【正文】 均粒徑為 70~30μm納米鋁粉并表面鈍化處理后生產(chǎn)的納米鋁粉復(fù)型復(fù)合粉，其特點(diǎn)是：粉末顆粒包復(fù)形態(tài)均勻、完整；粉末流動(dòng)性好 19s/50g；燃燒特性優(yōu)越，放熱量適中；涂層組織均勻，孔隙率低，結(jié)合強(qiáng)度高，明顯高于國產(chǎn)微米級鋁包鎳涂層。 TiB2 和 Al2O3/TiB2 粉末材料 上?？铺滦吞沾杉夹g(shù)有限公司，采用自蔓延高溫合成（ SHS）法生產(chǎn)的 TiB2 粉末與傳統(tǒng)碳熱法（ Carbothemic）相比純度高、粒度細(xì)、比表面大、活性高、無碳污染。 該公司采用同樣方法生產(chǎn)的 Al2O3/TiB2 粉末，由于與 Al2O3 復(fù)合后，大大提高了 Al2O3 的耐磨性和抗高溫性，改善了其脆性提高了抗彎強(qiáng)度和耐熱沖擊性，應(yīng)用十分廣泛。 NiCr/Cr3C2 粉末材料 NiCr 合金是抗高溫氧化型的涂層材料， Cr3C3 是金屬型碳化物中具有最高的抗氧化能力，在空氣中 Cr3C2 在 1100~1400℃ 才遭受嚴(yán)重氧化。用耐熱鎳鉻合金作粘結(jié)相的 NiCr/Cr3C2復(fù)合粉末材料是航空發(fā)動(dòng)機(jī)、連鑄機(jī)軋輥、電廠鍋爐 “四管 ”的較好噴涂材料。 MCrAlY 涂層材料 熱障涂層的性能及壽命，不但取決于表面隔熱層的抗熱震性，抗顆粒沖刷及隔熱性，同時(shí)也取決于粘結(jié)底層的抗氧化性，抗腐蝕性以及粘結(jié)底層與基體和隔熱層的粘結(jié)性能。目前受到關(guān)注的是MCrAlY 涂層（其中 M 代表 Ni、 Co、 Fe 其中一種）。 我國噴涂行業(yè)所使用的 MCrAlY 材料以前大部分是進(jìn)口的，近期北京鋼鐵研究總院、北京礦冶研究總院等單位，研制成功了包復(fù)型和燒結(jié)型的 Ni(Co)CrAlY 復(fù)合粉末材料，可在大氣氣氛中進(jìn)行等離子噴涂，其涂層性能具有自粘結(jié)性。 熱噴涂絲材 電弧線材噴涂是一種傳統(tǒng)的噴涂工藝，過去由于絲材品種較少，在應(yīng)用上受到了一定限制，進(jìn)入 90 年代以來，因其在電源、送絲系統(tǒng)、噴槍、工藝、材料、應(yīng)用等方面出現(xiàn)了突破性進(jìn)展。 粉芯絲材 以往噴涂所用的絲材多為實(shí)芯的純金屬絲及合金絲，近年來國內(nèi)外相繼出現(xiàn)了大量的，多品種的粉芯絲材。 這里僅舉鐵基 NiCr/Cr3C2粉芯絲材為例，其 Cr3C2 含量 35％左右，經(jīng)有關(guān)單位測試電弧噴涂層性能： 結(jié)合強(qiáng)度 ≥60MPa；涂層顯微硬度（換算成 HRC） ≥60； 涂層抗熱震性 800℃ ，經(jīng) 10 次熱沖擊無變化 表 2 NiCr/Cr3C2 粉芯材料涂層與相關(guān)材料比較 涂層性能 材料名稱 性能（ 750℃ 250 小時(shí)，增重 mg/cm3） NiCr/Cr3C2 粉芯材料涂層 102＃ 鍋爐鋼 200mg 45CT 600℃ 50 小時(shí) 10mg HVOF 噴涂 NiCr/Cr3C2 涂層（ 25/75） 從上表可以看出， NiCr/Cr3C2 粉芯絲噴涂電廠鍋爐管道其涂層性能僅次于 HVOF 法，但HVOF 價(jià)格昂貴，又不易于現(xiàn)場操作，粉芯絲材應(yīng)用前景廣闊，特別是近期推出的 JCWT電弧噴涂粉芯絲材，外皮為低碳鋼帶粉芯為 TiB2Al2O3 復(fù)合陶瓷，其噴涂層硬度達(dá) ，涂層中含 Al2O3 和 TiB2 陶瓷相，目前該絲已申報(bào)專利，可用于高溫耐磨，特別是沖蝕嚴(yán)重的零部件，如鍋爐管壁、風(fēng)機(jī)葉片等。僅以火力發(fā)電廠為例，燃煤鍋爐是重要的能量轉(zhuǎn)換裝置。燃煤鍋爐“ 四管 ” （水冷壁、過熱器、再熱器、省煤器）對流受熱面受高溫?zé)煔庵酗w灰的沖擊磨損，高溫氧化和含硫介質(zhì)高溫腐蝕作用，使 “四管 ”壁減薄，經(jīng)常發(fā)生 “四管 ”爆裂事故，造成電廠非計(jì)劃停爐，據(jù)有關(guān)資料報(bào)導(dǎo)，在電廠鍋爐事故中 “四管 ”爆裂事故占 40~60％，美國 TAFA 公司推出的45CT合金絲（ Cr43%， Ti4%， Ni 余量），用于鍋爐 “四管 ”噴涂其壽命可達(dá) 8~10 年（三年為一個(gè)大修期），是理想的耐高溫腐蝕噴涂材料，但因價(jià)格昂貴，不易推廣。 Ni/Al 合金絲 先期北京有色研究總院研制成的用于電弧噴涂的打底絲為 Al/Ni 粉芯絲，隨著電弧噴涂技術(shù)的迅速發(fā)展的需要，該院近期推出了 Ni/Al 合金電弧噴涂打底絲，該絲性能優(yōu)異，應(yīng)用效果好。傳統(tǒng)的防腐方法就是涂刷油漆或各種防腐涂料，其耐蝕年限低，已經(jīng)不能滿足長效防護(hù)的要求。鋅、鋁涂層有其各自優(yōu)點(diǎn)，其防腐年限最高可達(dá) 40~60 年。并用于生產(chǎn)實(shí)踐， 85/15 鋅鋁合金涂層的特點(diǎn)： （ 1） 85/15 鋅鋁合金涂層氣孔率很小，具有快速自然封孔； （ 2）因較高的電化學(xué)勢位差而具有持續(xù)的犧牲容量，能與鋅絲相匹敵； （ 3）鋁基降低鋅溶解，延長防護(hù)年限； （ 4）從技術(shù)和審美角度看， 85/15 鋅鋁合金涂層可不用封孔，厚度可比純鋅涂層要求的小，比純鋁涂層要求的更?。? （ 5） 85/15 鋅鋁合金涂層在氯化鈉或二氧化硫的大氣環(huán)境下和地下防腐方面性能優(yōu)良。 陶瓷棒材及軟線噴 涂材料 陶瓷棒材 60 年代我國就進(jìn)行過噴涂，但受到了材料品種和設(shè)備性能的限制，一直未發(fā)展起來；軟線噴涂是一種新技術(shù)，近期國內(nèi)引進(jìn)了設(shè)備和材料，發(fā)展很快。 軟線噴涂材料 過去耐高溫材料大多使用不銹鋼為主的各種金屬材料，耐高溫性能一般在 1000℃ 以下，當(dāng)噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)、火箭、核能工業(yè)機(jī)械零件需要隨 1000℃ 以上的高溫材料時(shí)，則要求產(chǎn)生一種能取代金屬能夠承受更高溫度的新型材料。耐磨性比金屬高 20 倍，而 且可以在 2842℃ 高溫下工作。 由于軟線纏繞在卷筒上每筒線長可達(dá) 300 米，因此可以連續(xù)送進(jìn)實(shí)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化。 軟線是一種柔性材料不易折斷，使用、運(yùn)輸、儲(chǔ)存都很方便，這是陶瓷棒不可比的。 軟線系統(tǒng)操作簡單，從點(diǎn)火到運(yùn)轉(zhuǎn)，開始到停止是瞬間 的易于控制。軟線噴涂的應(yīng)用，解決了火焰粉末噴涂陶瓷涂層不能解決的問題。我國每年腐蝕、磨損造成的損失已達(dá)幾仟億元。當(dāng)前，我國熱噴涂技術(shù)已經(jīng)發(fā)展到了一個(gè)嶄新階段，其噴涂工藝已從氧乙炔火焰金屬粉末噴涂 （焊）為主向高能、高速度先進(jìn)設(shè)備方向發(fā)展；應(yīng)用范圍已從舊修利廢為主向新產(chǎn)品預(yù)保護(hù)和強(qiáng)化方向發(fā)展。采用上述兩種工藝，上海、江蘇、廣東、山東、四川、湖北等地已經(jīng)成功噴涂了連鑄機(jī)軋輥和爐底輥，噴涂 NiCr/Cr3C2涂層和 Al2O ZrO2 陶瓷涂層取得了良好效果，已有許多成功實(shí)例。 （ 3）電弧噴涂 NiCrTi（ 45CT）、 NiCr/Cr3C2 、 Ni70/Cr30 涂層已在電廠鍋爐對流受熱面上廣泛應(yīng)用，目前國內(nèi)已有 30 多個(gè)電廠鍋爐對流受熱面上廣泛應(yīng)用，獲得了較好效果。 （ 5）超音速等離子噴涂已在軍工及國防工業(yè)中 發(fā)揮了重要作用。 （ 7） TiB Al2O3/TiB2 涂層正在攻克電介槽節(jié)能課題，同時(shí)也在攻克熔融金屬腐蝕問題。 （ 9）鋅、鋁及其合金大面積長效防護(hù)涂層，已在國內(nèi)重大工程中應(yīng)用，如新建的長江大橋水閘門、大型管道、煤礦井筒等大型工程應(yīng)用已百余例。 冷噴涂技術(shù)（ CGDS 或 HVPC 簡稱：冷噴涂）是近年 來發(fā)展起來的一門新興表面工程技術(shù)，自 95 年以來，每年舉辦的國際熱噴涂會(huì)議，關(guān)于冷噴涂方面的論文明顯增多，冷噴涂技術(shù)已經(jīng)成為國際熱噴涂研究熱點(diǎn)之一，其應(yīng)用上已經(jīng)得到世界各國科學(xué)界工業(yè)界重視。冷噴涂可以實(shí)現(xiàn)低溫狀態(tài)下的金屬涂層沉積，形成的涂層殘余應(yīng)力低，可制備厚涂層，涂層厚度可達(dá)到毫米級。目前的 研究表明冷噴涂可以實(shí)現(xiàn)包括金屬 Al、 Zn、 Cu、 Ni、 Ca、 Ti、 Ag、 Co、 Fe、 Nb、 NiCr 合金、高熔點(diǎn) Mo、 Ta以及高硬度的金屬陶瓷 Cr3C225NiCr、 WC21Co 等涂層的制備，可沉積涂層的材料包括大部分金屬涂層、金屬陶瓷涂層、有機(jī)涂層以及納米材料涂層等，是對熱噴涂技術(shù)的良好補(bǔ)充和擴(kuò)展。 目前國內(nèi)熱噴涂技術(shù)發(fā)展趨勢及特點(diǎn) 我國熱噴涂技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀無論從 材料、設(shè)備、工藝、科研都提高很快，但與先進(jìn)國家相比還有一定差距，但就發(fā)展趨勢和應(yīng)用方面的特點(diǎn)與國外比也是相吻和的，下面現(xiàn)就世界熱噴涂產(chǎn)值所占份額及工藝應(yīng)用的主要領(lǐng)域及典型件表中可以看出，我國近期的趨勢和特點(diǎn)。據(jù)資料介紹 ，全世界每年生產(chǎn)的鋼鐵約有十分之一變成鐵銹，大約有 30%的鋼鐵設(shè)備因腐蝕而失效。 熱噴涂鋅、鋁及其合金涂層，外加封閉處理，就可以制備長效防護(hù)復(fù)合涂層。隨著我國熱噴涂技術(shù)的發(fā)展與提高，鋅、鋁及其合金涂層將逐漸取代了傳統(tǒng)的刷油漆工藝。 1. 鋅、鋁及其合金涂層的防護(hù)機(jī)理 鋅、鋁涂層腐蝕速率 研究表明，鋼鐵件在大氣和水介質(zhì)中由于電化學(xué)腐蝕原因，在沒有保護(hù)的情況下，碳鋼的平均腐蝕速率比鋅高 5~20 倍，比鋁高 40~100 倍。 圖 1 碳鋼在不同腐蝕環(huán)境中的滲透深度與暴露時(shí)間曲線 1工藝大氣 2海洋大氣其 3鄉(xiāng)村大氣 材料 平均腐蝕速 率（ μm/年） 鄉(xiāng)村大氣 城市大氣 工業(yè)大氣 海洋大氣 碳鋼 4~65 23~71 26~175 26~104 鋅 ~3 2~16 2~16 ~8 鋁 0~ ~1 ~1 ~ 表 1 碳鋼、鋅和鋁在各種大氣中的腐蝕速率 鋅、鋁涂層的特點(diǎn) 熱噴涂鋅、鋁及其合金涂層對鋼鐵基體有雙重保護(hù)作用。另一方面，由于鋅和鋁的電化學(xué)性能比較活潑，電極電位比 鐵低，在這個(gè)腐蝕電池中，鋅或鋁是負(fù)極，鐵則為正極，鋅、鋁失去電子，變成離子進(jìn)入電介質(zhì)溶液中而被腐蝕，其自由電子流向鋼鐵，使鋼鐵極化而受到保護(hù)。 鋁是一種活性很強(qiáng)的金屬，很容易與氧結(jié)合，生成一層致密、堅(jiān)硬的氧化保護(hù)層，有效地防止鋁涂層進(jìn)一步氧化。 圖 2 噴涂鋁的活化現(xiàn)象 由于噴涂層存在一定孔隙，因此噴涂后采用低粘度涂料，對涂層進(jìn)行封孔處理并加一、二道面漆，成為以金屬為基礎(chǔ)的復(fù)合涂層，將進(jìn)一步顯著提高涂層防蝕能力，延長防護(hù)周期。但是由于： ① 鋅涂層是一種犧牲陽極材料，因此噴鋅涂層的腐蝕速率比噴鋁涂層高，其耐蝕期與厚度成正比，要達(dá)到長效防腐目的，噴鋅涂層應(yīng)有一定厚度； ② 鋅的密度（ /cm3），比鋁（ /cm3）高 倍，因此噴涂相同厚度的涂層，鋅的消耗量是鋁的 倍，國外資料報(bào)導(dǎo)，噴涂等效涂層厚度的情況下，鋅比鋁貴一倍； ③ 噴鋅所形成的 ZnO粉塵對人體呼吸道有害； ④噴鋅時(shí)由于空氣中 CO 含量不足，不能形成 ZnCO3 保護(hù)膜，而易形成疏松的 Zn(OH)2 在鋅涂層上形成許多 “白銹 ”，腐蝕率升高； ⑤ 由于工業(yè)區(qū)大氣、城市區(qū)大氣 SO2 含量較高，使雨水酸度增加，也能破壞 ZnCO3 保護(hù)膜的穩(wěn)定性，使鋅涂層腐蝕率加快。 噴鋅、噴鋁涂層腐蝕速率與其使用環(huán)境介質(zhì) pH 值密切相關(guān)。我國南方各主要城市的雨水普遍呈弱酸性，顯然選擇噴鋁為好。上海地區(qū)雨水污染見表 3 (mg/L) SO4 Cl NO3 NH4 H+ 1981 1982 表 3 上海地區(qū)雨水污染情況 鋅 /鋁（ 85/15）涂層的特性 隨著我國國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，在戶外服役的大型鋼鐵結(jié)構(gòu)件如：鐵塔、橋梁、水閘門、地下電纜支架等，都需要長效防護(hù)。近期國外出現(xiàn)了 85/15 鋅鋁合金絲（即鋅 ∶ 鋁＝ 85∶ 15），這種絲材由于鋅鋁比重相差懸殊，生產(chǎn)難度大，多年來一直是攻關(guān)課題， 1988 年國外開始生產(chǎn)，近期國內(nèi)經(jīng)過科研人員的不懈努力，也能生產(chǎn) 85/15（或 80/20）鋅鋁合金絲。 該合金的推出將大大推動(dòng)我國鋼鐵結(jié)構(gòu)件表面長效防護(hù)涂層工程的進(jìn)展。 . 噴涂粒子速度的提高改善了涂層性能 粒子速度對涂層質(zhì)量有決定性作用，熱噴涂涂層質(zhì)量的改善往往是粒子速度提高的結(jié)果。超音速電弧噴涂其粒子飛行速度可大于 380 米／秒，涂層結(jié)合強(qiáng)度高，孔隙率低。 噴涂絲材品種的增加進(jìn)一步擴(kuò)大了應(yīng)用范圍 如上所述，鋅 /鋁合金的出現(xiàn)并生產(chǎn)，使鋼鐵結(jié)構(gòu)件長效防護(hù)提高到了一個(gè)新水平。 4. 主要工藝流程 金屬表面預(yù)處理 (除焊疤、毛刺） → 清潔處理（除油污） → 糙化處理（噴砂） → 噴金屬涂層→ 涂刷封閉層 5. 執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn) 噴砂按 GB/T113731989 執(zhí)行，達(dá)到 Sa3 標(biāo)準(zhǔn)； 噴鋅按 GB/T97931997 執(zhí)行； 鋅絲 ，應(yīng)符合 GB47083 中質(zhì)量求，即 %。 （ 1）鋅涂層與基體結(jié)合強(qiáng)度：采用劃格法； （ 2）涂層厚度：采用非磁性涂層測厚儀，最小局部厚度應(yīng)達(dá)到設(shè)計(jì)要 求； （ 3）有機(jī)涂料層（環(huán)氧樹脂層）檢測方法按現(xiàn)行機(jī)械工業(yè)標(biāo)準(zhǔn) JB/T 77061995 或 JB/T91881999 中具體規(guī)定進(jìn)行檢測?？梢允箞?bào)廢了的零部件 “起死回生 ”，使新的零部件 “益壽延年 ”，從而實(shí)現(xiàn)節(jié)約能源、節(jié)約材料的目的。 1. 熱噴涂方法及涂層種類、特點(diǎn)簡介 各種噴涂方法的工藝特點(diǎn) 噴涂方法 涂層材料 熱源種類 熱源溫度（ ℃ ） 粒子速度（米 /秒） 涂層與基材結(jié)合 強(qiáng)度 (Mpa) 火焰粉末 金屬、塑料 氧 /燃?xì)? 3000 90~150 20~30 火焰絲材 金屬、陶瓷 氧 /燃?xì)? 3000 150~200 20~30 電弧噴涂 金屬 直流電 弧 5500~6000 150~250 20~40 超音速電弧 金屬 直流電弧 5500~6000 380 40~60 等離子噴涂 金屬、陶瓷、碳化物、 塑料、復(fù)合物 直流電弧 11000 240~540 40~70 超音速火焰噴涂(HVOF) 金屬碳化物 氧 /燃?xì)? 2800 600~90