热喷涂技术的应用与展望

热喷涂技术的应用与展望

摘要：本文综述了热喷涂工艺的特点、分类以及在不同行业的应用和研究现状，并对热喷涂技术的发展趋势进行了展望。

关键词：热喷涂；涂层；应用

0引言

热喷涂是一种采用专用设备利用热源将金属或非金属材料加热到熔化或熔融状态，借助焰流或外加的推力将熔滴雾化或推动熔粒成喷射的粒束以一定速度喷射到经过制备的基体表面形成某种功能的涂层，以提高机件耐蚀、耐磨、耐热等性能的新兴表面工程技术[1-2]。热喷涂技术在航空航天、机械制造、石油化工、电力设备维修，造纸业等领域中得到了广泛的应用，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。

1 热喷涂工艺特点

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了，热喷涂工艺、设备、喷涂材料以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。热喷涂技术与其他各种表面技术相比，有许多自身的特点[4]：

(1)喷涂材料的选择范围广泛，它几乎包括所有的固体材料。

(2)选择合适的工艺方法几乎能在任何固体材料表面上进行喷涂，这是其它表面技术无法实现的。

(3)一般不受施工场所的限制，既可以在室内喷涂，又可以现场施工。

(4)一般不受工件尺寸及形状限制，既可对工件进行大面积喷涂，也可以对工件进行局部喷涂。

(5)涂层厚度可以在几十微米到几毫米范围内控制。

(6)除喷熔外，热喷涂工艺对基体材料热影响小，并且可以进行控制，它不会影响基体金属的金相组织和机械性能。

(7)能够使涂层具有不同功能，尤其是复合功能。

(8)热喷涂的生产率高.

(9)与其他堆焊方法比较，火焰喷熔层和等离子喷熔层的冲淡率较低，而且表面成形平整、光滑、加工余量少。

(10)废旧件采用热喷涂修复后，还能比新件具有更高的性能和更长的使用寿命。

但是，作为一种表面处理技术，它也存在许多不足之处，比如涂层存在结合

力较低、孔隙率较高、均匀性较差等问题。此外，对于较小的制品,喷涂效率较低，也很不经济。

2 热喷涂技术分类

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以下几种如图1所示[5]：

图1 热喷涂技术分类

2.1火焰喷涂

火焰喷涂是以氧-燃料气体火焰作为热源的喷涂方法。燃料气体包括乙炔(燃烧温度3260℃)、氢气(燃烧温度2871℃)、液化石油气(燃烧温度2500℃)和丙烷(燃烧温度3100℃)等。乙炔与氧结合产生的火焰温度最高，所以氧-乙炔火焰喷涂是目前应用最广的火焰喷涂方法。虽然由于它的喷涂效率高于粉末喷涂，在使用中占有一定的地位，但因其喷出的熔滴大小不均，使涂层的结构也不均匀，孔隙度也大，且拉丝造棒的成形工艺受到限制。因此对火焰喷涂，目前仍大量使用火焰粉末喷涂[6]。

近年来，火焰塑料喷涂技术发展很快，对有些要求耐腐蚀性强、使用条件苛刻的化工设备和容器，金属喷涂层因有微孔是不适宜的，故对于使用温度在80℃(或120℃)以下的零件防腐，采用塑料粉末喷涂为好[7]。

2.2电弧喷涂

电弧喷涂是以电弧为热源的热喷涂技术。与火焰喷涂相比，具有喷涂结合强度高(一般为火焰喷涂的 2.5倍)、喷涂效率高(比火焰喷涂提高2～6 倍)、能源利用率高、安全性高等优点。目前主要用于金属丝材的喷涂，近几年也有人试用管状丝材填充合金粉末(粉芯丝材)喷涂粉材。美国 D.G.At teridge 和M.Becker 等人进行了双丝电弧喷涂(TWAS) 纳米结构涂层的研究工作，其中外皮和芯材料的体积比为1:1，喷涂粉芯丝材的电压要比喷涂实心丝材时低。他们作了 3 种不同WC-Co 含量的涂层，该纳米结构涂层在结合强度、耐磨性、孔隙率等方面均比常规涂层有所提高。电弧喷涂纳米结构涂层技术由于其相对较低的设备成本和涂层呈现出优异的性能，将会成为纳米粉体材料热喷涂技术开发的一个重要方向[8]。

2.3 等离子喷涂

等离子喷涂是利用等离子焰流作为热源，将喷涂材料加热到熔融或高塑性状态，并在高速等离子焰流的曳引下，高速撞击到工件表面上，经淬冷凝固后与工件相结合形成涂层。等离子弧是一种高能密束热源，电弧在等离子喷枪中受到压缩，能量集中，具有温度高(弧柱中心温度高达15000～33000K)、焰流速度高、稳定性好、调节性好等特点，特别适合于陶瓷等高熔点材料的喷涂，成为目前制备陶瓷涂层最主要的方法。国内外已有数百种材料用等离子进行喷涂，所得的涂层具有抗蚀、抗氧化、耐磨损擦伤、助滑、助粘结、防辐射和绝热等功能[7]。2.4 超音速火焰喷涂

超音速火焰喷涂技术利用可燃气体燃料(如氢气、丙烷或丙烯)或可燃液体燃料(如航空煤油)等与作为助燃气的氧气(或压缩空气)混合，在高压的燃烧室中被点燃并燃烧，剧烈燃烧并膨胀的燃烧气体受到喷嘴的约束并压缩而形成超音速火焰束流，被喷涂的粉末材料沿燃烧室轴心(轴向式)或者喷管周围(径向式)由送粉气体(如氮气)送入，并在火焰中被加热和加速后喷出，形成结合强度很高的涂层。由于火焰温度不高，粉末粒子在火焰中停留和加热的时间短，因此，其材料的相变、氧化和分解受到抑制，特别适合喷涂在高温下极易分解和退化的碳化钨等金属陶瓷材料[9]。

目前在国外已经渗透到各种领域，如石油化工、机械、印刷、航空航天、冶金、电力、塑料，等工业部门。特别是在高科技领域，超音速喷涂的高质量涂层能够满足航天、航空和原子能等尖端领域对材料的苛刻要求。美国己经采用超音速火焰喷涂逐步取代常规的等离子喷涂修复飞机涡流发动机部件，这样既降低了成本，又改善了涂层的质量。

2.5爆炸喷涂

爆炸喷涂是利用气体爆炸产生高能量,将喷涂粉末加热加速,使粉末颗粒以

较高的温度和速度轰击到工件表面形成涂层。喷涂时,先将一定压力、比例的氧气和乙炔由进气口通入水冷喷枪内腔，然后由供粉口将粉末送入,接着火花塞点火,氧气和乙炔的混合气体燃烧并爆炸,产生高温高速气流,将粉末加热,并以高速(超过音速约3倍)撞击到基材表面,形成涂层,通入氮气清理枪管,为下一次喷涂做准备。如此重复进行。爆炸喷涂涂层结合强度高、致密、孔隙率低。喷涂时, 由于粉末颗粒迅速被加热、加速,半熔粉末对基体的撞击力大，所以涂层结合强度高，喷涂陶瓷粉末可达70MPa，喷涂金属陶瓷粉末可达175MPa,涂层致密，孔隙率<2%，可制备高硬度、耐磨损涂层[10]。

3 热喷涂技术的应用

由于热喷涂技术能延长零部件的使用寿命，可以节约大量的贵重材料和加工工时；它的设备投资少、效率高、操作简便；而且涂层具有各种特殊性能，所以它在国民经济中的各个领域中具有广泛的应用。

3.1在航空航天工业上的应用

在航天发动机上现已大量地采用了热喷涂涂层，以期解决磨损、风蚀、热保护和间隙调整等问题。例如，过去最早报道过的JT9D，就有600多处使用了热喷涂涂层。目前，有的新型发动机中，1000～3000个部件均采用了热喷涂技术[11]。随着热喷涂技术的发展，热障涂层、耐高温涂层、耐磨涂层等一系列高性能涂层的开发，促进了航空航天工业的快速发展，不但提高了航天设备整机效率、降低能耗、简化设计，而且延长其使用寿命。

3.2在机械工业中的应用

由于在机械装备中应用的材料大多为钢材，所以做好防腐工程和提高机械零件的耐磨性能非常重要[12]。实践证明，使用热喷涂技术可以收到很好的应用效果。长江葛洲坝过船闸闸门、江苏淮安市三河闸闸门、山东德州地区官家闸闸门和北京三家店拱河闸闸门从1996年开始采用电弧火焰喷涂涂层防护，自此改变了每2～3年必须大修的状况，并节约60 d/次，增加通航船艘400~500只/年，至今仍使用正常。胜利油田将其大型贮油罐(表面积800m2)的表面喷涂Al涂层，获得了较好的对海洋及大气的防腐蚀效果。海南上坡糖厂采用火焰喷涂技术在其压缩榨辘轴轴颈上喷涂耐磨层,修复尺寸，每根节省2000多元，效益显著。上海喷涂机械厂用等离子喷涂对机床进行维修，使机床寿命提高了1~2倍。另外热喷涂技术在纺织、造纸、电力、汽车制造等多个领域得到了广泛的应用并取得了良好的经济效益。

3.3 在钢铁行业的应用

在钢铁企业中，大量设备工件处于高温、高速、重载荷或腐蚀环境工况条件下运行，因此，这些备件的质量和使用寿命将直接影响钢厂的生产效率、产品质

量和生产成本。热喷涂技术主要应用于特殊工况和表面有特殊要求的场合，典型应用如各种退火炉中的炉辊、热镀锌线的沉没辊、结晶器短边铜板及冷热轧工艺辊道[13]。宝钢集团率先将热喷涂技术应用在连铸结晶器短边铜板喷涂、冷轧热镀锌机组沉没辊、连续退火机组炉辊以及冷轧工艺辊道等处，采用热喷涂方法代替原始的电镀工艺，不但取得了良好的工艺效果，还可以减少电镀带来的环境污染。

3.4在铁路行业的应用

热喷涂技术在铁路行业中的应用非常广泛。在铁路桥梁维修时，有些桥梁采用整体电弧喷涂Al或Zn进行防腐处理，由于铁轨的振动和枕木的微小移动，桥梁的上盖板防腐涂层不仅要求具有耐腐蚀性能，还应具有一定的耐磨损性能，所以大多数桥梁的上盖板采用电弧喷涂Zn+耐磨漆，也有些桥梁上采用电弧喷涂Al+不锈钢+封孔剂的方案。宝鸡渭河铁路大桥采用电弧喷+不锈钢+封孔剂的施工方案，预计寿命20年以上。目前，中国有几十个专业喷涂厂承接电视塔、桥梁、输变电铁塔、地下电缆管道等大型工程，喷涂面积达2×105m2，为这些工程节省了大量的维修费用，取得了明显的经济效益和社会效益[14]。

3.5在生物医学工程上的应用

热喷涂在生物医学工程方面的应用已逐渐成熟，如在钛合金(TC4)人工关节(髋关节、膝、肩关节及骨盆等)表面上喷涂陶瓷涂层,既解决了金属材料在人体生物液中易产生腐蚀的问题，亦解决了陶瓷材料单独成型时易产生的脆弱问题。热喷涂使陶瓷与关节金属之间具有一定的结合强度，使表面具有耐磨性好、化学性稳定、生物相容性好、有利于骨质细胞的长入，同时也改变了传统手术中采用骨水泥来固定的情况,现已为全国各大医院使用[12]。

4 研究展望

目前，国内外的热喷涂设备正朝着高能、高速、高效发展的同时，轴向送粉技术、多功能集成技术和实时控制技术也将成为热喷涂设备的发展方向。设备的不断发展将使可喷涂材料的范围更广，制备纳米、非晶、导热、催化、导电、绝缘、超导、隐身等功能涂层将成为热喷涂研究的热点。利用各种在线监测技术确定粉末在喷涂过程中的流体动力学特征，建立喷涂粒子的温度场和速度场，深入理解涂层的形成过程，从而得出各个喷涂参数对涂层结构和性能的影响规律。采用各种先进的声、光、电无损检测技术，对涂层性能进行在线诊断，评估涂层质量和预测涂层寿命，是未来热喷涂涂层质量监控的重要研究方向。随着热喷涂技术的不断发展，热喷涂涂层必将更加广泛地应用到国民经济发展的各个领域中[15]

热喷涂技术与应用论文

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,

热喷涂技术资料

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，

热喷涂材料：现状与未来

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

热喷涂技术发展的主要方向

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

热喷涂技术的应用

热喷涂技术的应用 一、前言 电力工业是国民经济的基础产业，是实现现代化的物质基础。改革开放以来，为适应我国快速发展的国民经济的需求，电力工业也得到了飞速的发展。据统计，到1995年底，我国发电机设备装机容量已超过2亿千瓦，已经连续9年每年新增大、中、型机组超过1000万千瓦。近几年还达到1500万千瓦左右。“九?五”计划期间，我国将要新增加装机8300万千瓦，新增发电量4000亿千瓦时。到2000年，全国电力装机将达到2.9亿千瓦，年发电量达14000亿千瓦时，2010年全国电力装机更将达到5.5亿千瓦左右。 广东省一直处于我国改革开放的前沿，电力工业的发展更是令人瞩目，大亚湾核电站，从化抽水蓄能电站及为数不少的大、中型火电站如雨后春笋般相继矗立于南粤大地，保证了我省经济持续高速的动力需求，有力地推动了我省改革开放的进程。 然而，在电力工业中其中特别是火电厂，从锅炉、气轮机、电机的主机系统，到制粉、出灰等辅助部分，常常由于系统中的某一零件的局部磨损或高温腐蚀而失效，不但影响电厂的安全运行，而且为恢复运行、修复和更换已损坏的部件，不仅需要投入大量人力、物力、财力而且在修理和更换期间，必定影响发电，造成巨大的经济损失。 根据美国通行的电力系统性评价分析方法，设备提高性的经济效益包括三个方面的节约：①替代能源消耗；②备用能源费用；③修理费用。估算结果，美国火电站如能将可用系统提高0.05，则第①项每年可节约84亿美元，第②项相当于省装备用机组34000MW。美国电力研究所最新调查还表明，美国每年平均发生叶片事故40余起，平均每起的修理费用为20万美元，因每次事故停机引起的替代能源耗费为250万美元。10年间因叶片事故造成的直接损失为14亿美元。此外，除直接经济损失外，特别在普遍供电紧张的情况下，备用容量小，停机事故往往引起大面积停电，造成极大的社会影响，以某电厂300MW机组因11级围带飞脱造成停机和地区停电为例，停电40天，少发电约2.6亿度，电费直接损失约2600万元，当时该地区每度电产值约5元，则社会间接损失达1.3亿元，相比之下，几十万元抢修费只是一个零头了。据此，增加设备使用寿命，延长设备大修期间间隔，缩短检修时间，提高设备运行效能就成了电力部门经营管理的关键。 为解决电力系统腐蚀及磨损问题，长期以来，各国的科技工作者和产业界就针对性地进行了不懈的努力。如80年代初期，美国热喷涂技术专业公司（TAFA）与主要热喷涂锅炉应用者以及权威的合金制造者（International Nickel）联合组织力量，对以开发一种能对锅炉管道提供长期持续保护的材料和工艺为目标的工作进行了长期的研究，经过大量的实践证明热喷涂技术不失为一种解决电力工业中腐蚀、磨损的有效而经济的技术。多年来该技术已在美国、英国、日本等国获得了广泛的应用。随着热喷涂技术近年来在我国的推广应用，特别是该技术本身的不断完善和进步，因而逐渐地被人们所接受并开始受到应有的重视，在我国电力工业部门也逐渐得到了某些应用。 二、热喷涂技术简介 热喷涂技术是一种材料表面保护和强化的新技术，它是以气体、液体燃料以及电弧、等离子弧作热源，将金属、合金、陶瓷、金属陶瓷、塑料等粉末或丝材、棒材加热到熔化或半熔化状态，借助于火焰推力或压缩空气喷射而粘附到预先经过表面处理的工件表面形成涂层，赋予工件以耐磨、耐腐蚀、抗高温、耐氧化、隔热、绝缘等特性，以达到提高工件性能、延长设备使用寿命的一种技术。由于该技术工艺及涂层材料选择范围十分广泛，操作简便灵活，特别适合于现场施工和工件局部修复，因此，热喷涂技术不但是新设备预保护的有效方法，而且是现场维修有效而经济的手段。

热喷涂技术应用论文

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[1]

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

热喷涂技术的发展和应用

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。

热喷涂技术现状及其发展

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

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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

热喷涂技术发展背景

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

热喷涂表面技术的发展现状

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：27000013 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

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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 2.1 超音速火焰喷涂技术 2.1.1 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]。

爆炸喷涂研究的现状及趋势实用版

YF-ED-J8505 可按资料类型定义编号 爆炸喷涂研究的现状及趋 势实用版 Management Of Personal, Equipment And Product Safety In Daily Work, So The Labor Process Can Be Carried Out Under Material Conditions And Work Order That Meet Safety Requirements. （示范文稿） 二零XX年XX月XX日

爆炸喷涂研究的现状及趋势实用 版 提示：该安全管理文档适合使用于日常工作中人身安全、设备和产品安全，以及交通运输安全等方面的管理，使劳动过程在符合安全要求的物质条件和工作秩序下进行，防止伤亡事故、设备事故及各种灾害的发生。下载后可以对文件进行定制修改，请根据实际需要调整使用。 20世纪50年代初期，美国联合碳化物公司 利德分公司发明了粉末爆炸喷涂(简称爆炸喷 涂)技术，申请了专利，并于1953年投入生 产。但他们只在本公司内为用户提供制备涂层 的服务，而不出售该技术和设备，并且至今没 有发表过关于该技术的任何论文。到上世纪60 年代，前苏联乌克兰科学院材料研究所和焊接 研究所开始研究爆炸喷涂技术，并研制出一系 列的爆炸喷涂设备。由于此技术有一定的危险 性，且技术难度大，所以其它国家没有进行该

技术的研究。90年代苏联解体后，乌克兰科学院与中国钛得公司合作开发产品，使该技术公开化。俄罗斯、乌克兰材料所和焊接所开始向外出售该技术和设备。1970年，我国的航天部六二一所也成功研制出了爆炸喷涂设备，但由于性能与乌克兰的设备相差较大，所以国内使用的爆炸喷涂设备大多是从乌克兰和俄罗斯引进的。目前约有近10台爆炸喷涂设备在国内开始使用。 爆炸喷涂技术研制成功后，因其涂层比其它喷涂方法得到的涂层质量高得多，所以得到了人们的广泛认可。一般认为，爆炸喷涂是当前热喷涂领域内最高的技术。最初一直应用于航天和核工业等军事领域，并逐渐向民用品发展，目前已应用到钢铁工业、能源工业、汽车

热喷涂技术现状及最新研究

热喷涂技术研究现状及应用 华南理工大学杨沙 摘要：重点介绍气体爆炸喷涂，新型超音速火焰喷涂，超音速等离子喷涂技术，综述了热喷涂技术在热障涂层、非晶涂层、纳米涂层、生物活性涂层以及SOFC功能涂层方面的新应用。 关键词：气体爆炸喷涂；新型超音速火焰喷涂；超音速等离子喷涂；涂层应用 0 引言 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。 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。[1]热喷涂技术经过了近一百年的发展，取得了很大的成就，具有以下几方面的特点： a)可在各种基体上制备各种材质的涂层，包括金属、陶瓷、金属陶瓷、工程塑料、玻璃、木材、布、 纸等几乎所有的固体材料。 b)基体温度低。基体温度一般在30~200℃之间，变形小，热影响区浅。 c)操作灵活。可喷涂各种规格和形状的物体，特别适合于大面积涂层，并可在野外作业。 d)涂层厚度范围宽。从几十微米到几毫米的涂层都能制备，且容易控制，喷涂效率高，成本低。[2] 1 热喷涂工艺 传统热喷涂工艺主要分为火焰喷涂、爆炸喷涂、电弧喷涂、等离子喷涂。随着科技与工业的发展，对热喷涂涂层材料的性能提出了越来越高的要求，涂层材料的加热温度、喷涂材料撞击基体的速度以及涂料在加热喷涂过程中的氧化是影响涂层结合强度、孔隙率等的基本因素，为了获得高结合强度、低孔隙率的优良涂层，在原有基础上科技工作者相继开发出气体爆炸喷涂，新型超音速火焰喷涂和超音速等离子弧喷涂等工艺。[3] 1.1 气体爆炸喷涂 爆炸喷涂技术的实质是利用脉冲式气体爆炸的能量将被喷涂的粉末材料加热加速轰击到工作表面后形成坚固涂层。此技术是美国联合碳化物公司林德公司在上世纪50年代发明的专利技术,当时简称为D—GUN。爆炸式喷涂时首先要将一定比例的氧气和乙炔气送入到喷枪内，然后再由另一入口用氮气与喷涂粉末混合送入。在枪内充有一定量的混合气体和粉末后，由电火花塞点火，使氧――乙炔混合气体发生爆炸，产生热量和压力波。喷涂粉末在获得加速的同时被加热，由枪口喷出，撞击在工件表面，形成致密的涂层。爆炸喷涂陶瓷粉末形成的涂层其结合强度可达到70MPa，而金属陶瓷涂层的结合强度可以达到175MPa。喷涂时，粉末颗粒撞击到工件表面后受到急冷，在涂层中可以形成超细组织或非晶态组织，因此涂层的耐磨性也较高。此外，爆炸式喷涂获得的涂层比较致密，孔隙率可以达到2％以下。[4]

热喷涂技术概述

热喷涂技术概述 1、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。 一、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：

二、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。 三、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，净化和粗化表面的方法很多，方法的选择要根据涂层的设计要求及基材的材质、形状、厚薄、表面原始状况以及施工条件等因素而定。净化处理的目的是除去工件表面的所有污垢，如氧化皮、油渍、油漆及其他污物，关键是除去工件表面和渗入其中的油脂。净化处理的方法有，溶剂清洗法、蒸汽清洗法、碱洗法及加热脱脂法等。粗化处理的目的是增加涂层与基材间的接触面，增大涂层与基材的机械咬合力，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、机械加工法(如车螺纹、滚花)、电拉毛等。其中喷砂处理是最常用的粗化处理方法，常用的喷砂介质有氧化铝、碳化硅和冷硬铸铁等。喷砂时，喷砂介质的种类和粒度、喷砂时风压的大小等条件必须根据工件材质的硬度、工件的形状和尺寸等进行合理的选择。对于各种金属基体，推荐采用的砂粒粒度约为16－60 号砂，粗砂用于坚固件和重型件的喷砂，喷砂压力为0。5－0。7Mpa，薄工件易于变形，喷砂压力为0。3－0。4Mpa。特别值得注意的一点是，用于喷砂的压缩空气一定要是无水无油的，否则会严重影响涂层的质量。喷涂前工件表面的粗化程度对大多数金属材料来说2。5－13 μmRa 就够了。随着表面粗糙度的增加涂层与基体材料的结合增强，但是当表面粗糙度超过10μmRa 后，涂层结合强度的提高程度便会减低。对于一些与基材粘结不好的涂层材料，还应选择一种与基体材料粘结好的材料喷涂一层过渡层，称为粘结底层，常用作粘结底层的材料有Mo、NiAl、NiCr 及铝青