热喷涂技术在冶金工业中的应用

诚心学徒

　　1前言热喷涂技术起始于本世纪初。起初,只是将熔化的金属用压缩空气形成液流,喷到被涂敷的基体表面上,形成一层膜状组织。其喷涂温度、熔滴对基体表面的冲击速度及形成涂层的材料的性能构成了喷涂技术的核心。热喷涂技术的整个发展,基本上是沿着这三支主导线向前推进的。温度和速度取决于不同的热源和设备结构。从某种意义上说,温度越高、速度越大,越有利于形成优异的涂层,这就导致了温度和速度两种要素在整个技术发展过程中的竞争与协调的局面。繁多的喷涂材料的可选择性,是热喷涂技术的另一种优势,它可以使不同设备的工作面被“点铁成金、戴盔穿甲”。正是这三种要素,以及其他多项可控的影响因素,使热喷涂成为真正的具有叠加效果的独特技术,它可以设计出所需的多种多样的改性表面,获得从一般机械维修,直到航天和生物工程等高技术领域广泛的应用。不久前,在日本神户举行的第十四届国际热喷涂会议上,将汽车、冶金和能源等工业领域作为热喷涂技术深化应用与重点开发的三大主题,表明这项技术在扩充应用中的新动向。
3 b% E' P! x& q　　2基本概念
　　2.1定义
　　热喷涂是这样的一系列过程:以某种形式的热源将喷涂材料加热,受热的材料形成熔融或半熔融状态的微粒,这些微粒以一定的速度冲击并沉积在基体表面上,形成具有一定特性的喷涂层[1]。热喷涂技术的全部过程如图1所示。
　　2.2喷涂材料
+ k& V6 q+ M" X0 ^) _& m4 `　　喷涂材料有粉、线、带和棒等不同形态,它们的成分是金属、合金、陶瓷、金属陶瓷及塑料等。粉末材料居重要地位,种类逾百种。线材与带材多为金属或合金(复合线材尚含有陶瓷或塑料);棒材只有十几种,多为氧化物陶瓷。
　　2.3喷涂方法
5 G, m; K0 P; n# X　　以提供热源的不同,可分为燃烧法及电热法。前者包括燃烧火焰喷涂、爆炸喷涂及高速火焰喷涂(HVOF);后者包括电弧喷涂及等离子喷涂(又分常压等离子喷涂、低压等离子喷涂与水稳等离子喷涂)。
　　喷涂工艺对涂层产生重要影响的是喷涂温度(严格点说,是熔滴冲击基体表面时的温度)和熔滴冲击基体表面的速度。各种喷涂方法的特征列入表1[2]。
7 p& P, E$ B- o( P8 A　　2.4涂层的形成及其评价
　　喷涂材料经过具有某种热源形式的喷涂设备喷射之后,在到达被喷涂的基体表面之前,其飞行时间只有几千分之一秒或更少。在如此之短的时间内,它被加热、熔化或半熔化,形成细小而分散的熔滴,冲向基体表面,被击成扁平的叠状小片,先前生成的扁片又被后来者所覆盖,很快就形成由很多扁平罗叠而成的覆盖层,即为喷涂层。热源温度越高,熔滴冲击速度越大,形成的涂层越致密。
+ Q9 a; ~3 y' }" r6 D6 J2 p　　涂层性能与诸多因素有关。图2表明了涂层性能与喷涂方法及材质之间的关系[3]。
　　3涂层功能
( a! `8 Z8 X3 [* x; p" d1 Z9 @　　当某一个工程问题提出后,首先应明确接受施工的工件被喷涂的部位(通常是设备或设施的工作表面)处于什么样的工况条件,而涂层功能则是确定喷涂工艺及材料的主要依据,同时还要考虑在经济上是否允许,它们之间的关系如图3所示。
　　3.1涂层的多样性涂层的多样性源于喷涂材料的多种选择、工艺参数的可控及喷涂方法的可变。喷涂粉末材质逾百种,线材和棒材也有数十种,不同的喷涂方法和工艺参数的变化,能使同一材质形成不尽相同的涂层。如此,这些变数的组合就可得到一组“菜单式”的涂层系列,当你需要具有某种特性的涂层时,只需从中择取即是。
　　3.2涂层类别喷涂材料喷涂而成的涂层依据它们的成分可以分为10个系列;
　　(1)铁、镍和钴基涂层;
　　(2)自熔合金涂层;
! U  n* s3 T7 y+ b　　(3)有色金属涂层;
　　(4)氧化物陶瓷涂层;
0 f  D& H/ ^2 V, T3 A　　(5)碳化钨涂层;
- H: x$ U* v7 v　　(6)碳化铬和其他碳化物涂层;
! `5 B" o% D/ y* q# Q　　(7)难熔金属涂层;
3 T% T8 }3 m% @; v　　(8)氧化物陶瓷涂层;
　　(9)塑料基涂层;
　　(10)金属陶瓷涂层。
6 B4 D" r/ n: e  d9 t- N　　3.3涂层功能依据美国F.N.LONGO对热喷涂涂层的分类方法[4],涂层按功能可分为:

' v& `3 X3 V' x- x- b& r　　(1)耐磨损涂层。包括抗粘着磨损、表面疲劳磨损涂层和耐冲蚀涂层。其中有些情况还有抗低温(