推广热喷涂技术发展表面工程
徐滨士
中国表面工程
热喷涂技术是近年来在设备维修、机械制造中广泛应用的一项表面技术，是表面工程的重要组成部分。机械零件大多数是用金属材料制造的，在使用中由于相配合零件表面的相互作用会引起磨损;零件的金属表面由于大气的影响发生化学和电化学的作用而招致腐蚀。有时两种现象同时发生，称为磨蚀。随着现代工业和科学技术的发展，机械零件经常处于异常复杂和苛刻的条件下工作，大量机械设备往往因磨损、腐蚀或磨蚀而报废。
据国外工业发达国家统计，每年钢材腐蚀损失占钢材总产量10%，经济损失占国民经济总产值2~4%。我国国家科委对金属腐蚀情况做过调查，根据调查初步推算我国仅因金属腐蚀每年所造成的损失达100~15。亿元之多。如果将金属腐蚀、磨损所造成的停工、停产及所引起的事故等损失统计在内，其数字是更加惊人的。因此，国内外对研究开发表面工程和防护、抗磨技术普遍关切和重视。热喷涂是指将熔融状态的喷涂材料，通过高速气流使其雾化喷射在零件表面上，形成喷涂层的一种金属表面加工方法。
根据热源来分，热喷涂有四种基本方法:电弧喷涂，火焰喷涂;等离子喷涂和特殊方法喷涂。火焰喷涂就是以气体火焰为热源的热喷涂。目前，火焰喷涂按火焰喷射速度分为:火焰喷涂、火焰冲击喷涂(爆炸喷涂)及超音速火焰喷涂三种。电弧喷徐是以电弧为热源的热喷徐。等离子喷涂是以等离子弧为热源的热喷徐。以气体火熔为热源，将喷徐材料(自熔性合金粉末)通过特殊工艺方法重熔喷涂涂层的工艺方法称为喷熔。喷熔过程的特点是先在母材表面喷上涂层，然后利用高于涂层熔点(但低于母材熔点)的温度使涂层熔融，以使其与母材表面形成具有纤焊接头特点的结合。lgh’熔的结合强度高，因而喷熔工艺可以应用于抗疲劳、抗冲击的机械零件。
堆焊是指为增大或恢复焊件尺寸，或使焊件表面获得具有特殊性能的熔敷金属而进行的焊接。堆焊过程中不仅使焊接材料熔化，而且使母材表面熔化，使熔化的焊接材料和母材混合形成原子结合的接头，其结合强度高于喷熔。
热喷涂技术由瑞士肯普(schoop)博士首创，1008年他用雾化装置进行喷涂试验。1913年制作的世界上第一台丝材喷枪，到1920年逐渐完善并得到了实用。1920年日本人到瑞士考察后将金属喷涂引入日本，发明了用交流电弧为热源的喷涂装置。由于交流电弧不稳定，效率低，涂层质量差，没能实际推广。后来联邦德国改用直流电源后，电弧喷涂才有了实用价值。1938年美国研制了电弧线材喷枪。
50年代联邦德国发展了罗凯特(Rokide)氧一乙炔为热源的陶瓷棒材喷徐及其喷枪。1953年发明了自熔性合金，这是50年代喷徐材料方面的重大突破。50年代后期，为了满足航空、原子能、导弹、火箭等尖端技术对于高熔点、高强度徐层的迫切要求，美国相继发明了爆炸喷涂和等离子喷涂。近年来，各国相继重视发展低压等离子喷涂。60年代加拿大生产了数十种复合粉，美国、瑞士公司继续发展了复合粉的制备技术。自熔性合金粉和复合粉的出现，对热喷涂技术的发展起了重要作用。美国、比利时及联邦德国致力于碳化物、陶瓷、金属陶瓷及难熔金属等喷涂用粉的研究与生产。70年代以来，美国公司研制了大量铝热型混合粉和复合粉。美国美科(MET-CO)公司设计生产的一系列自粘一次喷涂粉，兼育自熔性合金粉与放热型复合粉的特点，简化了喷涂工艺，是喷徐材料发展的新趋势。近年来，喷涂材料中陶瓷材料和塑料受到了重视并发展了相应的喷涂装置。我国热喷涂技术起步较早，50年代就开展了丝材电弧喷涂，60年代在某些军工部门开始研究等离子喷涂;70年代出现了品种和型号较为齐全的材料和设备。但总的来说进展缓慢，只是到了近几年才获得了较快的发展。特别是原国家经委将热喷涂作为国家重点推广项目以后，发展速度更快并取得了显著的经济效盘。
等离子弧焰温度高，等离子喷涂颖粒飞行速度快，涂层结合强度也较高，孔隙率小于5%，在我国军工部门得到广泛应用。
从上述热喷涂技术的应用来看，由装饰性涂层发展为各种功能性涂层，如耐磨、抗氧化、隔热、导电、绝缘、减磨、润滑、防辐射等，热喷涂作为一项表面防护和强化技术，比起整体提高材质无疑要经济得多。因此它既可用于修复，又可用于制造。由于涂层材料的优异，修复零件的寿命不仅达到了新产品的寿命，而且对产品质量还起到了改造作用。因此，在新产品设计时就应考虑到应用热喷涂的防护或强化技术。
装甲兵工程学院从1975年开始研究应用热喷涂技术修复重载车辆零件。从1975到1980年自行研制了等离子喷涂全套装置，前后对68项242件采用等离子喷涂修复并装在六台车辆上进行1万2千公里实车试验考核，证明喷涂层与基体结合可靠;喷涂层的耐磨性高，延长了零件的使用寿命，采用等离子喷涂修复的车辆零件的相对耐磨性比新件提高1.4一8.3倍多修复零件的经济性好，喷涂修复成本约为新件价格的12%，喷涂耗用的粉末是零件缎(铸)前料重的千分之二。这项成果已推广应用，取得了显著的经济效益和社会效益。同时对等离子喷涂的应用理论也进行了较深入的探讨，前后在国内外学术会议和列物上发表文章10几篇，其中一篇关于等离子喷涂规范参数确定方法的探讨曾在1986年9月被选中在加拿大蒙特利尔召开的第十一届国际热喷涂学术会议上宣读。生产的等离子喷涂装置曾出口罗马尼亚。应用氧乙炔火焰喷涂及喷熔修复弹性轴获得了成功，并应用在车辆修理中。采用等离子粉末堆焊修复重载车辆渗碳齿轮进行了大量试验，取得了初步结果。
为了简化喷涂工艺，提高喷涂质量，采用固相团聚制粉法成功地研制了适用于重载车辆零件修复用的ZD一1型一次喷涂粉。近年来又研制成功塑料喷涂装置及喷涂工艺，并初步应用在零件修复上。目前正在进行超音速喷涂装置的研究及开展陶瓷热喷涂的试验。
实践证明，热喷涂技术是一项具有广阔前景和且大潜力的表面技术，在我国工业现代化中发挥了重要作用，已创造了显著的经济效盆。表面工程杂志在中国设备管理协会技术委员会、新技术推广总站、中国机械工程学会焊接学会Ic(热喷涂与堆焊)分委员会的支持下，组织出版热喷涂技术专集，对机械设备的强化或修复技术和理论进行研讨，以便扩大热喷涂的应用范围和领域，为解决大型机件，特别是进口设备零件的修复做出新贡献。
参考文献略
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