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第一章 绪论
热喷涂的研究概况
表面工程是一种在材料表面做进一步处理的技术,通过一系列手段,将表面进行预处理后,通过加工,改变表面材料的化学成分,物相组成,组织结构以及微观形貌,改善表面的力学性能,强化材料的表面性能,从而使材料具备更高的使用要求。表面工程的工艺方法有很多,如涂覆,烧结,表面化学试剂的渗透, 表面原位合成,表面材料的纳米化等。其中,通过在集体材料表面进行另一种物质的喷涂,制备由另一种物质组成的涂层来改善基体材料便面性能的方式为喷涂技术。喷涂技术又分数种,常用的喷漆装饰即为其中的一种。本文主要研究的内容为热喷涂技术。
热喷涂是表面工程的一种。所谓热喷涂,即通过各种工艺,应用一定的装备产生热量,将即被合适形状合适成分的材料加热到熔融状态甚至雾化状态,(有些工艺加热到半熔融状态即可,适具体工艺而定),通过一定的动力系统,将熔融的材料送到基体表面,使材料均匀的在基体表面沉积,冷却之后,便形成与基体材料性能不同的涂层。通过改变喷涂的材料及喷涂工艺,就可以制备性能各艺的涂层,从而满足各种不同的要求。一般,热源系统常用的有电弧、等离子弧、激光、火焰等,也有利用爆炸放热来提供热源的。而将动力系统随工艺的不同而各有差异,一般用电弧、等离子弧进行加热的热喷涂,本身等离子弧或电弧的焰流本身具备很高的速度,只要将材料送进焰流中,就可以达到提供动力的作用, 对于对动力要求较高或其他工艺,可以应用压缩空气等相助辅助动力系统来给材料提供动力,使其顺利沉积到基体材料的表面。根据热喷涂工艺的不同,对喷涂材料的形状及成分要求也不相同。如,等离子喷涂需要材料具有良好的流动性的粉末状,而电弧喷涂则需要丝状,有些工艺可以喷涂带状或棒状等形状的材料。当把材料加热熔融后,通过动力,可以使熔融的材料获得一个较高的速度,冲击到基体材料的表面,由于冲量的原因,会使材料受力铺展的基体表面,形成薄层状,粘附在基体表面,形成涂层,提高材料的硬度、耐热性、耐磨性、耐腐蚀性、耐氧化性;既可以制备绝缘的涂层,也可以改变材料制备出导电的涂层;还可以制备各种功能涂层,如防微波辐射的涂层、抗电磁波的涂层,或其他具备特殊物理或化学性能的涂层。热喷涂具有非常广泛的应用领域,已成为我国重点支持的工程技术之一[1,2]。
1910年瑞士人M U Se-hoop发明了热喷涂技术的。距今已有90多年的历史了。
在这90多年的发展历史中,尤其是在80年代至90年代期间,热喷涂技术得到了飞
跃性的发展和推广应用,目前已广泛应用于冶金、机械、航海、航天、航空、石化、轻工、重工、甚至日用品等领域[3,4]。
热喷涂技术可以使基体表面获得各种优异的性能,即可以对应用于高温、高腐蚀、高磨损等恶劣应用条件的材料进行预保护,也可以对工件部件损坏的部位进行修复。工件在使用过程中,由于磨损,腐蚀等一系列工程原因,导致工件的尺寸减小,不能达到使用要求时,按常规来说,则只能报废处理了,这会造成极大的材料浪费。而通过热喷涂技术,则可以在工件表面喷涂所需要性能的材料, 制备涂层,不但可以使工件重新获得所需要的尺寸,还可以进一步改善工件的性能,如对于易磨损部件,当涂层磨损后,可以进行复喷,喷涂修复后设备寿命比未喷涂的寿命延长6-10倍。
热喷涂工艺有多种,通过合理选用喷涂工艺及工艺参数,就可在大部分材料
的表面上进行喷涂,制备涂层,提高材料的性能。喷涂材料根据使用条件而变化, 极大的扩展了热喷涂的应用领域。
热喷涂原理
热喷涂系统主要由热源系统、送料系统、喷涂系统等组成。制备热喷涂的涂层所需的喷涂材料一般是细微的金属或非金属的粉末,根据工艺不同,还可以采用粉状、带状、丝状等形状的材料作为喷涂材料。喷涂系统的核心部件即热喷涂枪, 通过一定的热源,如电弧、等离子弧等, 将热喷涂材料加热到塑态或熔融态,再经受压