材料表面處理之熱噴涂技術(shù)

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1、材料表面處理——熱噴涂技術(shù)摘要：介紹了熱噴涂技術(shù)的作用原理、工藝特點、分類?？偨Y(jié)了熱噴涂技術(shù)的應(yīng)用狀況。探討了新工藝、新材料在熱噴涂技術(shù)中的應(yīng)用前景。關(guān)鍵詞：熱噴涂；表面處理技術(shù)；新材料1概述高新技術(shù)的飛速發(fā)展對提高金屬材料的性能、延長儀器設(shè)備中零部件的使用壽命提出了越來越高的要求。而這兩個方面的要求又面臨高性能結(jié)構(gòu)材料成本逐年上升的問題。近年來，表面工程發(fā)展很快，尤其是熱噴涂技術(shù)獲得了巨大的進展，為解決上述問題提供了一種新的方法。熱噴涂是一種通過專用設(shè)備把某種固體材料熔化并加速噴射到機件表面上，形成一種特制薄層，以提高機件耐蝕、耐磨、耐高溫等性能的表面工程技

2、術(shù)。由于熱噴涂技術(shù)可以噴涂各種金屬及合金、陶瓷、塑料及非金屬等大多數(shù)固態(tài)工程材料，所以能制成具備各種性能的功能涂層，并且施工靈活，適應(yīng)性強，應(yīng)用面廣，經(jīng)濟效益突出，尤其對提高產(chǎn)品質(zhì)量、延長產(chǎn)品壽命、改進產(chǎn)品結(jié)構(gòu)、節(jié)約能源、節(jié)約貴重金屬材料、提高工效、降低成本等方面都有重要作用。隨著工業(yè)和科技的發(fā)展，人們對熱噴涂技術(shù)提出了越來越高的要求，在已有的熱噴涂工藝不斷得到改進的同時，一些新的工藝也應(yīng)運而生。目前，包括航空、航天、原子能設(shè)備、電子等尖端技術(shù)在內(nèi)的很多領(lǐng)域內(nèi)熱噴涂技術(shù)都得到了廣泛的應(yīng)用，并取得了良好的經(jīng)濟效益。2熱噴涂工藝的歷史早在1910年，瑞士學(xué)者Sch

3、oop受兒童玩耍鉛丸玩具槍的啟發(fā)發(fā)明了第一個金屬噴射裝置——金屬溶液式噴涂，當(dāng)時命名“金屬噴鍍”7。它是將低熔點金屬的溶液注入經(jīng)過加熱的壓縮空氣氣流中，使金屬溶液霧化并噴射到基體表面形成涂層。這個裝置雖然龐大，效率不高，但已包含了熱噴涂的基本原理和過程，開創(chuàng)了熱噴涂技術(shù)領(lǐng)域。1913年Schoop提出了電弧噴涂的設(shè)計，1916年實用型的電弧噴槍。20世紀(jì)30年代英國研制成功Schort粉末火焰噴槍，之后出現(xiàn)了METCO-P型粉末火焰噴槍，其他熱噴涂專業(yè)公司也相應(yīng)開發(fā)了一系列粉末火焰噴槍，也使這一熱噴涂方法得到廣泛應(yīng)用。1943年美國METCO公司首次出版了《金

4、屬噴鍍》手冊。20世紀(jì)40年代末，熱噴涂技術(shù)有了長足的進步。20世紀(jì)50年代末，由美國聯(lián)合碳化物公司研制成功燃氣重復(fù)爆炸噴涂，用于制備高質(zhì)量的碳化物和氧化物陶瓷涂層，并首先應(yīng)用到航空工業(yè)中。60年代初，等離子噴涂技術(shù)已在工業(yè)上應(yīng)用。改變了熱噴涂技術(shù)領(lǐng)域的面貌，大大擴充了噴涂材料和涂層應(yīng)用的范圍，解決了難溶金屬材料和陶瓷材料的噴涂問題，并大幅度提高了涂層質(zhì)量。20世紀(jì)70年代，熱噴涂技術(shù)向著高能、高速、高效方向發(fā)展，研制成功80KW高能等離子噴涂設(shè)備、低壓等離子噴涂設(shè)備和200KW液穩(wěn)等離子噴涂設(shè)備。20世紀(jì)80年代，熱噴涂技術(shù)又有了新的發(fā)展，突出表現(xiàn)在研制成功

5、超音速火焰噴涂和將電子計算機應(yīng)用于熱噴涂裝備中，從而使噴涂涂層向著更高質(zhì)量和精密化方向發(fā)展。英國、美國形成巨大的熱噴涂經(jīng)濟產(chǎn)業(yè)鏈條。我國熱噴涂技術(shù)應(yīng)用食欲20世紀(jì)40年代末，50年代開始制造線材火焰噴槍和粉末氣噴槍，發(fā)展了線材電弧噴涂，在上海組建了國內(nèi)第一個專業(yè)化噴涂廠，研制出氧乙炔火焰絲噴涂和電弧噴涂裝置，并對外開展噴涂業(yè)務(wù)。60年代初期研制成功封閉式噴嘴固定式電弧噴涂槍和陶瓷粉末氣噴涂槍。60年代末期開始研究等離子噴焊技術(shù)，同時開始應(yīng)用粉末火焰噴焊技術(shù)。70年代出現(xiàn)了品種和型號較為齊全的噴涂設(shè)備和材料，但總的來說進展緩慢。1981年由國家經(jīng)濟委員會、國家科

6、學(xué)技術(shù)委員會主持在北京召開了首屆全國熱噴涂會議，會上宣布在國家經(jīng)濟委員領(lǐng)導(dǎo)下成立了“全國熱噴涂協(xié)作組”。1991年，國家機電部武漢材料保護研究所向國家民政部申請了“中國表面工程協(xié)會熱噴涂專業(yè)委員會”。經(jīng)過二十年來的發(fā)展，在熱噴涂領(lǐng)域，新設(shè)備，新材料，新工藝及新的應(yīng)用技術(shù)不斷涌現(xiàn)，形成了科研、設(shè)計、制造和施工準(zhǔn)也隊伍及推廣應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)，為我國熱噴涂技術(shù)的發(fā)展奠定了堅實的基礎(chǔ)，可以預(yù)料，熱噴涂技術(shù)在我國將會得到更加迅速的發(fā)展，在國民經(jīng)濟各個部門得到更廣泛地推廣應(yīng)用。3熱噴涂工藝的原理及特點7熱噴涂技術(shù)是通過某種熱源將某些材料加熱至熔融或半熔融狀態(tài)，然后噴射到涂敷的基體

7、表面，形成一層性能優(yōu)于原來基體的涂層，從而使原工件具有更加優(yōu)異的表面性能，或者是使工件獲得一種或幾種原來基體材料不具備的表面性能膜狀組織。噴涂層的形成包括噴涂材料的加熱熔化階段、熔滴的霧化階段、粒子的飛行階段和粒子的噴涂階段。涂層與基體的結(jié)合一般認為有機械結(jié)合、擴散結(jié)合、物理結(jié)合和冶金結(jié)合。在使用放熱型噴涂材料或采用高溫?zé)嵩磭娡繒r，熔融態(tài)的噴涂材料粒子會與熔化態(tài)的基體發(fā)生焊接現(xiàn)象，形成微區(qū)的冶金結(jié)合，提高涂層與基體的結(jié)合強度。噴涂層內(nèi)的粒子之間的結(jié)合以機械結(jié)合為主，而擴散結(jié)合、物理結(jié)合、冶金結(jié)合等也共同起作用。自1910年瑞士肖普（Schoop）博士發(fā)明了一種

8、火焰噴涂裝置（即熱噴涂）以來，熱噴涂技