热喷涂技术的发展及应用

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1 表面工程及热喷涂技术的特点及发展
' ~4 R, r4 X4 T) u+ @2 r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。
; e, o4 i- P; {$ C* H; O/ P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）。
, |; z- X$ w  g/ O; u/ Q20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
火焰喷涂
" G+ _7 l% D. D  g+ F, C电弧喷涂
2 s2 R. K# n7 v' S; I" {* L等离子喷涂
高速火焰喷涂
2 I( @5 B% j6 z6 @' v1980年
" w2 V8 @. D5 a, S8 O. H39%
6%
+ d* d3 m; x9 J+ V& W55%
  C# _3 V& p% `1 H1 E6 [( G-
8 ~. f# u$ S( @2 [0 T2000年
2 m* N& k5 V( m/ H12%
15%
48%
% x& N, G: c! Y/ q! q' s2 t0 c$ g25%
, o# ?3 ~! F0 I* Y  m: H2  热喷涂技术的应用
$ W" E. z$ O' e8 E  n$ n& `; t! a  ?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。
, E, {0 }: l4 B表2  热喷涂涂层的主要应用领域
领域
主要类型
" t/ x- i& i8 t' e& i1 g涂层材料类型
' z2 S8 p2 m. ]& ]9 Q3 a& l防护涂层
! ~& [; b1 t! w+ F0 t0 I阳极性防护涂层（抗大气压及浸渍腐蚀涂层）
6 M1 x1 m$ p6 w5 L& {Zn、Al、Zn-Al合金、Al-Mg合金、Al-Re
# f& U; l# d% \$ V8 y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
! {/ ]/ U3 L8 s0 j6 j( K0 j, g: PNi基、Co基合金、MCrAIY合金、氧化物陶瓷
) X, D7 G9 U( @  ~* \& }强化涂层
/ W1 {4 g! {1 ]9 z耐磨粒磨损及冲蚀磨损
7 X' @0 s$ e/ D& n7 {9 N- }1 q碳化物+金属、自熔性合金、氧化物陶瓷
4 r" h) T0 y# b  ?  s5 b# L5 t耐摩擦磨损涂层
' ?2 a, j3 o+ r& _Mo或Mo+合金；有色金属及合金；自熔性合金；氧化物陶瓷
! P2 j' s1 v8 g5 t5 A4 C在强腐蚀介质中耐磨涂层
自熔性合金、高合金、陶瓷
4 B# z2 P; w% y( C+ k特殊功能涂层
5 @& ~& w# V0 D1 P9 n7 c2 e热障涂层
8 Q. e+ `6 E+ F& M氧化物陶瓷
& y6 q. {, i3 t' z, p, a( x# k2 C( I% K可磨密封涂层
1 p% x" {1 ?. Q0 ~4 d: w4 A金属+非金属复合材料
* x$ g0 u  i" R$ ]3 `6 h热辐射涂层
0 R& K( H6 X% K3 f1 @/ T" Z氧化物复合材料
9 r, v- D- A* \" b- d8 k导电屏蔽及防辐射涂层
金属
! S. r' K/ p2 k! L固体润滑涂层
0 }/ l1 [* M) c金属+非金属复合材料
超导、耐电、高温塑料等特殊涂层
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。
  Q' M& ^" z- t6 R3 f$ s2 j# m3  热喷涂技术在化工、石油行业中的应用
9 ]( l& x3 g+ ^- ]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。
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