热喷涂技术的原理和特点

点击数：757发布时间：2022-08-26 00:00:00　

热喷涂技术的应用
一、 喷涂耐腐蚀涂层
采用热喷涂技术可以喷涂耐各种介质腐蚀的保护涂层， 如锌、 铝、 不锈钢、 镍合金、 蒙乃儿合金、 青铜以及氧化铝、 氧化铬陶瓷涂层和塑料等。但是不锈钢、 镍合金、 蒙乃儿合金、 青铜等金属涂层的电极电位比钢铁高， 因此易在涂层孔隙处产生电化学腐蚀， 只用于机械部件如柱塞泵的活塞和活塞杆、 液压油缸、 蒸汽轮机轴的密封部件、 船舶尾轴、 阀门等， 而且必须封孔处理。陶瓷涂层用于防腐也必须经过封孔处理。最成功的热喷涂防腐涂层是锌、 铝涂层， 它们除了具有大多数油漆和涂料对钢铁基体形成的 “隔离” 和 “阻挡”功能外， 由于锌、 铝的腐蚀电极电位高于铁， 即使涂层有孔隙、 缺陷或出现裂纹时， 腐蚀介质将首先腐蚀锌和铝， 而使铁基体作为阴极得到保护， 可用于大型桥梁、 海洋钻井平台、水利设施等， 使用寿命可达到20 年以上， 是极有希望的替代油漆的表面保护涂层。例如英国普利茅斯 Tamar公路大桥， 处于海洋和工业性气候，1961 年建成， 喷涂 0.08mm铝锌复合涂层， 至今只重新喷涂过一次。塑料涂层是一种较好的防腐涂层， 在化工、 食品等行业得到应用， 如葡萄酒厂低温发酵车间的发酵罐内壁采用火焰喷涂聚乙烯涂层后，有效地防止了罐壁的点蚀， 控制了酒中铁离子含量， 取得了满意的效果。

二、 喷涂耐磨涂层
热喷涂技术被成功地应用于喷涂机械零件表面的耐磨涂层， 延长零件的使用寿命，或修复磨损失效的机械零件。恢复零件尺寸的技术现在称为机械零件 “再制造工程” 。如在汽轮机转子、 密封轴颈、 活塞环、 主动齿轮轴颈等滑动磨损部位， 喷涂各种铁基或镍基耐磨合金涂层， 或氧化铝、 氧化铬等耐磨陶瓷涂层和镍基或钴基碳化钨涂层。特别是在纺织、 造纸和印刷等行业， 机械零件与布匹、 棉纱、 纸张等纤维制品摩擦， 导致磨损。采用等离子喷涂氧化铝、 氧化铬等耐磨陶瓷涂层可以有效减少磨损， 提高寿命。对于可能遭遇磨料磨损的机械部件如泥浆泵活塞杆、 螺旋送料器等零件， 要求涂层的硬度超过磨料的硬度， 因此最好选用超音速火焰喷涂或爆炸喷涂技术喷涂镍基或钴基碳化钨涂层。对于在冲蚀和气蚀环境下工作的水轮机、 抽风机、 旋风除尘器等的零件， 要求涂层硬度高、 韧性好， 采用等离子喷涂超细氧化铝、 氧化铬等耐磨陶瓷涂层， 或选用超音速或爆炸喷涂钴基碳化钨复合涂层可以获得较好的效果。美国 Metco公司在中国小浪底水电站建设工作中承担了水轮机耐冲蚀涂层的施工任务， 共耗喷涂材料 13多吨， 项目总投资达到 6—7千万美元。采用耐冲蚀涂层后预计水轮机叶轮寿命将从三年提高到几十年。

在配合件的接触运转中可采用可磨耗涂层， 这种涂层可使配合件自动形成所必须的间隙， 提供最佳的密封状态。在航空发动机中， 采用可磨耗涂层能成功地减小转子与机壳之间的间隙。可磨耗涂层一般采用等离子喷涂或火焰喷涂技术制备， 涂层成分由金属基体和非金属填料组成， 金属通常可选用铝、 铜、 镍、 钴及其合金等， 而填料通常有石墨、聚苯脂、 硅藻土、 膨润土、 六方氮化硼等。

三、 喷涂耐高温涂层
热喷涂技术同样可用于改善机械零件的抗高温氧化性能。超音速火焰喷涂涂层Cr2C3—NiCr， 在900°C以下是非常好的耐磨涂层， 是冶金工业中连续退火炉炉底辊的主要高温保护涂层。如果温度在 900°C以上， 则可以采用大气等离子喷涂氧化锆涂层。采用真空等离子喷涂 NiCrAI或 Ni（Co）CrAIY 涂层， 或者用等离子喷涂氧化铝 氧化钛等陶瓷涂层， 都可以改善机械零件的抗高温氧化性能， 防止熔融金属的侵蚀。

采用热障涂层隔离金属基体与高温环境， 可以有效保持金属构件的力学性能。例如人造卫星进入地球阴影时表面温度为—100°C ， 受到太阳照射时温度升到315°C ， 即每绕地球一圈温度变化415°C ， 为保证卫星在急剧热交变条件下可靠地工作， 美国在 “探险者”卫星表面喷涂了氧化铝保护涂层， 其遮盖面积为卫星上部总面积的25％ 。由于氧化铝的隔热作用， 卫星内部仪器舱温度保持在 10—30°C， 从而保证了灵敏电子仪器的正常工作。又如采用等离子喷涂氧化锆热障涂层保护航空发动机叶片、 燃烧室内壁、 活塞发动机活塞顶， 通过适当设计涂层厚度， 可以使发动机工作温度提高100°C 以上。

四、 喷涂功能涂层
热喷涂技术可广泛应用于电气工业中， 如喷涂屏蔽涂层， 用于消除电磁波和无线电波的干扰 （EMI/FRI ） ， 同时清除静电放电火花； 用电弧喷涂锌涂层可以提供高能级的衰减 （范围达 60—120dB） 。屏蔽涂层的应用包括计算机终端设备、 电子办公设施、 药品监测装置和感光电子设备。

用于检测和控制汽车发动机排气 （尾气） 中氧含量和毒性化合物含量的 探测器是利用氧化锆离子导体的工作原理。为保证灵敏度， 在氧化锆表面等离子喷涂了一层多孔尖晶石涂层， 起过滤和保护作用。
平面固体氧化物燃料电池中空气电极的空隙率设计值为 ， 等离子喷涂技术是制备该电极的较好选择， 目前正在研究过程中。
近年来热喷涂生物相容性涂层在生物医学方面展示了良好的前景。例如， 一般的种植体材料 （不锈钢等） 与人体组织相互排斥， 如果在种植体表面采用等离子喷涂的方法喷涂一层生物相容性好的羟基磷灰石涂层， 人体生物组织就可以长入涂层中的孔隙中， 与种植体形成紧密的结合。这种技术已应用在人工牙齿、 人工骨头种植体上。