希望对大家有所帮助，多谢您的浏览！ 授课：XXX 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，近年希望对大家有所帮助，多谢您的浏览！ 授课：XXX 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性、耐蚀性和绝缘性等方面的性能得到改善。因此目前，包括航空、航天、原子能设备、电子等尖端技术在内的几乎所有领域内，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 [3]。 热喷涂成为金属表面科学领域中一个十分活跃的学科。 2 热喷涂技术原理与特点 热喷涂技术从上世纪初开始出现到现在已有几十年的历史：1910年线材火焰喷涂技术，20年代电弧丝喷涂技术，50年代爆炸喷涂和等离子喷涂技术，60年代自熔性合金粉末火焰、等离子喷涂和喷焊技术，80年代超音速火焰喷涂技术，90年代激光熔覆技术。热喷涂工艺、设备、喷涂材料及施工都有了突飞猛进的发展，从早期制备一般装饰性和防护性表面，发展到制备各种功能的功能性涂层;由旧件的修复工艺发展成新产品的强化工艺；由单一涂层发展到多层的包括产品失效分析、涂层设计、工艺设计和施工以及质量检测和控制在内的系统工程，成为像铸、锻、焊、热处理一样的、独立的热加工工艺。 2.1 热喷涂原理

利用热能将喷涂材料熔化，再借助高速气流将其雾化，并在高速气流的带动下粒子撞击

基材表面，冷凝后形成具有某种功能的涂层（图1）。 图1 热喷涂原理示意图 Fig.1 Thermal spraying principle diagram

热喷涂技术的基本特点是它具有真正的叠加效果。也就是说，多种成分及变量在同时作用和正在应用时所产生的效果，远远比这些成分或变量在单独状况下所产生的效果要大[2]。热喷涂技术与其他各种表面技术相比，有其自身的特点：a.几乎适用于各种材料对零件表面的喷涂，如金属、陶瓷、金属陶瓷、玻璃、有机化合物等。b.零件的尺寸大小及形状不受限制，均可以对其表面进行喷涂。c.被喷涂的零件表面受热的影响小，不易变形。d.工艺操作程序简单、效率高。e.被喷涂零件的材质广泛，可以是金属、陶瓷和其他非金属等。f.喷涂厚度较易控制。g.可赋予普通材料以特殊的表面性能。h.成本低，经济效益显著。 2.2涂层形成过程 （1） 喷涂材料被加热到熔融状态。 （2） 喷涂材料被雾化成微小熔滴并高速撞击基体表面，撞击基体的颗粒动能越大和冲击变形越大，形成的涂层结合越好。 （3） 熔融的高速粒子在冲击基材表面后发生变形，冷凝后形成涂层。 图2涂层形成过程示意图 Fig.2 Coating forming process diagram 希望对大家有所帮助，多谢您的浏览！ 授课：XXX 2.2涂层结构 （1）涂层是由无数变形粒子互相交错堆叠在一起，形成一层堆积而成的层状结构；涂层性能具有方向性，垂直和平行涂层方向上的性能不一致；涂层中伴有氧化物等夹杂，存在部分孔隙，孔隙率4％－20％。 （2）涂层内有一定比例的孔隙，产生原因是： 喷涂角度不同造成的遮蔽效应； 涂层材料凝固收缩时形成的空隙;孔隙将降低涂层的硬度、耐磨性和耐蚀性; 涂层内的氧化夹杂物含量及涂层的致密度取决于加热源、喷涂材料及喷涂工艺。 2.3涂层应力 涂层冷凝收缩时，涂层外层的拉应力、涂层内层的压应力、组织转变产生的微观应力，结果使涂层产生残余张应力，应力大小与涂层厚度成正比，当张应力超过涂层与基材之间结合强度时，涂层就会发生破坏。 残余应力限制了涂层的厚度。减少涂层残余应力措施：（1）调整喷涂工艺参数；（2）致密涂层的残余应力要比疏松涂层大；（3）采用梯度过渡层缓和涂层内应力。 2.4涂层的结合强度 包括涂层与基材之间、涂层中颗粒与颗粒之间的结合，结合形式有：（1） 机械结合：撞成扁平状的颗粒和凸凹不平的基材表面互相嵌合(即抛锚效应)而结合在一起；（2） 物理结合：熔融粒子的原子与基材表面原子之间距离达到晶格常数范围时，产生范德华力，形成物理结合；（3） 冶金-化学结合：熔融粒子撞击基材表面时释放出的能量使喷涂材料与基材之间发生局部扩散和焊合，形成冶金结合。如喷涂镍包铝复合粉末时的放热反应。 热喷涂的涂层与基材的结合主要以机械结合为主，结合强度较差(<70MPa)。 3 热喷涂技术的分类及其特点 热喷涂是将喷涂材料加热熔化并雾化，然后高速喷射到基材表面，形成具有足够粘着强度的所需涂层的工艺，完成工件热喷涂的一般工艺流程为：工件的表综述 面准备→工件的喷涂→工件的喷涂后处理。整个过程除与设备类型有关外，还涉及喷涂材料、热源和喷射速度。喷涂材料包括金属、陶瓷和塑料等。热源主要有氧燃料火焰、直流电弧等离子和激光等几种。粉粒的速度决定着热喷涂层的密度，粉粒速度越快，涂层越致密。基于这些因素，大体上可以把热喷涂方法分为火焰喷涂法、爆炸喷涂法、超音速喷涂法、电弧喷涂法、等离子喷涂法和激光喷涂法等。 热喷涂技术的特点：（1）可在各种基材上制备各种涂层；（2）基材温度低（30 ～ 200℃），热影响区浅，变形小；（3）涂层厚度范围宽（0.5 ～ 5mm）；（4）操作灵活，可在不同尺寸和形状的工件上喷涂；（5）加热效率低，喷涂材料利用率低，（6）涂层与基体结合强度低。 热喷涂材料按材料的形态分线材、棒材和粉末三大类。热喷涂材料的要求：（1）热稳定性好，在高温焰流中不升华，不分解(复合粉末）。（2） 有较宽的液相区，使熔滴在较长时间内保持液相。（3）与基材有相近的热膨胀系数，以防止因膨胀系数相差过大产生较大的热应力；（4）喷涂材料在熔融状态下应和基材有较好的浸润性，以保证涂层与基材之间有良好的结合性能。 热喷涂工艺流程包括基材表面预处理、热喷涂、后处理和精加工等过程。 3.1火焰喷涂法 火焰喷涂法工艺流程：工件表面预处理→预热→喷涂打底层→喷涂工作层→后处理。它利用氧和可燃性气体的燃烧火焰，把焊丝、焊棒或粉末状的喷涂材料加热，使其在熔融或接近熔融的状态下喷向基体材料表面而形成涂层。火焰喷涂具有设备简单、工艺成熟、操作灵