热喷涂工艺

热喷涂

随着热喷涂技术的不断发展，越来越多的喷涂新材料、新工艺技术不断出现，涂层的性能多种多样并不断提高，使其应用领域迅速遍及航空、航天、汽车、机械、造船、石油、化工、铁道、桥梁、矿山、冶金以及电子等诸多行业，以满足人们对耐磨、耐蚀、抗高温氧化、耐热循环、热传导及电特性等特殊功能要求。

热喷涂工艺方法种类繁多，其各自采用的设备、技术特点以及最终获得的涂层的性能均有所不同，热喷涂方法应依据机件服役条件对涂层性能所提出的要求、机件的大小、形状、材料、批量和施工条件等来加以确定。

（1)对于承载低的耐磨涂层和以提高机件抗蚀性的耐蚀涂层，当喷涂材料的熔点不超过2500℃时，可采用设备简单、成本较低的火焰喷涂。

（2)对于涂层性能要求较高或较为贵重的机件，特别是喷涂高熔点陶瓷材料时，宜采用等离子喷涂。

（3)工程量大的耐蚀、耐磨金属涂层，宜采用电弧喷涂。

（4)要求高结合力、低孔隙率的金属或合金涂层可采用气体火焰超音速喷涂，要求结合强度高、孔隙率低的金属和陶瓷涂层可采用超音速等离子喷涂。喷涂材料种类繁多，从金属、合金、陶瓷到复合材料，所获得的涂层性能存在很大差异，涂层的设计主要由机件的使用环境、服役条件等来确定。

一、耐蚀涂层

Zn, Al, Zn  Al合金涂层对钢铁具有良好的防护作用，这不仅与阴极保护作用有关，涂层本身也具有良好的抗腐蚀作用。处于室外工业气氛中钢件，若气氛呈碱性，则可采用Zn涂层;若气氛中硫或硫化物含量高，则可采用A1涂层;如桥梁、输电线、钢结构件、高速公路护栏、照明高杆等喷涂Zn或A1涂层进行长效防腐。处于盐气雾中的钢件，如海岸附近金属构件、甲板、发射天线、海上吊桥等均可喷涂Al, Zn或其合金进行长效防腐，一般二三十年不需要维护。长期处于盐水中的钢件，如船体、钢体河桩及桥墩等可喷涂A1进行长期防腐。耐饮用水的涂层可用Zn，涂层不需封孔，如淡水储器、输送器等。耐热淡水的涂层可用A1，但涂层需封孔，如热交换器、蒸汽净化设备及处于蒸汽中的钢件。

二、耐磨涂层

在机械零部件表面喷涂耐磨涂层的主要目的为:提高性能和延长寿命，其基本出发点是机件表面的强化;修旧利废，恢复因磨损或腐蚀磨损而造成的尺寸超差，并赋予机件更好的耐磨性;提高产品质量，对于设备中的某些零部件，通过喷涂耐磨涂层，将会提高整机的性能和技术指标，从而提高产品的质量。由于机械的工作环境和服役条件不同，其磨损机制也不尽相同，因此应有针对性的选择合适的涂层。

（1）抗磨料磨损涂层许多机件如各种破碎机、泥浆泵、农用机械及混凝十搅拌机等工程机械，往往因遭受矿物、岩石、泥沙等磨料的磨损而失效。在此类机件表面喷涂某此铁基、镍基、钻基材料或在这此喷涂材料中加入WC. A1₃O₂. Cr₂O₃. ZnO₂:等陶瓷颗粒获得复合涂层，可显著提高其抗磨料磨损性能。

（2)抗粘着磨损涂层在机件表面喷涂铁基、镍基或钻基的WC. A1₃O₂. Cr₂O₃. ZnO₂复合涂层，或喷涂陶瓷，将增大或改变摩擦副间的物理、化学及晶体结构的差异和性质，从而提高机械的抗粘着磨损性能。另外，在边界润滑条件下，铝涂层具有优异的耐粘着磨损性。

（3)耐微动磨损涂层凸轮随动件、汽缸衬套、导叶、涡轮叶片等机件常因微动磨损而失效，喷涂自熔合金、氧化物或碳化物金属陶瓷、某些Ni, Fe, Co基材料可显著提高机件的抗微动磨损性能。

（4)耐热磨损涂层各种热作模具、轧管定径穿孔机、压铸模具以及粉末冶金模具等，其不仅服役在较高的温度环境下，而且遭受磨损、挤压、冲击及冷热疲劳作用，可喷涂某些钻基自熔合金、Ni/A1从以及陶瓷来提高耐热磨损性能。

（5)耐冲击磨损和耐气蚀磨损涂层各种风机、水电阀等的失损主要是由于冲蚀磨损而引起的。而水轮机叶片、喷头及各种汽缸衬套常因气蚀磨损而失效，可喷涂Ni基自熔合金。自熔合金加铜粉、不锈钢、超细A1₃O₂、Cr₂O₃,WC复合粉末显著提高机件的耐冲蚀磨损和耐气蚀磨损能力。

三、耐熔融金属涂层

耐熔融Zn浸蚀涂层:可喷涂及纯白钨等，如浸Zn槽、浇铸槽等·

耐熔融Cu浸蚀涂层:可喷涂及MO等。如锭模。

耐熔融A1浸蚀涂层:可用涂层，如模具、输送槽等·

耐熔融钢铁浸蚀涂层:可喷涂及等，如风口、连铸模等·

四、恢复尺寸涂层

热喷涂用于修复因磨损、加工不当造成尺寸超差的工件，涂层要与基体有相同或更好的性能。如齿轮、轴颈、键槽、机床导轨等，多用铁基合金、镍基合金、铜基合金修复，用与钢轨热膨胀系数相近的Fe3O对粉热喷涂修复钢轨磨损部位便是一个典型的成功的修复范例。

综上所述，涂层的设计和喷涂材料的选择主要依据工件的服役条件，但同时要考虑工艺性、经济性和实用性。如钻基合金性能优异，但国内资源较匾乏，因而应尽量少用;我国镍资源尽管较为丰富，但镍基合金价格较高，所以在满足性能要求的前提下也应尽量采用铁基合金。对于某些特殊重要的工件的喷涂应以获得最优的涂层性能为准则，而对于大多数工件的喷涂则以获得最大经济效益为准则。