Typical Coating Thickness 标准涂层厚度
1 - 5 µm (40 - 200 µin)
CVD
1 - 50 µm (40 - 2000 µin)
Baked Polymers 1 - 10 µm (40 - 400 µin) 培烧聚合物涂层
Thermal
Spray 热喷涂
40 - 3000 µm (0.0015 - 0.12 in)
在表 2 中，列出了一些经常用到的材料分类，并列 出典型实例、特性以及应用范例。为某一特定应用 程序选择合适的涂层材料需要有关操作环境的专门
知识， 以及有关材料的知识。 除了物理特性 （例 如：膨胀系数、密度、导热性和熔点）之外，附加 因素，诸如颗粒形状、粒子大小分布和粉末材料的 制造过程，将会影响涂层性能。正因为大多数喷涂 材料就像合金或混合物一样容易获得，这可以几乎 是无限的材料组合选择。但只有通过有多年使用经 验和广博的专业技术，才能做出正确的选择。
Valves 阀门
Steel sheet 钢板
Shafts 轴
表 1a • 主要的涂层工艺及特性 Table 1a • Principal coating processes and characteristics
热喷涂工艺能够最广泛地选择涂层材料，涂层厚度
CVD（化学气相沉积）
焊接
和可达到的涂层特性，这将在以后文章中加以深入
喷枪 Spray gun
喷射火熔 Spray plume
预处理表面 Prepared surface
气体或其它工作介质 Gas or other operating media
Relative motion
热喷涂原理 Figure 2 • Principle of thermal spraying
相对运动
图 2 展示了热喷涂的基本原理。首先涂层材料在加 热源中熔化。然后这一液态或熔融的涂层材料得到工 艺气体的推动，并喷涂到一个基底材料上，最后固化 成一个坚硬的固体层。热喷涂涂层的各具体方面如下 所示：
能源 Energy
喷涂材料 Spraying material
热喷涂涂层 Thermal sprayed coating
细致地讨论。
PVD(物理气相沉积)
热喷涂涂层
底材的温度[°C Substrate Temபைடு நூலகம்erature [°C]
表 1b • 涂层工艺的对照表 Table 1b • Comparison of coating processes
离子注入
化学处理
涂层厚度[µm] Coating Thickness [µm]
Coating Material
涂层材料
Ti(C,N) 钛基硬质合金
SiC 硅绝缘化合物
Polymers 聚合物
Ceramic and metallic alloys 陶瓷和金属合金
Chrome 铬
Steel, Stellite 钢、钨铬合金
Zinc 锌
Ni-Cr-B-Si alloys 镍-铬-铜-硅 合金
Sulzer Metco
1.1 表面特性
图 1a•13/4 涂铬钢水轮机喷嘴针阀运行后图片 Figure 1a • Chrome plated, 13/4 steel pelton turbine Nozzle needle after service
一个元件必需的表面要求主要由它的运行环境决定， 不时变换。
4
小结
5
附件
5.1 参考表
5.2 参考文献
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Sulzer Metco
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B.Tanner/SulzerMetco
热喷涂
1 引言
当今所有的工业行业，都打着“更好、更快、更便 宜”这一既常见又非常有效的口号，看起来似乎生 产的需求不断增长。但是过分苛刻的要求和超负荷 的操作条件经常导致过早失去功能。
如图 1a 所示的是一个在约千小时实际运行后，已 经完全磨损的一个水轮机喷嘴针阀。如果该使用寿 命无法接受的话，那么只能是：或者整个元件用一 种更能抗磨损的材料制造，或者必须妥善保护接触 面而减少磨损。从成本方面考虑，通常会选择后者。 这就产生了表面涂层的应用。至于是将涂层覆盖整 个元件、还是将涂层应用于易侵蚀的表面，关键是 看哪一种涂层更能满足需要。
Wear resistance 耐磨损
Corrosion resistance 耐腐蚀
Very hard, dense surface 高硬度，高密度表面
Examples
实例
Machine tools 机床
Fiber coatings 纤维涂层
Automobile 汽车
Bearings 轴承
Rolls 辊子
达到所需要的涂层厚度。除此之外，有些工艺必须的 设备可能会非常复杂，因而也就非常昂贵。使用成本 分析的方法能够确定哪一种涂层是切实可行的解决方 案。目前的法规规定对各种涂层工艺是否符合生态标 准必须进行分别测定，因为并不是所有的方法对环境 的影响都相同的。
Coating Process 涂层工艺
PVD
2.4.1.1 火焰线材喷涂
火焰线材喷射工艺，是用氧气和燃气混合 燃烧火焰将线材喷涂材料熔化进行喷涂。
燃气可以使用乙炔、丙烷或者氢气。 线材被送入火焰中心，线材熔化后经压缩 空气雾化成细微颗粒，被直接喷向工件表 面。
热喷涂
4
1.2 涂层工艺
通常涂层应用工艺有多种选择，几乎可以是无限多种 的涂层材料可供选择。为相关的涂层应用选择正确组 合，通常需要专家的专业知识。
表 1 列出了主要的涂层工艺原理、可达到的标准涂层 厚度、常用的涂层材料及应用实例。有些工艺对某一 特定的涂层材料不适用；同时，不是所有的方法都能
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材料等级 Material Class
Pure metals 纯金属 Self-fluxing alloys 自融合金
Steel 钢
MCrAlY 金属-铬-铝-钇
Ni-graphite alloys 镍-石墨合金 Oxides 氧化物
Carbides 碳化物
标准合金 Typical Alloy
Zn 锌 Fe-Ni-B-Si
Characteristics
特性
Wear resistance 耐磨损
Wear resistance 耐磨损
Corrosion resistance, aesthetics 耐腐蚀，符合美学特性 Wear resistance, corrosion resistance 耐磨损，耐腐蚀
Wear resistance 耐磨损
5
热喷涂
2 热喷涂涂层
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2.1 定义
按照德国工业标准 DIN 657 [ 1 ]*， 对热喷涂涂层的 定义是“...这种涂层的应用是通过特殊的设备（或系 统）将熔化的或熔融的喷涂材料高速喷射到一个干净 的、经预处理过的元件表面上..。”该定义其实并没 有完全描述热喷涂的工艺过程。
Economical, wear resistance 低成本，耐磨 High temperature corrosion resistance 耐高温，耐腐蚀 Anti-fretting 耐磨蚀
Oxidation resistance, high hardness 抗氧化，高硬度 Wear resistance 耐磨损
氧化物微粒 Oxide particle
孔隙率 Porosity
该液态或熔融的涂层微粒高速撞击基底表面。这样就 使得微粒发生形变，并且像“薄煎饼”一样分布在基 底表面。
* 译自德文文本。
基底 Substrate
未熔化微粒 Unmelted particle
图 3 • 热喷涂涂层原理示意图
Figure 3 • Schematic diagram of a thermal sprayed coating
Hard Chrome Plate 10 - 100 µm (40 - 4000 µin) 硬铬电镀
Weld Overlay 焊镀
0.5 - 5 mm (0.02 - 0.2 in)
Galvanize 镀锌
1 - 5 µm (40 - 200 µin)
Braze Overlay 镀铜
10 - 100 µm (40 - 4000 µin)
表面要求的范围包括足够的防磨损、防腐蚀、热绝 缘、电绝缘，甚至包括涂层应用后，外观上能够符 合美学标准。
事实上，很少有元件只承受单一的运行条件。通常 呈现的是多种条件的组合；例如，磨损与高热应力 相结合。防磨损和防腐蚀是表面 涂层必须承受的， 也是最经常遇到的工作条件。
图1b •喷嘴针阀喷涂氧化铬涂层，防磨损 Figure 1b • Nozzle needle with a chrome oxide coating to prevent wear
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热喷涂
2
目录
1
引言
1.1 表面特性
1.2 涂层工艺
2 2.1 2.2 2.3 2.4 2.4.1 2.4.2 2.4.3 2.4.4 2.4.5 2.4.6 2.5 2.6 2.6.1 2.6.2 2.6.3 2.7 2.7.1 2.7.2 2.7.3 2.8
热喷涂涂层 定义 基材材料 涂层材料 热喷涂涂层材料 传统火焰喷涂工艺 电弧线材喷涂 等离子喷涂 高速火焰喷涂(HVOF) 工艺对比 基础设备（系统要求） 涂层结构 涂层性能 磨损保护 防腐蚀 绝缘涂层（热涂/电涂） 后加工处理 机械加工后处理 密封处理 涂层后热处理 涂层性能