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1、热喷涂技术的研究进展1、热喷涂技术概论原理热喷涂技术是一种将涂层材料(粉末或丝材)送入某种热源(电弧、燃烧火焰、等离子体等)中熔化,并利用高速气流将其喷射到基体材料表面形成涂层的工艺。涂层结构特点特点a.能赋予基体以多种功能的表面；b.设备轻便，可现场施工；c.除喷焊外，对基材加热温度较低，工件变形小，金相组织及性能变化也较小。d.喷涂操作的程序较少,施工时间较短,效率高,比较经济。分类（1）电弧喷涂（电弧为热源）（2）等离子喷涂（等离子体为热源）（3）火焰喷涂（燃烧火焰为热源）2.电弧喷涂电弧喷涂是以电弧为热源,将熔化的金属丝用高速气流雾化,并以
2、高速喷射到工件表面形成涂层的一种工艺。电弧喷涂过程可分为三个阶段:熔滴形成及雾化阶段;熔滴飞行阶段;熔滴撞击基体,相互交错粘结形成涂层阶段电弧超音速喷涂示意图电弧喷涂的特点优点：a.涂层性能优异，与基体的结合力高；b.经济、节能、效率高；c.安全电弧喷涂技术仅使用电和压缩空气，不用氧气、乙炔等易燃气体助燃，安全性高；d.可制备伪合金涂层；不足之处：喷涂材料必须是导电的焊丝，因此只能使用金属，而不能使用陶瓷，限制了电弧喷涂的应用范围。应用：1.重大件的修复：轴类零件修复；造纸烘钢的修复；航天发动机的修复2.严重腐蚀环境下的大面积防蚀涂层；3.装饰涂层
3、4.填平和修补焊缝缺陷等离子喷涂等离子及等离子弧的产生常规状态下原子是呈电中性的,气体在常温状态下也是不导电的,但是如果外界通过改变条件给予气体分子或原子分子以相当的能量时,就会造成电子脱离原子成为自由电子而带正电荷,这就是所谓的气体产生电离的现象,这也就是等离子喷涂的等离子体和等离子弧的产生原理。等离子喷涂原理等离子喷涂特点1.超高温特性，便于进行高熔点材料的喷涂。2.喷射粒子的速度高，涂层致密，粘结强度高。3.由于使用惰性气体作为工作气体，所以喷涂材料不易氧化。等离子喷涂研究进展随着热喷涂技术的飞速发展,国际上等离子喷涂占有明显优势,并已开发出
4、三阴极等离子喷涂、高能等离子喷涂、微弧等离子喷涂和悬浮等离子喷涂等多种新技术三阴极等离子喷涂喷枪由3个阴极和由几个被绝缘的环体串联组成的喷嘴组成,只有离阴极相对远的最后一个环体作为阳极工作。由于从3个阴极到同一个阳极产生的3个独立电弧的长度稳定不变,3束等离子射流在汇流腔内汇聚成一束主等离子流,形成空心管状射流从喷嘴喷出,从而产生了稳定的等离子喷射。稳定性有明显改善,可以进行均质粉末加工,并有较高的沉积率和送粉率三阴极等离子喷涂示意图高能等离子喷涂高能等离子喷涂是为满足陶瓷材料对涂层密度和结合强度以及喷涂效率的更高需求而开发的一种高能、高速的等离子
5、喷涂技术,其特点是在电弧电流与普通大气等离子喷涂相当的条件下,利用较高的工作电压(可达几百伏)提高功率,并采用更大的气体流量来提高射流的流速。100HE高能等离子喷枪喷涂WC-Co涂层的粒子平均速度可达527m/s;同时还具有较高的喷涂效率(可达200g/min)和沉积效率(可达95%)微等离子喷涂微等离子喷涂是20世纪90年代由乌克兰巴顿焊接研究所开发的,它的特点是具有层流等离子射流、发射角只有2°~6°(普通的等离子枪的发射角达10°~18°)、功率低(1~3kW)、基体受热低、噪声小(30~50dB),可在极薄的基体(如0.5mm厚的不锈钢薄
6、板或1.0mm厚的锰片)上进行喷涂。这种喷涂方法的功率虽低,但能量集中,其束斑直径小于5mm,所以仍可喷涂各种材料,特别适宜制备小零件及薄壁件的精密涂层,且该设备重量轻,适合于现场的维修工作。悬浮式送粉等离子喷涂悬浮式送粉等离子喷涂是一种采用液料送粉方式,可直接喷涂纳米粉末且可以形成超薄纳米涂层的新型喷涂技术传统的非团聚喷涂粉末粒子半径必须大于10µm,涂层厚度一般大于125µm。悬浮等离子喷涂采用液料为介质,使用分散剂将粒子分散在液料中(液料一般为酒精)行成悬浮液,通过液料送粉器将悬浮液送入到等离子弧中,液料溶剂迅速蒸发,溶剂中的粉末被等离子弧加
7、热熔化喷射到基体上形成涂层。这种方式克服了喷涂粒子半径的限制,不仅实现了非团聚的纳米粉末直接进行喷涂,而且可制备涂层厚度仅25µm的超薄涂层。悬浮式等离子喷涂示意图反应等离子喷涂反应等离子喷涂是对真空等离子喷涂进一步改进的结果,该方法在真空等离子喷涂过程中,在喷嘴出口处的等离子射流中加入反应气体(如N2),反应气体与加热中的喷涂颗粒相互作用,进而得到新的生成物。例如,用这种方法可以获得TiN涂层,它是靠喷涂钛粉和注入N2反应后得到的,其工作原理如图所示。TiN具有高熔点、高硬度、耐磨、耐蚀等特点,并且还具有优良的导电性和超导性。反应等离子喷涂制备T
8、iN涂层克服了传统的物理或者化学气相沉积(PVD及CVD)工艺制备TiN涂层,存在沉积速率低、涂层厚度过薄的缺点,可制备纳
