表面热喷涂技术的研究

河北省科技工程学校李帅伦

表面热喷涂技术的研究

河北省科技工程学校李帅伦

本文对表面热喷涂技术的工艺进行了概述，详细介绍电弧喷涂、等离子喷涂、火焰喷涂、爆炸喷涂等表面热喷涂方法，并介绍表面热喷涂技术的应用及其发展，对其未来的发展趋势进行展望。

热喷涂；应用；发展

引言

热喷涂表面覆盖技术是使工件表面强化和表面防护的一门科学技术，利用液体燃料、气体、等离子弧等做热源，将丝状、粉末状的喷涂材料加热到熔化或半熔化状态，利用热源自身的动力或者外加高速气流使之雾化，使喷涂材料的熔滴以需要的速度喷向经过预处理的工件表面，依靠喷涂材料的物理、化学变化而形成的表面加工方法。表面热喷涂技术在航天航空、原子电子等许多尖端领域都得到了广泛的应用，在修复维护方面为国家节约了大量资金。

1 表面热喷涂技术种类

1.1 电弧喷涂[1]

电弧喷涂是将金属做成两个熔化电极，在喷枪口产生短路而引发电弧，通过压缩空气穿过电弧以及熔化的液滴使之雾化，以一定的速度喷向工件表面形成连续的涂层。

电弧喷涂优点是热效率高，对工件的热影响小，避免了工件的变形，涂层性能优异，其加工范围广，寿命长，效率高。电弧喷涂发展迅速，除在大气下的电弧喷涂外，又出现了真空电弧喷涂新技术。

1.2 等离子喷涂[2]

等离子喷涂是把等离子火焰作为热源对喷涂材料进行加热，通过等离子喷枪产生等离子射流。通过高频振荡器激发引燃电弧，由于自磁收缩效应、热收缩效应及机械收缩效应的联合作用，电弧被压缩，形成非转移型等离子弧。使等离子流高速撞击经提前处理过的母材表面，并在母材表面形成牢固的涂层。使工件表面获得不同的耐磨、耐热、耐腐蚀等各种特殊性能，以满足工件的各种工作需要。

等离子喷涂优点是机构简单、电极寿命长、起弧容易、燃烧稳定等。

1.3 火焰喷涂[3]

火焰喷涂是将热塑性粉末通过火焰喷枪在底材上熔融形成厚涂层,利用可燃气体以及助燃气体混合燃烧作为热源，或喷涂粉末从料斗通过随输送气体在喷嘴出口遇到燃烧的火焰被加热熔化，随着焰流喷射在工件表面形成火焰粉末喷涂，或喷涂丝从喷枪的中心送出经燃烧的火焰加热熔化，并被周围的压缩空气将熔滴雾化，随焰流喷射到工件表面，形成火焰喷涂。

火焰喷涂的优点是设备投资少，操作方便，沉积率高，无电力要求；应用广泛，可喷涂各种金属、非金属陶瓷及塑料等材料。

1.4 爆炸喷涂[4]

爆炸喷涂是利用脉冲气体爆炸的能量将被喷涂的粉末材料加热直接轰击到工件表面形成涂层。喷涂时先将一定比例的氧气和乙炔由供气口送入水冷喷枪的燃爆室，随后由送粉气将喷涂粉末送入燃爆室，这些粉末在燃烧气体中浮游，经火花塞点火使氧气和乙炔的混合气体燃烧并产生爆炸，爆炸产生热能加热喷涂粉末达到熔融状态，利用爆炸冲击波把喷涂材料喷向基材表面形成涂层，接着向室内送入清洗气，冲淡燃气，为下次爆炸做准备，如此反复循环地进行而产生。

爆炸喷涂的优点是操作简单、成本低、无污染，涂层的耐磨性高、硬度高、粗糙度低，与基底结合力强，对基底和喷涂材料没有限制，能量利用率高，耗电量小，适合小口径内孔表面喷涂。

1.5 其他喷涂

表面热喷涂技术除了上述几种，还有超音速喷涂和激光喷涂等。超音速喷涂的发明是为了替代爆炸喷涂，而且在涂层质量方面也超过了爆炸喷涂。激光喷涂的应用范围很广，从低熔点涂层材料到超高熔点涂层材料均可。

2 表面热喷涂技术的应用

2.1 在航空航天技术上的应用

表面热喷涂技术在航空发动机修理中被广泛地应用在风扇叶片、涡轮叶片等部件上，使磨损后的零件修复，达到提高发动机效率，延长其使用寿命的目的。也可以恢复航空发动机上零部件的尺寸，如在滑油泵壳体的啮合面磨损，通过等离子喷涂铜铝涂层的方法恢复尺寸。

2.2 在机械工业中的应用

表面热喷涂技术可用于恢复磨损失效的机械零件，来延长其寿命。等离子喷涂氧化铝-氧化钛等陶瓷涂层，也可以改善机械零件的抗高温氧化性，防止熔融金属的侵蚀。采用热喷涂技术对曲轴进行修复，可延长其使用寿命，降低机械的维修成本。

2.3 在生物医学方面的应用

表面热喷涂在生物医学方面也有很好的发展前景。采用等离子喷涂在人工牙齿、人工骨头等种植体（材料多为不锈钢）上喷涂一层生物相容性好的羟基磷灰石涂层，人体生物组织就可以长入涂层中的孔隙中，与种植体形成紧密的结合。

2.4 其他应用

在化工、食品等行业中塑料涂层是一种较好的防腐涂层。随着计算机的普及，自动化喷涂设备的不断完善，喷涂技术和涂层材料的应用研究将进一步深入。

3 表面热喷涂技术的发展

3.1 理论方面的研究

表面热喷涂技术是一种多学科的边缘学科，是实用性很强的基础工艺，高温、高压等因素给热喷涂技术理论研究带来很大困难，加强表面热喷涂理论知识的研究是各国一直致力的方向。

3.2 研制新型喷涂材料

喷涂材料是整个热喷涂技术的核心，随着热喷涂技术的发展,喷涂材料也在完善，采用自蔓延合成技术制备新型喷涂粉末，现合成出TiC等陶瓷新型粉末材料。纳米涂层技术是纳米高科技和先进制造技术的完美结合，应用前景广阔。

3.3 表面热喷涂技术新领域探讨

表面热喷涂技术与其他学科结合形成新的表面处理技术与热处理工艺结合形成高频感应重熔及炉内烧结重熔涂渗工艺，与电镀工艺结合形成涂镀工艺及镀涂工艺，与铸造工艺结合出现电火花烧结工艺等。新能源的利用产生了电子束重熔和激光重熔等新的表面热喷涂技术。

4 结束语

国内外的表面热喷涂技术发展迅速，应用也越来越广泛。进入21世纪以来，随着科技的进步，由于表面热喷涂技术的操作简单方便等一系列优点，表面热喷涂技术必将逐步代替许多传统的表面技术，并且伴随着学科之间的交叉渗透，表面热喷涂技术定会有更广泛的发展和应用前景，带来巨大的经济效益。

[1]姜银方,朱元右,戈晓岚.现代表面工程技术[M].北京：化学工业出版社,2005.11.

[2]周庆生.等离子喷涂技术及其在机床维修中的应用[J].制造技术与机床,1980(02).

[3]周兴保.国外火焰喷涂粉末涂料[J].化工新型材料,1995(04).

[4]杨细瑛.爆炸喷涂技术的现状及应用[J].焊接技术,2001(02).

[5]付俊波,周世魁.热喷涂技术在航空发动机零部件及其维修中的应用[J].失效分析与预防,2006(02).

[6]吴子健.热喷涂纳米涂层制备方法及材料的研究现状和展望[J].材料保护,2005(10).

[7]吴涛,朱流,郦剑等.热喷涂技术现状与发展[J].国外金属热处理,2005(04).

[8]阎洪.金属表面处理新技术[M].北京：冶金工业出版社, 1996.

李帅伦，男，1981年出生，河北蠡县人，研究生，讲师，研究方向：机电焊接。