【導(dǎo)讀】特點(diǎn)和最新成就，并展望了該技術(shù)的推廣應(yīng)用前景。熱噴涂技術(shù)在國民經(jīng)濟(jì)建設(shè)中所發(fā)揮的重大作用，越來越引起人們重視。它作為表面技術(shù)一。目前，無論在設(shè)備、材料、工藝、科研等方面都在迅速發(fā)展與提高。藝方面向機(jī)械化、自動(dòng)化方向發(fā)展，如計(jì)算機(jī)控制、機(jī)械手操作等。涂設(shè)備發(fā)展達(dá)到了嶄新階段。超音速火焰噴涂、低壓等離子噴涂、以及超音速等離子噴涂。不足之處，由美國Browning公司在1986年末推出的超音速等離子噴涂具有設(shè)備投。HEPJET超音速等離子噴涂槍，成功地研制了超音速等離子噴涂系統(tǒng)。該系統(tǒng)設(shè)計(jì)突破了以提。在當(dāng)今熱噴涂技術(shù)向大產(chǎn)值、大批量邁進(jìn)的形勢下，這項(xiàng)技術(shù)開始受到更多。噴涂粒子速度提高到超音速，改善了粒子霧化效果，提高了涂層質(zhì)量。等單位研制成功了適合我國國情的超音速火焰噴涂裝置，其價(jià)格只有進(jìn)口的1/2~1/10。超音速噴涂和空氣燃料超音速噴涂的雙重功能，能制備性能優(yōu)異的金屬。

　　

【正文】 許的情況下，噴距適當(dāng)小些為好。 噴涂角：指的是焰流軸線與被噴涂工件表面之間的角度。該角小于 45 度時(shí)，由于 “陰影效應(yīng) ”的影響，涂層結(jié)構(gòu)會(huì)惡化形成空穴，導(dǎo)致涂層疏松。 ⑤ 噴槍與工件的相對運(yùn)動(dòng)速度 噴槍的移動(dòng)速度應(yīng)保證涂層平坦，不出線噴涂脊背的痕跡。也就是說，每個(gè)行程的寬度之間應(yīng)充分搭疊，在滿足上述要求前提下，噴涂操作時(shí)，一般采用較高的噴槍移動(dòng)速度，這樣可防止產(chǎn)生局部熱點(diǎn)和表面氧化。 ⑥ 基體溫度控制 較理想的噴涂工件是在噴涂前把工件預(yù)熱到噴涂過程要達(dá)到的溫度，然后在噴涂過程中對工件采用噴氣冷卻的措施，使其保持原來的溫度。 近幾年來，在等離子噴涂的基礎(chǔ)上又發(fā)展了幾種新的等離子噴涂技術(shù)，如： （又叫低壓等離子噴涂） 真空等離子噴涂是在氣氛可控的， 4～ 40Kpa 的密封室內(nèi)進(jìn)行噴涂的技術(shù)。 因?yàn)楣ぷ鳉怏w等離子化后，是在低壓氣氛中邊膨脹體積邊噴出的，所以噴流速度是超音速的，而且非常適合于對氧化高度敏感的材料。 前面說的等離子噴涂的工作介質(zhì)都是氣體，而這種方法的工作介質(zhì)不是氣而是水，它是一種高功率或高速等離子噴涂的方法，其工作原理是： 噴槍內(nèi)通入高壓水流，并在槍筒內(nèi)壁形成渦流，這時(shí)，在槍體后部的陰極和槍體前部的旋轉(zhuǎn)陽極間產(chǎn)生直流電弧，使槍筒內(nèi)壁表面的 一部分蒸發(fā)、分解，變成等離子態(tài)，產(chǎn)生連續(xù)的等離子弧。由于旋轉(zhuǎn)渦流水的聚束作用，其能量密度提高，燃燒穩(wěn)定，因此，可噴涂高熔點(diǎn)材料，特別是氧化物陶瓷，噴涂效率非常高。 熱噴涂方法分類及工藝原理 5 . 3 . 1 熱 噴 涂 分 類 方 法 作 為 新 型 的 實(shí) 用 工 程 技 術(shù) 目 前 尚 無 標(biāo) 準(zhǔn) 的 分 類 方法 ， 一 般 按 照 熱 源 的 種 類 ， 噴 涂 材 料 的 形 態(tài) 及 涂 層 的功 能 來 分 。 如 按 涂 層 的 功 能 分 為 耐 腐 ， 耐 磨 ， 隔 熱 等涂 層 ， 按 加 熱 和 結(jié) 合 方 式 可 分 為 噴 涂 和 噴 熔 ： 前 者 是機(jī) 體 不 熔 化 ， 涂 層 與 基 體 形 成 機(jī) 械 結(jié) 合 ； 后 者 則 是 涂層 再 加 熱 重 熔 ， 涂 層 與 基 體 互 溶 并 擴(kuò) 散 形 成 冶 金 結(jié) 合 。 平 常 接 觸 較 多 的 一 種 分 類 方 法 是 按 照 加 熱 噴 涂 材 料的 熱 源 種 類 來 分 的 ， 按 此 可 分 為 ： ① 火 焰 類 ， 包 括 火焰 噴 涂 、 爆 炸 噴 涂 、 超 音 速 噴 涂 ； ② 電 弧 類 ， 包 括 電弧 噴 涂 和 等 離 子 噴 涂 ； ③ 電 熱 法 , 包 括 電 爆 噴 涂 、 感 應(yīng)加 熱 噴 涂 和 電 容 放 電 噴 涂 ； ④ 激 光 類 ： 激 光 噴 涂 。 5 . 3 . 2 火焰類噴涂 ： 火 焰 噴 涂 包 括 線 材 火 焰 噴 涂 和 粉 末 火焰噴涂。 1 線 材 火 焰 噴 涂 法 ： 是 最 早 發(fā) 明 的 噴 涂 法 。 它 是 把金 屬 線 以 一 定 的 速 度 送 進(jìn) 噴 槍 里 ， 使 端 部 在 高 溫 火 焰中 熔 化 ， 隨 即 用 壓 縮 空 氣 把 其 霧 化 并 吹 走 ， 沉 積 在 預(yù)處 理 過 的 工 件 表 面 上 。 圖 5 1 絲 材 火 焰 噴 吐 的裝置示意圖 圖 5 － 2 絲 材 火 焰 噴 涂的原理示意圖 圖 51 表示絲材火焰噴涂的裝置。圖 52 則是絲材火焰噴涂槍的剖面圖，它示出了絲材火焰噴 涂的基本原理。噴涂源為噴嘴，金屬絲穿過噴嘴中心，通過圍繞噴嘴和氣罩形成的環(huán)形火焰中，金屬絲的尖端連續(xù)地被加熱到其熔點(diǎn)。然后，由通過氣罩的壓縮空氣將其霧化成噴射粒子，依靠空氣流加速噴射到基體上，從而熔融的 粒子冷卻到塑性或半熔化狀態(tài)，也發(fā)生一定程度的氧化。粒子與基 體撞擊時(shí)變平并粘結(jié)到基體表面上，隨后而來的與基體撞擊的粒子也變平并粘結(jié)到先前已粘結(jié)到基體的粒子上，從而堆積成涂層。 絲材的傳送靠噴槍中空氣渦輪或電動(dòng)馬達(dá)旋轉(zhuǎn)，其轉(zhuǎn)速可以調(diào)節(jié)，以控制送絲速度。采用空氣渦輪的噴槍，送絲速度的微調(diào)比較困難，而且其速度受壓縮空 氣的影響而難以恒定，但噴槍的質(zhì)量輕，適用于手工操作；采用電動(dòng)馬達(dá)傳送絲材的噴涂設(shè)備，雖然送絲速度容易調(diào)節(jié)，也能保持恒定，噴涂自動(dòng)化程度高，但噴槍笨重，只適用于機(jī)械噴涂。 在絲材火焰噴槍中，燃?xì)饣鹧嬷饕糜诰€材的熔化，適宜于噴涂的金屬絲直徑一般為 ～ 。但有時(shí)直徑較大的棒材，甚至一些帶材亦可噴涂，不過此時(shí)須配以特定的噴槍。 2粉末火焰噴涂法 ：它與絲材火焰噴涂的不同之處是噴涂材料不是絲材而是粉末。圖 5－ 3 和圖 5－ 4 分別為為粉末火焰噴涂裝置和原理示意圖。 圖 5 － 3 粉 末 火 焰 噴 涂 的 典 型 裝 置 圖 5 － 4 粉 末 火 焰 噴 涂 的 原 理 示 意 圖 在 火 焰 噴 涂 中 通 常 使 用 乙 炔 和 氧 組 合 燃 燒 而 提 供 熱量 ， 也 可 以 用 甲 基 乙 炔 , 丙 二 烯 （ M P S ） , 丙 烷 ， 氫 氣 或天然氣。 火 焰 噴 涂 可 噴 涂 金 屬 ， 陶 瓷 ， 塑 料 等 材 料 ， 應(yīng) 用 非常 靈 活 ， 噴 涂 設(shè) 備 輕 便 簡 單 ， 可 移 動(dòng) ， 價(jià) 格 低 于 其 他噴 涂 設(shè) 備 ， 經(jīng) 濟(jì) 型 好 ， 是 目 前 噴 涂 技 術(shù) 中 使 用 較 廣 泛的一種方法。 但 是 ， 火 焰 噴 涂 也 存 在 明 顯 的 不 足 。 如 噴 出 的 顆 粒速 度 較 小 ， 火 焰 溫 度 較 低 , 涂 層 的 粘 結(jié) 強(qiáng) 度 及 涂 層 本 身的 綜 合 強(qiáng) 度 都 比 較 低 , 且 比 其 他 方 法 得 到 的 氣 孔 率 都 。此 外 ， 火 焰 中 心 為 氧 化 氣 氛 ， 所 以 對 高 熔 點(diǎn) 材 料 和 易氧 化 材 料 ， 使 用 時(shí) 應(yīng) 注 意 。 為 了 改 善 火 焰 噴 涂 的 不 足 ， 提 高 結(jié) 合 強(qiáng) 度 及 涂 層 密度 ， 可 采 用 將 壓 縮 空 氣 或 氣 流 加 速 裝 置 來 提 高 顆 粒 速度 ； 也 可 以 采 用 將 壓 縮 氣 流 由 空 氣 改 為 惰 性 氣 體 的 辦法 來 降 低 氧 化 程 度 ， 但 這 同 時(shí) 也 提 高 了 成 本 。 炸 噴 涂 爆炸噴涂 ： 利 用 氧 氣 和 乙 炔 氣 點(diǎn) 火 燃 燒 ， 造 成 氣 體膨 脹 而 產(chǎn) 生 爆 炸 ， 釋 放 出 熱 能 和 沖 擊 波 , 熱 能 使 噴 涂 粉末 熔 化 , 沖 擊 波 則 使 熔 融 粉 末 以 7 0 0 ～ 8 0 0 m / s 的 速 度 噴射 到 工 件 表 面 上 形 成 涂 層 。圖 5 － 5 為 爆 炸 噴 槍 示 意 圖 圖 5 － 5 爆炸噴涂原理圖 爆 炸 涂 層 形 成 的 基 本 特 征 ， 一 般 認(rèn) 為 仍 然 是 高 速 熔融 粒 子 碰 撞 基 體 的 結(jié) 果 。 爆炸噴涂的最大特點(diǎn)是粒子飛行速度高 , 動(dòng)能大 , 所以 爆 炸 噴 涂 涂 層 具 有 ： ① 涂 層 和 基 體 的 結(jié) 合 強(qiáng) 度 高 ，② 涂 層 致 密 ， 氣 孔 率 很 低 ， ③ 涂層表面加工 后 粗 糙 度低， ④ 工 件 表 面 溫 度 低 。 爆炸噴涂可噴涂金屬 , 金屬陶瓷及陶瓷材料 , 但 是 由于該設(shè)備價(jià)格高 , 噪音大 , 屬氧化性氣氛等原因 , 國內(nèi)外應(yīng)用還不廣泛 . 目 前 世 界 上 應(yīng) 用 最 成 功 的 爆 炸 噴 涂 是 美 國 聯(lián) 合 碳 化物 公 司 林 德 分 公 司 1 9 5 5 年 取 得 的 專 利 , 其 設(shè) 備 及 工 藝參 數(shù) 至 今 仍 然 保 密 。我 國 于 1 9 8 5 年 左 右 , 由 中 國 航 天 工業(yè) 部 航 空 材 料 研 究 所 研 制 成 功 爆 炸 噴 涂 設(shè) 備 , 就 C o / W C涂 層 性 能 來 看 ， 噴 涂 性 能 與 美 國 聯(lián) 合 碳 化 物 公 司 的 水平接近。 在 爆 炸 噴 涂 中 , 當(dāng) 乙 炔 含 量 為 4 5 % 時(shí) ， 氧 乙 炔 混 合氣 可 產(chǎn) 生 3 1 4 0 ℃ 的 自 由 燃 燒 溫 度 , 但 在 爆 炸 條 件 下 可能 超 出 4 2 0 0 ℃ ， 所 以 絕 大 多 數(shù) 粉 末 能 夠 熔 化 。 粉 末 在高 速 槍 中 被 輸 運(yùn) 的 長 度 遠(yuǎn) 大 于 等 離 子 槍 , 這 也 是 其 粒 子速度高的原因。 音 速 噴 涂 為了與美國碳化物公司的爆炸噴涂抗?fàn)?, 上 世 紀(jì) 60年 代 初 期 , 美 國 人 J . B r o w n i n g 發(fā) 明 了 超 音 速 火 焰 噴 涂 技術(shù) , 稱之為 J e t K o t e , 并于 1 9 8 3 年 獲 得 美 國 專 利 。 近些年來 , 國外超音速火焰噴涂技術(shù)發(fā)展迅速 , 許多新型裝置出現(xiàn) , 在不少領(lǐng)域正在取代傳統(tǒng)的等離子噴涂。 在國內(nèi) , 武 漢 材 料 保 護(hù) 研 究 所 , 北 京 鋼 鐵 研 究 總 院 , 北京 鈦 得 新 工 藝 材 料 有 限 公 司 等 也 在 進(jìn) 行 這 方 面 研 究 , 并生 產(chǎn) 出 有 自 己 特 色 的 超 音 速 噴 涂 裝 置 。 圖 5 － 6 是 超 音速 火 焰 噴 涂 槍 示 意 圖 。 圖 5 － 6 超音速火焰噴涂槍 燃 料 氣 體 ( 氫氣 , 丙烷 , 丙 烯 或 乙 炔 － 甲 烷 丙 烷 混 合氣 體 等 ) 與 助 燃 劑 （ O2） 以 一 定 的 比 例 導(dǎo) 入 燃 燒 室 內(nèi) 混合 ， 爆 炸 式 燃 燒 ， 因 燃 燒 產(chǎn) 生 的 高 溫 氣 體 以 高 速 通 過膨 脹 管 獲 得 超 音 速 。 同 時(shí) 通 入 送 粉 氣 （ Ar 或 N2） ， 定量 沿 燃 燒 頭 內(nèi) 碳 化 鎢 中 心 套 管 送 入 高 溫 燃 氣 中 ， 一 同射 出 噴 涂 于 工 件 上 形 成 涂 層 。 在 噴 涂 機(jī) 噴 嘴 出 口 處 產(chǎn) 生 的 焰 流 速 度 一 般 為 音 速 的4 倍 ， 即 約 1 5 2 0 m / s ， 最 高 可 高 達(dá) 2 4 0 0 m / s （ 具 體 與 燃燒 氣 體 種 類 ， 混 合 比 例 ， 流 量 ， 粉 末 質(zhì) 量 和 粉 末 流 量等有關(guān)）。粉末撞擊到工件表面的速度估計(jì)為550 760m/s ， 與 爆 炸 噴 涂 相 當(dāng) 。 Jet K o t e 法 之 所 以 能 有 這 么 高 的 速 度 ， 關(guān) 鍵 在 于 按流 體 力 學(xué) 的 原 理 合 理 設(shè) 計(jì) 制 造 了 一 個(gè) 噴 嘴 ， 稱 之 為Laval 管 的 膨 脹 管 ， 其 原 理 如 下 圖 5 － 7 。 圖 5 － 7 Laval 管 由 流 體 力 學(xué) 知 ： 對 一 維 可 壓 縮 流 體 ， 則 有 ： d s / s = ( M 178。 1)dv/v 其中： S― 管 器 截 面 積 ； Ｍ＝ v/v 聲 （ 馬 赫數(shù)）； V －流體速度 由 式 中 我 們 看 出 ： 當(dāng) V v 聲 ， 即 Ｍ 1 時(shí) ， 則 dv 與 ds 符 號 相 同 , 即 隨 管道截面積變大 (ds 為正 ) 時(shí) , 流 體 速 度 也 增 大 . 當(dāng) V v 聲 ， 即 Ｍ 1 時(shí) ， 則 dv 與 ds 符 號 相 反 , 即 隨 管器截面積變小 (ds 為 負(fù) ） 時(shí) , 流 體 速 度 亦 增 大 . 所以 , 只 要 管 子 設(shè) 計(jì) 合 理 , 則 流 體 在 速 度 低 時(shí) , 只 要 經(jīng)過足夠壓縮 , 即 可 在 管 器 某 一 截 面 ( 如 A B ) 達(dá)到聲速 , 過了這一截面后 , 將 獲 得 超 音 速 。 超 音 速 噴 涂 法 具 有 如 下 的 特 點(diǎn) ： ① 粉粒溫度較低 , 氧比較輕 ( 這主要是由于粉末顆粒在 高 溫 中 停 留 時(shí) 間 短 , 在 空 氣 中 暴 露 時(shí) 間 短 的 緣 故 ， 所以 涂 層 中 含 氧 化 物 量 較 低 , 化 學(xué) 成 分 和 相 的 組 成 具 有 較強(qiáng) 的 穩(wěn) 定 性 ) ， 但 只 適 于 噴 涂 金 屬 粉 末 、 Co Wc 粉 末 以及低熔點(diǎn) T i O 2 陶 瓷 粉 末 ； ② 粉 粒 運(yùn) 動(dòng) 速 度 高 。 ③ 粉 粒 尺 寸 小 （ 10～ 5 3 μ m ）、分布范圍窄，否則不能熔化。 ④ 涂 層 結(jié) 合 強(qiáng) 度 、 致 密 度 高 ， 無 分 層 現(xiàn) 象 。 ⑤ 涂 層 表 面 粗 糙 度 低 。 ⑥ 噴 涂 距 離 可 在 較 大 范 圍 內(nèi) 變 動(dòng) ， 而 不 影 響 噴 涂 質(zhì)量。 ⑦ 可 得 到 比 爆 炸 噴 涂 更 厚 的 涂 層 ， 殘 余 應(yīng) 力 也 得 到改善。 ⑧ 噴 涂 效 率 高 ， 操 作 方 便 。 ⑨ 噪音大（大于 1 2 0 d B ） ， 需 有