液相热喷涂技术研究进展

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1、液相热喷涂技术研究进展时间：2012-08-2812:17:27来源：金属热处理作者：王超会，刘剑虹，王铀液相热喷涂技术研究进展http://www.sunspraying.com/王超会，刘剑虹，王铀金属热处理内容导读：液相热喷涂这项新技术，是纳米材料应用的一个新领域，针对这个领域，本文做了介绍。摘要:液相热喷涂是表面工程领域中的一项新技术，是纳米材料工程应用的一个新的研究领域。本文从液相热喷涂的装备、喂料、涂层特点、应用等四个方面，对液相热喷涂的近十年的研究进展进行了综合论述。关键词:液相热喷涂;热喷涂;表面工程;纳米材料；热喷涂粉末热喷涂技术在表面工程领域

2、中有着非常重要的地位，表面修复、表面强化、功能涂层制备等方面都有着非常大的优势。在国民经济中也有着重要的作用，可以减少能源消耗、减少原料的使用、降低对整体材料的性能要求、可以实现磨损超差的零部件的修复再利用［1-2］。纳米涂层是近些年在国际表面工程领域中非常重要的研究方向，由于提高强度、减少微裂纹、更优的耐热震性、低磨损等性能［2-3］，热喷涂技术在制备纳米涂层方面进行了大量的研究工作，传统的方法是以王铀发明的纳米氧化铝/氧化钛复合纳米涂层［4］为代表的纳米热喷涂粉末再造粒技术，该方法的工艺复杂、成本较高;最近十年出现了制备纳米涂层的新喷涂技术———液相热喷涂，

3、它是一种非常高效的纳米涂层制备技术，英文中目前比较广泛的应用名称为SuspensionPlasmaSpraying［5］(悬浮液等离子喷涂)，简称SPS;SolutionPrecursorPlasmaSpraying［6］(溶液前驱体等离子喷涂)，简称SPPS;SuspensionThermalSpraying(悬浮液热喷涂)(STS);SolutionPrecursorThermalSpraying(溶液前躯体热喷涂)(SPTS)［3］，综合以上英文概念，将这类以液体为热喷涂喂料的喷涂形式可以统称为液相等离子喷涂［7］或液相热喷涂。1液相热喷涂的装备研究进展液

4、相热喷涂的过程如图1所示，液相注入到等离子体中后首先是在高温等离子体中液相的蒸发，随着液相的蒸发，固相颗粒逐渐的析出，由于液相的蒸发速度非常快，固相析出的过程来不及长大而形成了期望得到的纳米粒子，纳米粒子在到达基体表面的过程中还会在高温下产生烧结、表面熔融，在熔融相的表面张力作用下会发生颗粒与颗粒之间的粘结、再团聚，最终到达基体表面熔融相会有助于提高涂层的结合强度和致密度。LechPawlowski［8］介绍了几种液相喷涂试验装置，见图2。按照液相吸取方式可以分成泵送式(见图2(a))和气压式(见图2(b))，按照液相送入等离子体中的方式可以分成注射式(见图2(

5、c))和雾化式(见图2(d))。图2中的泵送式的动力来源于蠕动泵，这样的取料方式可以实现多种前躯体同时取料，实现复杂改性的涂层制备。见图2(b)中气压式取料方式设备简单，可以通过气体流量精确控制实现对喂料量的精确控制。见图2(c)所示的注入式喂料方式中，从喂料口喷射出的液体是以圆柱形式进入等离子体中，在重力和等离子体的阻力作用下，圆柱体的液体喂料被分成了小的椭圆形，实现了液体颗粒喂料，这样的喂料方式简单，但是液相的粒度不容易控制。而见图2(d)所示的雾化喂料方式则可以在外加力的作用下对液相的粒度进行较精确控制，外加力可以是离心力、外加压力、其他液体的动力或是超声

6、振动力。经过理论运算，要将7YSZ(氧化钇稳定氧化锆)的液相悬浮液注入到等离子体中，需要将液相平均制成38μm的颗粒并且射入的速度要达到13m/s［9］，要满足这样的参数需要将取料和喂料进行精确的调整。S．Kozerski等［10］用亚微米TiO2分散到水基悬浮液中为液相喂料，对两种不同的注入方式进行了对比性研究，发现注射式的喂料制得的涂层中晶粒尺寸要比雾化式制得的大，锐钛矿相含量要低于雾化式的涂层。在注射式获得的涂层中存在两种区域一种是层状的致密区和包含纳米/亚微米结构的疏松区。在对液相喷涂进行的研究中G．Mauer［11］使用了ENP-04-CS型热焓探测器

7、对局部的热焓、温度、速度以及等离子体的成分进行了分析，应用MC-UVNIR型发射光谱仪对等离子体的发射光谱进行检测，可以分析在等离子体中液相喂料的蒸发和熔融的过程，应用了Accuraspray-g3型热喷涂检测系统分析了喷涂粒子的速度和涂层表面温度。2液相热喷涂用的喂料研究进展液相喷涂的液相喂料根据制备的方式可以分成两大类，一类是悬浮液，一类是溶液［12-13］。悬浮液方式是通过各种纳米材料制备的方法或是购买现成的纳米材料，在喷涂前将纳米材料分散到去离子水或酒精中，边搅拌边喂料。溶液方式是将制备纳米材料的可溶性前躯体溶于水或酒精介质中，将溶液以柱状或雾状形式注入

8、热喷涂焰流中，随着溶液中