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—热喷涂表面处理技术

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摘要：本文重点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；新工艺

1前言
近30多年来人们对传统表面技术进行了一系列改进、复合和创新,使大量的现代表面技术涌现出来,在各个工业部门、农业、生物、医药以及日常生活中有着广泛而重要的应用。
表面技术的应用所包含的内容十分广泛,可以用于耐蚀、耐磨、修复、强化、装饰等,也可以是光、电、磁、声、热、化学、生物等方面的应用。表面技术所涉及的基体材料不仅是金属材料,也包括无机非金属材料、有机高分子材料及复合材料。表面技术的种类很多,把这些技术恰当地应用于构件、零部件、元器件以及各种材料,可以获得巨大的效益。
现代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，表面工程的快速发展，尤其是热喷涂技术获得了巨大的进展，为解决上述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工程技术[1-2]。
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[3]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热喷涂工艺的原理
热喷涂技术是通过某种热源将某些材料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[4]。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。
3热喷涂工艺的特点
自1910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，热喷涂技术已有很大发展，尤其是20世纪80年代以来，热喷涂技术的应用取得了很大的成就。与其他各种表面技术相比，热喷涂技术有其自身的特点：
（1）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。
（2）基体温度低。基体温度一般在30～200℃之间，变形小，热影响区浅。
（3）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。
（4）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。喷涂时生产效率为每小时几公斤到几十公斤。
热喷涂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、均匀性较差且不易对涂层进行非破坏检查等问题，主要体现在热效率低，材料利用率低、浪费大和涂层与基材强度较低三个方面。
4热喷涂方法的种类
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。热喷涂方法大体可分为火焰喷涂法、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。
（1）火焰喷涂法是目前喷涂技术中使用较广泛的一种工艺。采用火焰喷涂法技术，可以制备各种纯金属、合金、陶瓷及塑料等涂层。
（2）爆炸喷涂法是一项技术难度较大、工艺性能较强的新技术，也是一种高能喷涂方法。与一般火焰喷涂相比，必须提供足够高的气体压力，以产生高达5倍于音速的焰流（1830m/S）。气体的消耗量也很大，就氧气而言，通常是一般火焰喷涂的10倍。
（3）电弧喷涂法对各种金属材料都能喷涂，大量地应用于防腐、耐磨等工程。目前，电弧喷涂法已经从一种粗糙的高喷涂率的技术演化为能以低成本生产具有高质量涂层的较为精密的手段[5]