热喷涂技术及其应用

夏天的风

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。
7 F) q# p( n: t9 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。
) N7 M/ @- u+ f% ]  ?$ E" J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）。
- x( R0 A" x0 n4 i9 x20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。
* n$ G. s, _8 X7 ^9 T表1  主要热喷涂方法的应用比例
年份
$ }: k5 H/ m/ t: p( _% V' T( O火焰喷涂
电弧喷涂
等离子喷涂
0 W0 X" s* n( v" w! }8 h9 p9 {; m高速火焰喷涂
1980年
6 x7 x* d) ~- s6 C" A7 s* j/ Q, K39%
6%
55%
-
2000年
5 J1 w4 e. V( e: v6 a6 N12%
15%
48%
& M5 g  |0 x( B25%
2  热喷涂技术的应用
% a1 Y9 ~# K) U4 N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。
  v  O! x! f8 q0 {" a& q表2  热喷涂涂层的主要应用领域
领域
主要类型
9 }  j7 y6 j! n# Y! g( R' w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）
+ Z4 {/ `4 n3 R4 t; ]4 ~, oZn、Al、Zn-Al合金、Al-Mg合金、Al-Re
! z1 ~/ E, Q. y1 V阴极性防护涂层（抗化学腐蚀涂层）
0 @, ~% t# U2 @; x5 w1 {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
Ni基、Co基合金、MCrAIY合金、氧化物陶瓷
强化涂层
0 I0 O  P( S* i9 B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
' T" J# r% e! E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
" M% Y- t  X/ g2 A在强腐蚀介质中耐磨涂层
. R% K; d; m9 E, P. E自熔性合金、高合金、陶瓷
8 a- x4 ~+ L8 T6 R, G; V特殊功能涂层
: a5 `$ k" D/ C8 T% Q3 i( L8 e0 e' o热障涂层
氧化物陶瓷
- g1 D% X" c6 b, g) N可磨密封涂层
- Z9 q2 f' L4 I' H: \0 u7 M. M4 p9 }金属+非金属复合材料
热辐射涂层
氧化物复合材料
导电屏蔽及防辐射涂层
金属
固体润滑涂层
金属+非金属复合材料
超导、耐电、高温塑料等特殊涂层
! j, @' F  f% n: T+ D. ]; ]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。【MechNet】
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