熱噴涂工藝

熱噴涂

隨著熱噴涂技術的不斷發展，越來越多的噴涂新材料、新工藝技術不斷出現，涂層的性能多種多樣并不斷提高，使其應用領域迅速遍及航空、航天、汽車、機械、造船、石油、化工、鐵道、橋梁、礦山、冶金以及電子等諸多行業，以滿足人們對耐磨、耐蝕、抗高溫氧化、耐熱循環、熱傳導及電特性等特殊功能要求。

熱噴涂工藝方法種類繁多，其各自采用的設備、技術特點以及最終獲得的涂層的性能均有所不同，熱噴涂方法應依據機件服役條件對涂層性能所提出的要求、機件的大小、形狀、材料、批量和施工條件等來加以確定。

（1)對于承載低的耐磨涂層和以提高機件抗蝕性的耐蝕涂層，當噴涂材料的熔點不超過2500℃時，可采用設備簡單、成本較低的火焰噴涂。

（2)對于涂層性能要求較高或較為貴重的機件，特別是噴涂高熔點陶瓷材料時，宜采用等離子噴涂。

（3)工程量大的耐蝕、耐磨金屬涂層，宜采用電弧噴涂。

（4)要求高結合力、低孔隙率的金屬或合金涂層可采用氣體火焰超音速噴涂，要求結合強度高、孔隙率低的金屬和陶瓷涂層可采用超音速等離子噴涂。噴涂材料種類繁多，從金屬、合金、陶瓷到復合材料，所獲得的涂層性能存在很大差異，涂層的設計主要由機件的使用環境、服役條件等來確定。

一、耐蝕涂層

Zn, Al, Zn  Al合金涂層對鋼鐵具有良好的防護作用，這不僅與陰極保護作用有關，涂層本身也具有良好的抗腐蝕作用。處于室外工業氣氛中鋼件，若氣氛呈堿性，則可采用Zn涂層;若氣氛中硫或硫化物含量高，則可采用A1涂層;如橋梁、輸電線、鋼結構件、高速公路護欄、照明高桿等噴涂Zn或A1涂層進行長效防腐。處于鹽氣霧中的鋼件，如海岸附近金屬構件、甲板、發射天線、海上吊橋等均可噴涂Al, Zn或其合金進行長效防腐，一般二三十年不需要維護。長期處于鹽水中的鋼件，如船體、鋼體河樁及橋墩等可噴涂A1進行長期防腐。耐飲用水的涂層可用Zn，涂層不需封孔，如淡水儲器、輸送器等。耐熱淡水的涂層可用A1，但涂層需封孔，如熱交換器、蒸汽凈化設備及處于蒸汽中的鋼件。

二、耐磨涂層

在機械零部件表面噴涂耐磨涂層的主要目的為:提高性能和延長壽命，其基本出發點是機件表面的強化;修舊利廢，恢復因磨損或腐蝕磨損而造成的尺寸超差，并賦予機件更好的耐磨性;提高產品質量，對于設備中的某些零部件，通過噴涂耐磨涂層，將會提高整機的性能和技術指標，從而提高產品的質量。由于機械的工作環境和服役條件不同，其磨損機制也不盡相同，因此應有針對性的選擇合適的涂層。

（1）抗磨料磨損涂層許多機件如各種破碎機、泥漿泵、農用機械及混凝十攪拌機等工程機械，往往因遭受礦物、巖石、泥沙等磨料的磨損而失效。在此類機件表面噴涂某此鐵基、鎳基、鉆基材料或在這此噴涂材料中加入WC. A1₃O₂. Cr₂O₃. ZnO₂:等陶瓷顆粒獲得復合涂層，可顯著提高其抗磨料磨損性能。

（2)抗粘著磨損涂層在機件表面噴涂鐵基、鎳基或鉆基的WC. A1₃O₂. Cr₂O₃. ZnO₂復合涂層，或噴涂陶瓷，將增大或改變摩擦副間的物理、化學及晶體結構的差異和性質，從而提高機械的抗粘著磨損性能。另外，在邊界潤滑條件下，鋁涂層具有優異的耐粘著磨損性。

（3)耐微動磨損涂層凸輪隨動件、汽缸襯套、導葉、渦輪葉片等機件常因微動磨損而失效，噴涂自熔合金、氧化物或碳化物金屬陶瓷、某些Ni, Fe, Co基材料可顯著提高機件的抗微動磨損性能。

（4)耐熱磨損涂層各種熱作模具、軋管定徑穿孔機、壓鑄模具以及粉末冶金模具等，其不僅服役在較高的溫度環境下，而且遭受磨損、擠壓、沖擊及冷熱疲勞作用，可噴涂某些鉆基自熔合金、Ni/A1從以及陶瓷來提高耐熱磨損性能。

（5)耐沖擊磨損和耐氣蝕磨損涂層各種風機、水電閥等的失損主要是由于沖蝕磨損而引起的。而水輪機葉片、噴頭及各種汽缸襯套常因氣蝕磨損而失效，可噴涂Ni基自熔合金。自熔合金加銅粉、不銹鋼、超細A1₃O₂、Cr₂O₃,WC復合粉末顯著提高機件的耐沖蝕磨損和耐氣蝕磨損能力。

三、耐熔融金屬涂層

耐熔融Zn浸蝕涂層:可噴涂及純白鎢等，如浸Zn槽、澆鑄槽等·

耐熔融Cu浸蝕涂層:可噴涂及MO等。如錠模。

耐熔融A1浸蝕涂層:可用涂層，如模具、輸送槽等·

耐熔融鋼鐵浸蝕涂層:可噴涂及等，如風口、連鑄模等·

四、恢復尺寸涂層

熱噴涂用于修復因磨損、加工不當造成尺寸超差的工件，涂層要與基體有相同或更好的性能。如齒輪、軸頸、鍵槽、機床導軌等，多用鐵基合金、鎳基合金、銅基合金修復，用與鋼軌熱膨脹系數相近的Fe3O對粉熱噴涂修復鋼軌磨損部位便是一個典型的成功的修復范例。

綜上所述，涂層的設計和噴涂材料的選擇主要依據工件的服役條件，但同時要考慮工藝性、經濟性和實用性。如鉆基合金性能優異，但國內資源較匾乏，因而應盡量少用;我國鎳資源盡管較為豐富，但鎳基合金價格較高，所以在滿足性能要求的前提下也應盡量采用鐵基合金。對于某些特殊重要的工件的噴涂應以獲得最優的涂層性能為準則，而對于大多數工件的噴涂則以獲得最大經濟效益為準則。