为了进一步拓展电弧喷涂技术的应用范围,人们正在发展和开发各种新型电弧喷涂方法。
1. 保护气体电弧喷涂技术
用保护性气体在涂层的制备过程进行保护,该技术可以降低熔滴材料的热损率、 氧化物的含量及涂层的孔隙率等。 目前常采用辅助装置将还原性介质,如 CO2和 CH4等,引入压缩空气中作保护气体,降低涂层含氧量。 还可用惰性气体 Ar 或N2气作为保护气体,减少氧化物夹杂,但是由于雾化气体消耗量大, 因此使用惰性气体成本会过分提高。 如果保护气体与喷涂金属在高温下发生反应,生成特殊物质,这样还可获得特殊涂层。 Air Product s and Chemicals 公司就使钛丝在喷涂过程中氮化成为氮化钛 ,从而获得金属陶瓷涂层。
2. 高速喷涂技术
为了减少金属熔滴的氧化, 从而改善电弧喷涂涂层的质量, 研制和开发高速喷涂技术是主要的发展方向。 根据空气动力学原理,将高压气体通过特殊设计的喷嘴加速, 作为电弧喷涂的高速雾化气流 (高于音速),可用于雾化和加速熔融金属粒子而形成更加致密的电弧喷涂层。 高速电弧喷涂技术是电弧喷涂的重要发展方向。
3. 真空电弧喷涂
真空电弧喷涂(VAS)将喷涂工作气氛抽成真空。 该技术可以大幅度地降低氧化物的含量 ,降低孔隙率,提高涂层结合强度。 主要用于喷涂活泼金属 (如 Ti 或 Ta) , 制造致密高纯度的耐腐蚀涂层或制造带孔隙表面粗糙的生物植入体 (如应用外科手术中带有 Ti 涂层的植入体) , 此工艺与低压等离子喷涂相比 , 具有操作简单 , 成本低的特点。
4. 电弧喷涂过程的计算机仿真技术
利用流体力学数值模拟(CFD)实现电弧喷涂过程的计算机仿真, 从理论上解决喷涂机理的气相和粒子相的动力学及热物理特性问题, 优化喷枪结构,大功率、二次雾化是电弧喷枪的未来发展方向。
5. 纳米涂层
近年来, 纳米材料的出现使得纳米涂层的制备成为可能, 将预先制备的纳米粉末喷涂沉积在基材表面形成纳米涂层。 该种复合涂层可以具有耐高温、抗氧化、抗腐蚀、高硬度、高耐磨性和自润滑性,并可具有广泛化的光学性能、优异的电磁等性能,具有十分广泛的潜在功能。 目前国内外用
热喷涂制备纳米涂层的研究还处于实验阶段,且局限于粉末制备, 尚未达到用粉芯丝材获得纳米涂层的高度。 从已有的研究结果来看,用
热喷涂技术制备的纳米结构涂层性能优异 , 具有良好的应用前景 ,但从经济效益考虑 ,如何降低制作涂层的成本还亟待研究。
6 粉末复合电弧喷涂技术
通过电弧熔化线材, 同时加入合金或陶瓷粉末,高速喷到金属表面,获得高耐磨性,高耐蚀性的复合喷涂层。 这种方法可用于碳钢、合金钢、铸铁等材料制成的零件或构件, 实现表面强化和表面防护的目的。 也可用于一些磨损件或腐蚀件的表面修复。 为了将金属和陶瓷优越性综合于一体,金属陶瓷、金属颗粒弥散强化陶瓷、金属基复合材料等先后发展起来。 近期推出的 JCW-T 电弧喷涂粉芯丝材, 采用低碳钢带包敷 TiB2-Al2O3复合陶瓷,喷涂涂层硬度达 57.5HRB,可用于提高锅炉管壁及风机叶片等的高温耐磨性。