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。
    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。
$ v5 F) Z. W% w    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。

表1  主要热喷涂方法的应用比例

年份 % v' v5 o; a1 n9 r2 q! @	火焰喷涂 ' ]$ W2 k! \% u	电弧喷涂	等离子喷涂	高速火焰喷涂 ! |! c8 B+ l; Z4 `' a+ @
1980年 ; H0 R$ B) c8 Y5 I4 f	39%	6% & k- `# }/ A6 t  }7 ~) n* _9 T	55%	-
2000年   N1 K; p+ n  f1 |" C	12%	15%	48%	25%

2  热喷涂技术的应用
. q! O+ K% q2 B( f) d$ ]2 m    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

领域 / I! x2 z7 W' x$ B3 m( i	主要类型 & f8 Z- H3 T( H/ W7 ]$ o6 k# @	涂层材料类型
防护涂层	阳极性防护涂层（抗大气压及浸渍腐蚀涂层） $ F% x/ R0 v% p	Zn、Al、Zn-Al合金、Al-Mg合金、Al-Re 8 O  E+ j! J5 [% b4 F+ S; v4 I
	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 + P3 f) ?; h* N- M5 X4 g6 e0 N
	抗高温氧化涂层	Ni基、Co基合金、MCrAIY合金、氧化物陶瓷 ( U( t* R( G7 T2 W; z3 I
强化涂层	耐磨粒磨损及冲蚀磨损 7 k" z$ E* t; N  f2 N	碳化物+金属、自熔性合金、氧化物陶瓷
	耐摩擦磨损涂层 8 N0 R* i3 x) a) f% [	Mo或Mo+合金；有色金属及合金；自熔性合金；氧化物陶瓷 4 y7 _3 H: U- B& W. |
	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 8 }3 b0 d5 C$ N& Y	热障涂层 : b8 m4 h- Q& h4 p4 u5 S	氧化物陶瓷 - o+ ?3 S! D$ g4 M2 ?; k
	可磨密封涂层	金属+非金属复合材料 , E% X5 X) c4 }! B5 F6 V1 f
	热辐射涂层 ) {/ }4 s/ M0 D	氧化物复合材料
	导电屏蔽及防辐射涂层 * E/ j! \3 _5 p3 C( B	金属 ' B: |+ h! A: h% }% M, t
	固体润滑涂层 * t" x. E, I) `	金属+非金属复合材料 % L' u8 n+ e+ c) ]. s' H
	超导、耐电、高温塑料等特殊涂层 " ~/ ^' P" J  k

$ l; A6 r; x- I    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。
+ H- E- K8 D# c. |3 \) A3  热喷涂技术在化工、石油行业中的应用
% O, v( t4 j3 d( U    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。
/ Q& Q$ l9 c8 I4 o  P6 r* h- b  ?+ {    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。