热喷涂技术及其应用

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热喷涂技术及其应用
1  表面工程及热喷涂技术的特点及发展
    表面工程是经表面预处理后，通过表面涂覆、表面改性或多种表面工程技术复合处理，改变固体金属表面和非金属表面的形态、化学成份和组织结构和应力状态，以获得所需要表面性能的系统工程。
2 Y1 i1 k% \* |# N6 s$ |- c, X    表面工程综合了多个领域的基础理论、技术和最新成果。表面工程技术因在基体材料表面制造了一层涂层或薄膜，或通过表面改性赋予材料许多特殊性能，使材料的表面性能大大优于材料基体，不仅能大大延伸基体材料的应用领域，而且解决了许多领域中材料无法满足环境要求的问题。表面工程技术在解决人类发展中遇到资源、能源、环境等共同问题中起着不可替代的重要作用。
    由于表面工程技术节能、节材，从而保护了人类赖以生存的宝贵资源，同时还对环境保护起到了非常关键的作用。21世纪表面工程技术将渗透各行各业，推动社会文明、提高生活质量。
    热喷涂技术是表面工程中的一个重要分支，它是通过火焰、电弧或等离子体等热源，将某种线状和粉末状的材料加热至熔融或半融化状态，并将加速形成的熔滴高速喷向基体形成涂层。涂层具有耐磨损、而腐蚀、而高温和隔热等优异性能，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。热喷涂技术的应用主要包括：长效防腐、机械修复及先进制造技术、模具制作与修复、制造特殊的功能涂层等四个方面。目前，热喷涂技术已广泛应用于几乎所有工业领域以及家庭用品（如不粘锅、红外线保健电热器等）。
    20世纪末，热喷涂技术的发展十分迅速，并迅速被推广使用。1980年到2000年，热喷涂市场的变化见表1。到20世纪末，等离子喷涂仍然居主导地位。值得注意的是，高速火焰喷涂（HVOF）迅速发展，将占据25%的市场比例，居第二位。电弧喷涂技术，由于经济性好、涂层性能比火焰喷涂层优越，将部分代替火焰喷涂技术上升到第三位。
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表1  主要热喷涂方法的应用比例

年份 - I! I9 M' {# i	火焰喷涂 , K0 ?) y2 }6 D+ i% B; A+ V/ F	电弧喷涂	等离子喷涂	高速火焰喷涂
1980年 ( C1 w9 z5 m% a! y7 ?3 B  h	39% # }' b: O$ ~. @	6% % R" e& |# m5 B4 t  }8 r7 V! Q	55% 2 z! H9 ~- w8 D3 M0 F	- ' e2 n. ]: i1 h' N& `
2000年 , ^2 s  Z! {  [. }2 Y8 t	12% 5 r/ M; n8 R2 h! o$ j	15%	48%	25% % ]+ [0 z8 ~7 z" q4 W

5 u6 c1 r" {2 c, ~2 c2 e- @: T2  热喷涂技术的应用
    热喷涂技术目前已经得到了广泛的应用，其主要应用领域如表2所示。
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表2  热喷涂涂层的主要应用领域

领域   m- q2 O- e# A: e) I3 v2 T	主要类型	涂层材料类型 5 q8 {; n+ y! Y' w! R7 E
防护涂层	阳极性防护涂层（抗大气压及浸渍腐蚀涂层）	Zn、Al、Zn-Al合金、Al-Mg合金、Al-Re
	阴极性防护涂层（抗化学腐蚀涂层） * A. K3 k" R) f. ?2 \% C) T+ R5 Y	不锈钢、有色金属及合金、氧化物陶瓷、塑料等高分子材料 % y6 s: D% M: J. w- W+ Y& `5 {
	抗高温氧化涂层	Ni基、Co基合金、MCrAIY合金、氧化物陶瓷
强化涂层 5 v- [% B0 a- e& @, }	耐磨粒磨损及冲蚀磨损	碳化物+金属、自熔性合金、氧化物陶瓷 ; D/ N( k/ k9 i
	耐摩擦磨损涂层	Mo或Mo+合金；有色金属及合金；自熔性合金；氧化物陶瓷
	在强腐蚀介质中耐磨涂层	自熔性合金、高合金、陶瓷
特殊功能涂层	热障涂层	氧化物陶瓷
	可磨密封涂层 - C' e/ Y8 _4 w	金属+非金属复合材料 0 U: A/ `% U5 T; t0 B; \
	热辐射涂层 * J$ ~! y% R$ n$ s6 A( o8 u; X	氧化物复合材料   X+ e4 D  ?$ Y% f
	导电屏蔽及防辐射涂层	金属
	固体润滑涂层 7 E: t8 I1 u3 m' j. Q1 i: `6 {	金属+非金属复合材料
	超导、耐电、高温塑料等特殊涂层 6 }# j0 ?7 j  C" z/ y- Q

    近年的发展趋势和特点是：（1）大面积长效防护技术得到广泛应用，对于长期暴露在户外大气的钢铁结构件采用喷涂铝、锌及其合金涂层，代替传统的刷油漆的方法，实行阴极保护进行长效大气防腐；（2）采用热喷涂技术修复与强化大型关键设备及进口零部件国产化；（3）超音速火焰喷涂技术的应用：（4）气体爆燃式喷涂技术进一步得到应用；（5）高速、自动氧乙炔火焰末喷涂技术发展迅速；（6）热喷技术在化工防腐工程中得到应用；（7）激光重熔技术开始应用。目前，热喷涂技术在军事、水利、电力、化工、建筑、环保、生物等众多工程领域等方面得到了日益广泛的应用，热喷涂在海洋工程方面也得到了广泛应用。对船身、甲板、驳船、大平底船、拖船等，热喷涂都取得了良好的长效保护效果。
3  热喷涂技术在化工、石油行业中的应用
    在化工行业中，腐蚀尤为严重，它不仅造成大量材料和设备损失，而且因腐蚀造成的企业停产。安全事故及环境污染所带来的损失更难以估量的。防止“跑、冒、滴、漏”是化工企业设备管理的主要任务之一。集多种工艺方法于一身、以表面强化为宗旨的热喷涂技术可以喷涂所有的固态工程材料，并具有良好的化学稳定性，目前在化工行业中已得到日益广泛的应用。化工介质往往含有硫及氧，如燃料、酒精、醋酸、甲苯、甘油、糖浆的储罐，原轴套机械密封和叶轮，均可通过热喷涂解决防腐。对一般弱腐蚀介质可以通过金属热喷涂铝、锌、不锈钢加封闭解决，对强酸、碱等通过塑料火焰喷涂环氧、聚四氟乙烯等解决。效果十分显著。热喷涂在化工行业中的典型应用有如下几个方面：1、以低级材质 和加热喷涂层取代不锈钢、钛合金等高级材质不锈钢。2、可作为化工反应罐、贮罐、搅拌装置和管道的防腐涂层。3、可作为搪玻璃设备崩瓷损坏的良好修补层。
    热喷涂在石油工业中也得到了广泛的应用。热喷涂已成功用于石油勘探，开采等设备的修复和防护。热喷涂涂层已成功用于石油钢管、海洋平台的长效防腐。某井下作业公司工程安装公司引进的电弧喷涂技术，较好地解决了金属防腐难题，填补了油田金属防腐空白。工程安装公司目前已将该技术应用到线材、板材、型材及金属设备中，喷涂后的产品防腐能力提高了2倍以上。