热喷涂陶瓷材料涂层技术的应用领域

bliang2008

热喷涂技术是材料科学领域内表面工程学的重要组成部分，它是一种表面强化和表面改性的技术，通过在金属基体表面喷涂一层涂层使金属具有耐磨、耐蚀、耐高温氧化、电绝缘、隔热、防辐射、减磨和密封等性能。热喷涂技术主要用于高温、耐磨、耐腐蚀等部件的预保护、功能涂层的制备及对失效部件的修复等。
热喷涂工艺方法中应用较广泛的有火焰喷涂、电弧喷涂、等离子喷涂、爆炸喷涂和超音速喷涂技术。火焰喷涂是通过火焰喷枪实现的，喷枪通过气阀分别引入乙炔、氧气或压缩空气，乙炔和氧气混合后在喷嘴出口处产生燃烧火焰，引入的粉状或棒状涂材在火焰中被加热熔化后，在焰流的作用下形成雾状小液滴被喷射到基体表面形成涂层。电弧喷涂所用的两根线状材料涂层材料由送丝轮自动导入，当在两线状材料之间通过大电流时将产生电弧，线状材料在电弧的高温作用下迅速熔化，并由压缩空气作用成小液滴被喷射到基体表面形成涂层。等离子喷涂适用于粉状涂层材料，等离子喷枪将电能转化为热能，产生高温高速的等离子焰流，其等离子焰流温度可高达50000℃，能熔化所有的喷涂材料。爆炸喷涂是利用可燃性气体与氧气混合物点火爆炸提供的能量，将粉体喷射到基体表面而形成涂层。超音速火焰喷涂方法因具有很高的粒子撞击速度，使得涂层结合强度、硬度、致密性、耐磨性都得到了改善。
1 T! [" s4 M. Q  P/ O大多数陶瓷材料具有离子键或共价键结构，键能高，原子间结合力强，表面自由能低，从而赋予了陶瓷材料高熔点、高刚度、高化学稳定性、高绝缘绝热能力、热膨胀系数小、摩擦系数小等特性；但与金属材料相比，其塑性变形能力差、对应力集中和裂纹敏感。显然，用陶瓷作为机械结构材料，其可靠性比金属材料差，机械加工困难，成本高。然而，采用热喷涂技术，在金属基体上制备陶瓷涂层，能把金属材料的特点和陶瓷材料的特点有机地结合起来，获得复合材料结构。由于这种复合材料结构具有异常优越的综合性能，使得热喷涂技术迅速从高尖领域扩展应用到能源、交通、冶金、轻纺、石化、机械等民用工业领域。
$ K% j% s8 F8 p& T2 P陶瓷涂层技术的特点与整体结构陶瓷材料相比，陶瓷涂层技术具有如下特点：1.能有机地把金属材料的强韧性、易加工性等和陶瓷材料的耐高温、耐磨和耐腐蚀等特性结合起来。2.合理选择涂层材料和适宜的喷涂工艺，可以获得各种功能的表面强化涂层。3.不受基体的限制：用于热喷涂的基体材料可以是金属、陶瓷、水泥、耐火材料、石料、石膏等无机材料，也可以是塑料、橡胶、木材、纸张等有机材料。4.不受工件尺寸和施工场所的限制。5.涂层沉积速率快，厚度可控，工艺简单。6.陶瓷涂层的可加工性好，且涂层损坏后可再进行喷涂。
$ R# k, D4 }  O热喷涂陶瓷涂层技术的应用领域十分广泛，主要有：1.热障涂层。航空发动机的关键部件是高温合金涡轮叶片和涡轮盘，这些受热部件处于高温、氧化和高速气流冲蚀等恶劣环境中。对于承受温度高达1100℃的燃气轮机部件，已超过了镍基高温合金使用的温度极限（1075℃），有效的解决办法是涂敷绝热性好的高熔点陶瓷涂层，称热障涂层。热障涂层主要用于航空、舰船及陆用燃气轮机的受热部件以及民用内燃机、增压涡轮、冶金工业用喷氧枪等器件。2.抗高温黏着磨损涂层：热处理炉辊、支承辊、烧结炉辊等高温辊子多在800℃－1200℃高温下运行，采用热喷涂技术，在高温炉辊表面喷涂特种陶瓷或金属陶瓷涂层，具有良好的耐高温、抗氧化、抗黏着、防节瘤和自清理净化功能，既可显著提高炉辊使用寿命，又能生产表面光洁质量优良的钢材。3.耐磨损耐腐蚀涂层:化工厂用高压往复式计量泵柱塞，采用喷涂Al2O3-TiO2复合涂层代替传统的镀铬工艺，其使用寿命提高了6倍。在低应力滑动磨损和磨蚀工况下，几乎所有原有镀铬的制品都可以用热喷陶瓷涂层代替。4.功能涂层：等离子喷涂超音速喷涂超导陶瓷涂层都已应用成功。超导陶瓷涂层在磁屏蔽、微波元件、各类传输器、量子电子器件等方面显示出良好的应用前景。在0.1mm的铁片上喷涂30μm的BaTiO3涂层，其介电常数超过了6000，已广泛应用于陶瓷片式电容器。等离子喷涂形成的Al2O3涂层在厚度不到1mm时，能够在1300℃的高温下耐电压2500℃以上，满足了高温电绝缘的要求。在钛合金基体上喷涂50-75μm羟基磷灰石等生物活性陶瓷，提供了良好的化学相容性，因此，可作为比较理想的人工骨骼材料加以利用。
油田钻井和采油工程中，存在大量腐蚀和磨损问题，可以预计热喷涂技术和陶瓷涂层有着广泛的应用前景。
文章关键词： 热喷涂陶瓷材料