热喷涂技术的发展及应用

罗斯福

热喷涂技术的发展及应用

     1 表面工程及热喷涂技术的特点及发展
: W+ Z5 K% k2 p8 F9 Q; {% G% l" v9 Z　　表面工程是经表面预处理后，通过表面涂覆、表面改性或多种表面工程技术复合处理，改变固体金属表面和非金属表面的形态、化学成份和组织结构和应力状态，以获得所需要表面性能的系统工程。
　　表面工程综合了多个领域的基础理论、技术和最新成果。表面工程技术因在基体材料表面制造了一层涂层或薄膜，或通过表面改性赋予材料许多特殊性能，使材料的表面性能大大优于材料基体，不仅能大大延伸基体材料的应用领域，而且解决了许多领域中材料无法满足环境要求的问题。表面工程技术在解决人类发展中遇到资源、能源、环境等共同问题中起着不可替代的重要作用。
& }( p! q2 p2 e+ O5 L  f( F5 X" n: o6 i　　由于表面工程技术节能、节材，从而保护了人类赖以生存的宝贵资源，同时还对环境保护起到了非常关键的作用。21世纪表面工程技术将渗透各行各业，推动社会文明、提高生活质量。
　　热喷涂技术是表面工程中的一个重要分支，它是通过火焰、电弧或等离子体等热源，将某种线状和粉末状的材料加热至熔融或半融化状态，并将加速形成的熔滴高速喷向基体形成涂层。涂层具有耐磨损、而腐蚀、而高温和隔热等优异性能，并能对磨损、腐蚀或加工超差引起的零件尺寸减小进行修复。热喷涂技术的应用主要包括：长效防腐、机械修复及先进制造技术、模具制作与修复、制造特殊的功能涂层等四个方面。目前，热喷涂技术已广泛应用于几乎所有工业领域以及家庭用品(如不粘锅、红外线保健电热器等)。
9 B+ X9 x" v2 m* }! N" \% ]　　20世纪末，热喷涂技术的发展十分迅速，并迅速被推广使用。1980年到2000年，热喷涂市场的变化见表1。到20世纪末，等离子喷涂仍然居主导地位。值得注意的是，高速火焰喷涂(HVOF)迅速发展，将占据25%的市场比例，居第二位。电弧喷涂技术，由于经济性好、涂层性能比火焰喷涂层优越，将部分代替火焰喷涂技术上升到第三位。
　　表1 主要热喷涂方法的应用比例

5 K" ^5 H- E+ g& A/ r7 k

年份	火焰喷涂	电弧喷涂 + K" m7 Z$ d6 ^: S	等离子喷涂 9 u0 E. _3 R5 \	高速火焰喷涂 . j/ L& z# \9 ]  j: b/ L
1980年 ' M' B- @4 \, d. o& e$ @	39%	6% 6 d2 v7 i6 A; _) B+ z- F. [5 E% l	55% ! D- W+ o. c* Z7 m* ]- \, H	- / T* p/ }: c5 |
2000年   Y0 W  E9 ?6 k+ O( S7 q/ K$ W	12%	15% 5 x6 R* Q! g' R0 M	48% ! l+ k4 y" _$ f	25%

( P! M$ U) C& s, u3 d/ A; c7 o( E0 J　　2 热喷涂技术的应用
　　热喷涂技术目前已经得到了广泛的应用，其主要应用领域如表2所示。
% n$ W+ q- P$ R+ j% _8 a7 p　　表2 热喷涂涂层的主要应用领域
7 s3 ~+ g& f, Y, F) I3 Y

领域 7 t1 o4 n( R( O. F& k# B( \	主要类型 1 M! n$ C, z9 C3 g( R	涂层材料类型
防护涂层 ; C& \- _8 K' D0 N9 O	阳极性防护涂层（抗大气压及浸渍腐蚀涂层）	Zn、Al、Zn-Al合金、Al-Mg合金、Al-Re % D. O# p" o3 F4 O, m: J
	阴极性防护涂层（抗化学腐蚀涂层）	不锈钢、有色金属及合金、氧化物陶瓷、塑料等高分子材料
	抗高温氧化涂层	Ni基、Co基合金、MCrAIY合金、氧化物陶瓷 ; S4 x3 N* D5 E- @: V
强化涂层 / O- i  K! h5 N	耐磨粒磨损及冲蚀磨损	碳化物+金属、自熔性合金、氧化物陶瓷   v' s) R8 T7 ]* ~1 _1 q; H) A0 B: {
	耐摩擦磨损涂层 4 ~& K- v: S* `+ g	Mo或Mo+合金；有色金属及合金；自熔性合金；氧化物陶瓷
	在强腐蚀介质中耐磨涂层 4 w) U( l  Y0 ^# S6 r" F* {/ b	自熔性合金、高合金、陶瓷
特殊功能涂层 4 d& a+ m0 R0 G2 R  O4 j	热障涂层 ) F/ m) i4 V% u- b* D* v* E	氧化物陶瓷
	可磨密封涂层	金属+非金属复合材料
	热辐射涂层 + Q6 c4 w+ s; x- E: i	氧化物复合材料 : S# I. L  C1 h8 i
	导电屏蔽及防辐射涂层 9 ]. p. @- o6 S, h: y+ P$ \7 C	金属
	固体润滑涂层 $ r' p3 }. P  J/ b% O8 G) e4 Q	金属+非金属复合材料 & z; F2 I8 r/ A. u' K. @  s
	超导、耐电、高温塑料等特殊涂层

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1 G& v2 v- P' O0 w: I( M% o　　近年的发展趋势和特点是：(1)大面积长效防护技术得到广泛应用，对于长期暴露在户外大气的钢铁结构件采用喷涂铝、锌及其合金涂层，代替传统的刷油漆的方法，实行阴极保护进行长效大气防腐;(2)采用热喷涂技术修复与强化大型关键设备及进口零部件国产化;(3)超音速火焰喷涂技术的应用：(4)气体爆燃式喷涂技术进一步得到应用;(5)高速、自动氧乙炔火焰末喷涂技术发展迅速;(6)热喷技术在化工防腐工程中得到应用;(7)激光重熔技术开始应用。目前，热喷涂技术在军事、水利、电力、化工、建筑、环保、生物等众多工程领域等方面得到了日益广泛的应用，热喷涂在海洋工程方面也得到了广泛应用。对船身、甲板、驳船、大平底船、拖船等，热喷涂都取得了良好的长效保护效果。
　　3 热喷涂技术在化工、石油行业中的应用
　　在化工行业中，腐蚀尤为严重，它不仅造成大量材料和设备损失，而且因腐蚀造成的企业停产。安全事故及环境污染所带来的损失更难以估量的。防止“跑、冒、滴、漏”是化工企业设备管理的主要任务之一。集多种工艺方法于一身、以表面强化为宗旨的热喷涂技术可以喷涂所有的固态工程材料，并具有良好的化学稳定性，目前在化工行业中已得到日益广泛的应用。化工介质往往含有硫及氧，如燃料、酒精、醋酸、甲苯、甘油、糖浆的储罐，原轴套机械密封和叶轮，均可通过热喷涂解决防腐。对一般弱腐蚀介质可以通过金属热喷涂铝、锌、不锈钢加封闭解决，对强酸、碱等通过塑料火焰喷涂环氧、聚四氟乙烯等解决。效果十分显著。热喷涂在化工行业中的典型应用有如下几个方面：1、以低级材质 和加热喷涂层取代不锈钢、钛合金等高级材质不锈钢。2、可作为化工反应罐、贮罐、搅拌装置和管道的防腐涂层。3、可作为搪玻璃设备崩瓷损坏的良好修补层。
# S# U8 ^7 e- B0 ?% f　　热喷涂在石油工业中也得到了广泛的应用。热喷涂已成功用于石油勘探，开采等设备的修复和防护。热喷涂涂层已成功用于石油钢管、海洋平台的长效防腐。某井下作业公司工程安装公司引进的电弧喷涂技术，较好地解决了金属防腐难题，填补了油田金属防腐空白。工程安装公司目前已将该技术应用到线材、板材、型材及金属设备中，喷涂后的产品防腐能力提高了2倍以上。