热喷涂技术的发展及应用

罗斯福

热喷涂技术的发展及应用

6 D; I5 e: p) e2 p( U6 I, S9 M     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 Y: f+ t; g8 e/ e. D3 t　　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。
5 Q; O- f6 ]4 g+ k' Q, l9 A6 q　　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)。
+ J6 J4 I* o+ P4 f* q4 f　　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。
+ ]  h# z% W/ [0 k　　表1 主要热喷涂方法的应用比例
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$ \9 A) o3 ^3 o3 v

年份 + X! D1 h3 p' Z. f" ]% L	火焰喷涂	电弧喷涂	等离子喷涂 ! _) |, i0 m! V4 y$ h: U2 O	高速火焰喷涂
1980年 ! U9 y! l7 F# [, d	39% + O% U6 m0 u* R	6%	55% , ~6 E8 G/ x; |1 ~) ^! @8 r	-
2000年	12% 2 _2 {5 t, d+ T' r% W	15%	48% ) F2 l0 E' i" B5 W- H, y7 f	25%

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# E9 i1 P  F4 l" ^  b0 e! J$ t　　2 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。
　　表2 热喷涂涂层的主要应用领域
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领域	主要类型 4 [- _1 C: ?: `/ e$ V3 T9 v	涂层材料类型
防护涂层 ! x. B; Z+ O5 v- K3 \	阳极性防护涂层（抗大气压及浸渍腐蚀涂层） # L, C1 l2 C* U  m, A6 e6 f	Zn、Al、Zn-Al合金、Al-Mg合金、Al-Re - t& H# A  Z+ R' h: w
	阴极性防护涂层（抗化学腐蚀涂层）	不锈钢、有色金属及合金、氧化物陶瓷、塑料等高分子材料
	抗高温氧化涂层 9 ]9 ^) B" }) ]* F" t) J' U) R	Ni基、Co基合金、MCrAIY合金、氧化物陶瓷
强化涂层	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
	耐摩擦磨损涂层 2 V! J7 Z5 N6 l+ ^6 U	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 4 D2 D2 t# y" p7 k* [
特殊功能涂层 3 G9 H2 G  U0 a4 f& f5 q	热障涂层	氧化物陶瓷
	可磨密封涂层 * `! L4 c5 L  ^& I! f9 E+ R: W9 I	金属+非金属复合材料
	热辐射涂层   C8 N4 c* P- m	氧化物复合材料
	导电屏蔽及防辐射涂层 4 F1 m, ^# E% u4 L# |6 i	金属
	固体润滑涂层	金属+非金属复合材料 2 Q0 P6 G2 J2 k& ?" R' R5 _
	超导、耐电、高温塑料等特殊涂层 9 D( {3 ^* x! g5 O	$ p" K  o* M0 [; r

. B  f8 M; `; n2 q% T　　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。
6 U: I" G0 v$ o' }5 Y( e　　3 热喷涂技术在化工、石油行业中的应用
, o$ ~, M5 y1 P4 y　　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。