材料表面处理之热喷涂技术

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1、材料表面处理——热喷涂技术摘要：介绍了热喷涂技术的作用原理、工艺特点、分类。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：热喷涂；表面处理技术；新材料1概述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。热喷涂是一种通过专用设备把某种固体材料熔化并加速喷射到机件表面上，形成一种特制薄层，以提高机件耐蚀、耐磨、耐高温等性能的表面

2、工程技术。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。随着工业和科技的发展，人们对热喷涂技术提出了越来越高的要求，在已有的热喷涂工艺不断得到改进的同时，一些新的工艺也应运而生。目前，包括航空、航天、原子能设备、电子等尖端技术在内的很多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。2热喷涂工艺的历史早在1910年，瑞

3、士学者Schoop受儿童玩耍铅丸玩具枪的启发发明了第一个金属喷射装置——金属溶液式喷涂，当时命名“金属喷镀”7。它是将低熔点金属的溶液注入经过加热的压缩空气气流中，使金属溶液雾化并喷射到基体表面形成涂层。这个装置虽然庞大，效率不高，但已包含了热喷涂的基本原理和过程，开创了热喷涂技术领域。1913年Schoop提出了电弧喷涂的设计，1916年实用型的电弧喷枪。20世纪30年代英国研制成功Schort粉末火焰喷枪，之后出现了METCO-P型粉末火焰喷枪，其他热喷涂专业公司也相应开发了一系列粉末火焰喷枪，也使这一热喷涂方法得到广泛应用。1943年美国METCO

4、公司首次出版了《金属喷镀》手册。20世纪40年代末，热喷涂技术有了长足的进步。20世纪50年代末，由美国联合碳化物公司研制成功燃气重复爆炸喷涂，用于制备高质量的碳化物和氧化物陶瓷涂层，并首先应用到航空工业中。60年代初，等离子喷涂技术已在工业上应用。改变了热喷涂技术领域的面貌，大大扩充了喷涂材料和涂层应用的范围，解决了难溶金属材料和陶瓷材料的喷涂问题，并大幅度提高了涂层质量。20世纪70年代，热喷涂技术向着高能、高速、高效方向发展，研制成功80KW高能等离子喷涂设备、低压等离子喷涂设备和200KW液稳等离子喷涂设备。20世纪80年代，热喷涂技术又有了新的

5、发展，突出表现在研制成功超音速火焰喷涂和将电子计算机应用于热喷涂装备中，从而使喷涂涂层向着更高质量和精密化方向发展。英国、美国形成巨大的热喷涂经济产业链条。我国热喷涂技术应用食欲20世纪40年代末，50年代开始制造线材火焰喷枪和粉末气喷枪，发展了线材电弧喷涂，在上海组建了国内第一个专业化喷涂厂，研制出氧乙炔火焰丝喷涂和电弧喷涂装置，并对外开展喷涂业务。60年代初期研制成功封闭式喷嘴固定式电弧喷涂枪和陶瓷粉末气喷涂枪。60年代末期开始研究等离子喷焊技术，同时开始应用粉末火焰喷焊技术。70年代出现了品种和型号较为齐全的喷涂设备和材料，但总的来说进展缓慢。19

6、81年由国家经济委员会、国家科学技术委员会主持在北京召开了首届全国热喷涂会议，会上宣布在国家经济委员领导下成立了“全国热喷涂协作组”。1991年，国家机电部武汉材料保护研究所向国家民政部申请了“中国表面工程协会热喷涂专业委员会”。经过二十年来的发展，在热喷涂领域，新设备，新材料，新工艺及新的应用技术不断涌现，形成了科研、设计、制造和施工准也队伍及推广应用网络，为我国热喷涂技术的发展奠定了坚实的基础，可以预料，热喷涂技术在我国将会得到更加迅速的发展，在国民经济各个部门得到更广泛地推广应用。3热喷涂工艺的原理及特点7热喷涂技术是通过某种热源将某些材料加热至熔

7、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。喷涂层的形成包括喷涂材料的加热熔化阶段、熔滴的雾化阶段、粒子的飞行阶段和粒子的喷涂阶段。涂层与基体的结合一般认为有机械结合、扩散结合、物理结合和冶金结合。在使用放热型喷涂材料或采用高温热源喷涂时，熔融态的喷涂材料粒子会与熔化态的基体发生焊接现象，形成微区的冶金结合，提高涂层与基体的结合强度。喷涂层内的粒子之间的结合以机械结合为主，而扩散结合、物理结合、冶金结合等也共同起作用。自191

8、0年瑞士肖普（Schoop）博士发明了一种火焰喷涂装置（即热喷涂）以来，热喷涂技