和氧化物陶瓷涂层，并首先应用到航空工业中。 燃气爆炸喷涂粒子速度高，可制备出十分优秀的碳化物金属陶瓷涂层，但温度较低，对制备