热喷涂技术在工业中的应用（三）

热喷涂(焊)与电镀、堆焊工艺的比较

热喷涂(焊)技术的优点

热喷涂(焊)技术在材料表面防护和强化技术中具有如下的特点：

1)喷涂材料范围异常广泛，几乎包括所有的固体材料(除了在火焰中能挥发的物质外)。

2)选择合适的工艺，几乎能在任何固体材料表面上进行喷涂。

3)一般不受施工场所的限制。例如将氧气和乙炔气带至野外，用自熔性合金粉末氧乙炔火焰喷焊修补铁路钢轨缺陷即为一显著例子。

4)一般不受工件尺寸的限制。既可以对大型构件进行大面积喷涂，也可以对大工件进行局部喷涂。如果工件需要夹具的话，则受夹具的限制。

5)涂层厚度可以控制，从几十微米到几毫米，可作薄涂层或厚涂层用。

6)受热程度可以控制。例如等离子弧喷涂、氧乙炔焰喷涂或爆炸喷涂，工件受热程度均可以＜200℃，工件不会发生畸变或改变淬火组织。

7)能以低级材料代替高级材料使用。例如在普通碳钢表面上喷焊一层镍基合金或者合金钢，可以代替不锈钢或工模具钢使用。

8)使材料具有耐磨、耐蚀、耐氧化、耐高温、隔热、导电、绝缘、密封、减磨、辐射、电子发射等不同功能，以满足各种工况和尖端技术的需要。

9)使材料具有复合功能。即利用基体材料的韧性和涂层的耐蚀、耐氧化性能。例如硅化钼硼化锆有良好的高温耐氧化、耐侵蚀性能，但硅化钼和硼化锆很脆，一直未能得到应用，采用热喷涂技术，使硅化钼和硼化锆得到了应用。

10)涂层表面光滑，加工留量少。用特细粉末进行氢氧焰喷焊，可以得到表面极为光滑的喷焊层，不加研磨即可使用。

11)不仅能进行材料表面防护和强化工作，而且还能修补废旧件。

12)修复废件速度快，减少因停工停产所造成的经济损失。

13)废旧件经修复后，还能比新件具有更高的性能和使用寿命。

14)设备简单、操作方便、工艺灵活、投资少、见效快、适用性强，易于推广，经济效果显著。

热喷涂(焊)技术的缺点

1）对于薄壁或较小的工件喷涂存在热变形现象。

2）对于某些工艺而言，喷涂层与堆焊层相比，喷涂层与基体的结合强度较低，不能承受冲击。除了塑料粉末火焰喷涂和喷锌外，其它金属和陶瓷涂层有少量针孔，用于防腐涂层，需要封孔处理。

3）喷涂小孔、深孔存在一定困难。

4）喷涂操作的粉尘飞散在空间，对人体有害，因此，工作时要穿戴好防护服，还需要适当的通风设备，如有条件，建议采用自动化操作。

热喷涂原理

热喷涂是由氧—乙炔焰、电弧、等离子弧、爆炸波等提供热能，压缩气体和超音速焰束将特制的金属与非金属喷涂材料加热到塑态或熔融态高速喷涂到经过预处理（清洁粗糙）的零部件表面形成特殊的涂层。不同的喷涂装置使用不同的热源，对喷涂材料形态分粉材、丝材、棒材的直径和粉末的粒度都有具体要求，无论哪一种方法其喷涂过程、涂层形成原理和涂层结构都基本相同，根据涂层设计，工件材质，形状和厚薄，原始表面状态，对涂层结合强度的要求等多种因素进行选择，喷涂工艺流程如下：

1、零件表面处理：

采用喷砂、电拉毛、机械加工等方法，使零件喷涂部位的表面产生一定粗糙度，以增强涂层结合强度。

2、选择喷涂参数：

⑴热能参数  它决定了热能的功率、温度、直接影响喷涂材料的加热熔化状态，对喷涂速度、沉积效率和涂层质量有很大影响。如火焰喷涂对燃气和助燃气流量与压力大小的选择；电弧喷涂对电流与电压的选择等；

⑵喷涂材料供给参数  粉末喷涂的送粉气体压力流量和送粉量，线材或棒材喷涂的材料供给速度；

⑶操作参数  喷涂距离、角度以及喷枪与零件要对移动速度等；

⑷被喷零件温度控制  喷涂过程中必须控制零件温度，往往因不加控制或控制不当而造成涂层达不到技术要求，如采取喷前零件预热或喷后涂层自然冷却等。

3、涂层后处理：

喷涂结束后，按照涂层用途，如用于化工设备防腐喷锌、铝、铅、不锈钢、各种陶瓷等涂层，根据腐蚀介质选择满足耐腐蚀封孔剂对涂层进行封孔处理，塑料喷涂无需封孔处理；如用于零件修复或预保护涂层，必须对喷涂层按照零件图纸或用户给定尺寸公差加工，以达到使用要求。

选择热喷涂的主要依据

在选择热喷涂以前，必须弄清以下几个方面的问题

⑴零件的服役情况  零件在何种介质中工作；零件的工作温度；零件的受力情况及负荷大小；零件的失效原因。

⑵零件的理化状态  零件的材质、成份、尺寸和外形；是否用过其它表面处理方法；热膨胀系数；以及磨损的部位和面积。

⑶对涂层的技术要求  如涂层的厚度、硬度和结合强度；尺寸和变形极限及精度等级；机加工性能以及所需的表面粗糙度等。

⑷经济上的合理性  采用热喷涂对新件的预保护或对失效旧件的修复，除了技术上的必要性外，绝大多数是出于经济上的原因。经计算，一般的喷涂费用只占零件价格的20%左右，当然也有占的比例较大的，甚至大大超过零件本身的价格，然而经喷涂过的零件其使用寿命比未经喷涂的至少要提高几倍以至几十倍。有些大的零件凡是制造周期长的零件，一旦损坏后很难及时配购，而采用热喷涂弥补了由停机带来的损失，经济上还是合算的。

热喷涂适用范围

无论是机械零件还是金属构件，最突出的问题就是表面磨损或腐蚀或两者皆之，这里简要介绍一下美国METCO公司的涂层应用指南：

1、耐磨损——热喷涂技术在高温和低温下最大的应用领域，这类涂层具体分为以下几种：

⑴耐粘着磨损或划伤——两个表面相对滑动，碎屑从一个表面粘到另一个表面时，发生粘着磨损或划伤，专用典型涂层为钴基碳化钨、碳化铬/镍铬涂层。

⑵耐磨粒磨损——当较硬表面在较软表面上滑动，而且两表面之间存在磨损时，发生磨粒磨损，当纤维和丝线在表面高速通过时，也发生磨粒磨损，专用典型涂层为钴基镍铬合金、自熔合金混合钼、氧化铬涂层。

⑶耐微振磨损——重复加载和卸载产生周期应力导致表面开裂和大面积脱落，专用典型涂层为氧化铝/二氧化钛涂层。

⑷耐气蚀磨损——液体流动在表面产生机械冲击，专用典型涂层为铝青铜涂层。

⑸耐冲蚀磨损——气体或液体携带粒子高速冲击表面时，发生冲蚀磨损，专用典型涂层为氧化铝/二氧化钛、氧化铝涂层。

2、耐高温和氧化——这类涂层抗化学或物理分解，改善零件的高温性能，这类涂层分为以下几种：

⑴热障涂层——在零件和高温环境之间充当热屏障，典型涂层为氧化钇做稳定化处理的氧化锆涂层。

⑵抗高温氧化涂层——保护基体抗高温氧化，典型涂层为镍/铬涂层。

⑶耐热腐蚀涂层——保护暴露在热腐蚀性气体中的基体，典型涂层为镍/铬涂层。

3、防腐蚀涂层——选择这类涂层比较复杂，因为零件的服役状态、环境温度和各种介质对涂层材料都有一定的要求，一般采用钴基合金、镍基合金和氧化物陶瓷、塑料等作为涂层材料；通过提高涂层的致密性；堵住腐蚀介质的渗透；合理选择涂层材料与零件基材的氧化——还原电位，防止电化学腐蚀，涂敷抑制腐蚀的封孔剂。

4、导电涂层或绝缘涂层——这类涂层又分为以下几种：

⑴导电涂层——即铜涂层。

⑵绝缘涂层——氧化铝涂层。

⑶屏蔽涂层——抗电磁干扰（EMI）或高频干扰（RFI）即铜涂层。

5、恢复尺寸涂层——这类涂层主要用于修补因磨损或加工超差的零件，对涂层材料和选择主要取决于零件的使用要求。

6、间隙控制涂层——这类涂层提供紧密的封严间隙，显著提高设备性能和运转效率，与配合零件接触时，涂层优先受控磨损，典型涂层为镍/石墨、聚酯铝混合物、铝/石墨涂层。