表面熱噴涂技術(shù)的研究

河北省科技工程學(xué)校李帥倫

表面熱噴涂技術(shù)的研究

河北省科技工程學(xué)校李帥倫

本文對表面熱噴涂技術(shù)的工藝進行了概述，詳細介紹電弧噴涂、等離子噴涂、火焰噴涂、爆炸噴涂等表面熱噴涂方法，并介紹表面熱噴涂技術(shù)的應(yīng)用及其發(fā)展，對其未來的發(fā)展趨勢進行展望。

熱噴涂；應(yīng)用；發(fā)展

引言

熱噴涂表面覆蓋技術(shù)是使工件表面強化和表面防護的一門科學(xué)技術(shù)，利用液體燃料、氣體、等離子弧等做熱源，將絲狀、粉末狀的噴涂材料加熱到熔化或半熔化狀態(tài)，利用熱源自身的動力或者外加高速氣流使之霧化，使噴涂材料的熔滴以需要的速度噴向經(jīng)過預(yù)處理的工件表面，依靠噴涂材料的物理、化學(xué)變化而形成的表面加工方法。表面熱噴涂技術(shù)在航天航空、原子電子等許多尖端領(lǐng)域都得到了廣泛的應(yīng)用，在修復(fù)維護方面為國家節(jié)約了大量資金。

1 表面熱噴涂技術(shù)種類

1.1 電弧噴涂[1]

電弧噴涂是將金屬做成兩個熔化電極，在噴槍口產(chǎn)生短路而引發(fā)電弧，通過壓縮空氣穿過電弧以及熔化的液滴使之霧化，以一定的速度噴向工件表面形成連續(xù)的涂層。

電弧噴涂優(yōu)點是熱效率高，對工件的熱影響小，避免了工件的變形，涂層性能優(yōu)異，其加工范圍廣，壽命長，效率高。電弧噴涂發(fā)展迅速，除在大氣下的電弧噴涂外，又出現(xiàn)了真空電弧噴涂新技術(shù)。

1.2 等離子噴涂[2]

等離子噴涂是把等離子火焰作為熱源對噴涂材料進行加熱，通過等離子噴槍產(chǎn)生等離子射流。通過高頻振蕩器激發(fā)引燃電弧，由于自磁收縮效應(yīng)、熱收縮效應(yīng)及機械收縮效應(yīng)的聯(lián)合作用，電弧被壓縮，形成非轉(zhuǎn)移型等離子弧。使等離子流高速撞擊經(jīng)提前處理過的母材表面，并在母材表面形成牢固的涂層。使工件表面獲得不同的耐磨、耐熱、耐腐蝕等各種特殊性能，以滿足工件的各種工作需要。

等離子噴涂優(yōu)點是機構(gòu)簡單、電極壽命長、起弧容易、燃燒穩(wěn)定等。

1.3 火焰噴涂[3]

火焰噴涂是將熱塑性粉末通過火焰噴槍在底材上熔融形成厚涂層,利用可燃氣體以及助燃氣體混合燃燒作為熱源，或噴涂粉末從料斗通過隨輸送氣體在噴嘴出口遇到燃燒的火焰被加熱熔化，隨著焰流噴射在工件表面形成火焰粉末噴涂，或噴涂絲從噴槍的中心送出經(jīng)燃燒的火焰加熱熔化，并被周圍的壓縮空氣將熔滴霧化，隨焰流噴射到工件表面，形成火焰噴涂。

火焰噴涂的優(yōu)點是設(shè)備投資少，操作方便，沉積率高，無電力要求；應(yīng)用廣泛，可噴涂各種金屬、非金屬陶瓷及塑料等材料。

1.4 爆炸噴涂[4]

爆炸噴涂是利用脈沖氣體爆炸的能量將被噴涂的粉末材料加熱直接轟擊到工件表面形成涂層。噴涂時先將一定比例的氧氣和乙炔由供氣口送入水冷噴槍的燃爆室，隨后由送粉氣將噴涂粉末送入燃爆室，這些粉末在燃燒氣體中浮游，經(jīng)火花塞點火使氧氣和乙炔的混合氣體燃燒并產(chǎn)生爆炸，爆炸產(chǎn)生熱能加熱噴涂粉末達到熔融狀態(tài)，利用爆炸沖擊波把噴涂材料噴向基材表面形成涂層，接著向室內(nèi)送入清洗氣，沖淡燃氣，為下次爆炸做準(zhǔn)備，如此反復(fù)循環(huán)地進行而產(chǎn)生。

爆炸噴涂的優(yōu)點是操作簡單、成本低、無污染，涂層的耐磨性高、硬度高、粗糙度低，與基底結(jié)合力強，對基底和噴涂材料沒有限制，能量利用率高，耗電量小，適合小口徑內(nèi)孔表面噴涂。

1.5 其他噴涂

表面熱噴涂技術(shù)除了上述幾種，還有超音速噴涂和激光噴涂等。超音速噴涂的發(fā)明是為了替代爆炸噴涂，而且在涂層質(zhì)量方面也超過了爆炸噴涂。激光噴涂的應(yīng)用范圍很廣，從低熔點涂層材料到超高熔點涂層材料均可。

2 表面熱噴涂技術(shù)的應(yīng)用

2.1 在航空航天技術(shù)上的應(yīng)用

表面熱噴涂技術(shù)在航空發(fā)動機修理中被廣泛地應(yīng)用在風(fēng)扇葉片、渦輪葉片等部件上，使磨損后的零件修復(fù)，達到提高發(fā)動機效率，延長其使用壽命的目的。也可以恢復(fù)航空發(fā)動機上零部件的尺寸，如在滑油泵殼體的嚙合面磨損，通過等離子噴涂銅鋁涂層的方法恢復(fù)尺寸。

2.2 在機械工業(yè)中的應(yīng)用

表面熱噴涂技術(shù)可用于恢復(fù)磨損失效的機械零件，來延長其壽命。等離子噴涂氧化鋁-氧化鈦等陶瓷涂層，也可以改善機械零件的抗高溫氧化性，防止熔融金屬的侵蝕。采用熱噴涂技術(shù)對曲軸進行修復(fù)，可延長其使用壽命，降低機械的維修成本。

2.3 在生物醫(yī)學(xué)方面的應(yīng)用

表面熱噴涂在生物醫(yī)學(xué)方面也有很好的發(fā)展前景。采用等離子噴涂在人工牙齒、人工骨頭等種植體（材料多為不銹鋼）上噴涂一層生物相容性好的羥基磷灰石涂層，人體生物組織就可以長入涂層中的孔隙中，與種植體形成緊密的結(jié)合。

2.4 其他應(yīng)用

在化工、食品等行業(yè)中塑料涂層是一種較好的防腐涂層。隨著計算機的普及，自動化噴涂設(shè)備的不斷完善，噴涂技術(shù)和涂層材料的應(yīng)用研究將進一步深入。

3 表面熱噴涂技術(shù)的發(fā)展

3.1 理論方面的研究

表面熱噴涂技術(shù)是一種多學(xué)科的邊緣學(xué)科，是實用性很強的基礎(chǔ)工藝，高溫、高壓等因素給熱噴涂技術(shù)理論研究帶來很大困難，加強表面熱噴涂理論知識的研究是各國一直致力的方向。

3.2 研制新型噴涂材料

噴涂材料是整個熱噴涂技術(shù)的核心，隨著熱噴涂技術(shù)的發(fā)展,噴涂材料也在完善，采用自蔓延合成技術(shù)制備新型噴涂粉末，現(xiàn)合成出TiC等陶瓷新型粉末材料。納米涂層技術(shù)是納米高科技和先進制造技術(shù)的完美結(jié)合，應(yīng)用前景廣闊。

3.3 表面熱噴涂技術(shù)新領(lǐng)域探討

表面熱噴涂技術(shù)與其他學(xué)科結(jié)合形成新的表面處理技術(shù)與熱處理工藝結(jié)合形成高頻感應(yīng)重熔及爐內(nèi)燒結(jié)重熔涂滲工藝，與電鍍工藝結(jié)合形成涂鍍工藝及鍍涂工藝，與鑄造工藝結(jié)合出現(xiàn)電火花燒結(jié)工藝等。新能源的利用產(chǎn)生了電子束重熔和激光重熔等新的表面熱噴涂技術(shù)。

4 結(jié)束語

國內(nèi)外的表面熱噴涂技術(shù)發(fā)展迅速，應(yīng)用也越來越廣泛。進入21世紀以來，隨著科技的進步，由于表面熱噴涂技術(shù)的操作簡單方便等一系列優(yōu)點，表面熱噴涂技術(shù)必將逐步代替許多傳統(tǒng)的表面技術(shù)，并且伴隨著學(xué)科之間的交叉滲透，表面熱噴涂技術(shù)定會有更廣泛的發(fā)展和應(yīng)用前景，帶來巨大的經(jīng)濟效益。

[1]姜銀方,朱元右,戈曉嵐.現(xiàn)代表面工程技術(shù)[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社,2005.11.

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[3]周興保.國外火焰噴涂粉末涂料[J].化工新型材料,1995(04).

[4]楊細瑛.爆炸噴涂技術(shù)的現(xiàn)狀及應(yīng)用[J].焊接技術(shù),2001(02).

[5]付俊波,周世魁.熱噴涂技術(shù)在航空發(fā)動機零部件及其維修中的應(yīng)用[J].失效分析與預(yù)防,2006(02).

[6]吳子健.熱噴涂納米涂層制備方法及材料的研究現(xiàn)狀和展望[J].材料保護,2005(10).

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李帥倫，男，1981年出生，河北蠡縣人，研究生，講師，研究方向：機電焊接。