热喷涂技术的发展及应用

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1 表面工程及热喷涂技术的特点及发展
$ R4 {) B8 U0 Y7 G% A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。
" f& G8 |9 M1 V" x7 V: m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。
& T9 r1 ]/ W5 S2 _& H0 ]$ N+ b# a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。
$ @9 P" V2 `1 P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）。
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。
' p3 {: e5 L2 t& B+ H( t表1  主要热喷涂方法的应用比例
3 E3 h: b1 l9 S( C6 j# O; U年份
火焰喷涂
: H# c  E9 f2 d! F5 y电弧喷涂
等离子喷涂
# o5 m9 |! I8 g# _1 T/ b/ z高速火焰喷涂
1980年
39%
6%
9 a. J! r2 X. |8 \: q1 Q55%
% Y9 O. I6 U! u, N' ~-
2000年
; j! L# |+ C1 s" y5 T12%
15%
48%
25%
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: |8 n7 w% |/ R& I. z表2  热喷涂涂层的主要应用领域
  e0 H* d" r' m. ^0 E领域
主要类型
6 m, V( ~, a; ?6 r% B! @0 v5 d) E涂层材料类型
$ M" x4 _; k& u) D1 }7 A. p' j防护涂层
+ k+ V0 p+ q8 h. m  f9 F阳极性防护涂层（抗大气压及浸渍腐蚀涂层）
. g5 R3 `( D- y6 r- n- t7 lZn、Al、Zn-Al合金、Al-Mg合金、Al-Re
阴极性防护涂层（抗化学腐蚀涂层）
, Z7 G0 k3 Y3 i1 K( \不锈钢、有色金属及合金、氧化物陶瓷、塑料等高分子材料
$ C3 x& }# J4 N( ^抗高温氧化涂层
! f3 B7 a( W3 A  \2 ~: Z' D- C0 [9 c1 aNi基、Co基合金、MCrAIY合金、氧化物陶瓷
* g  {: k8 s# V  X% z, m- W' J强化涂层
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
耐摩擦磨损涂层
Mo或Mo+合金；有色金属及合金；自熔性合金；氧化物陶瓷
" u  T+ I: U  t' v- `) P2 T在强腐蚀介质中耐磨涂层
自熔性合金、高合金、陶瓷
& P* x) C% M- ^0 b  d; u特殊功能涂层
热障涂层
$ a  D8 X2 [: g/ p) r氧化物陶瓷
2 o! a3 r9 X$ L/ z! l* C' `8 _0 g可磨密封涂层
金属+非金属复合材料
! R/ v  ~' i# l2 u热辐射涂层
氧化物复合材料
' y, K3 J. R5 w0 [, \5 j导电屏蔽及防辐射涂层
# {5 T! J* g% c" H/ k金属
4 n6 N0 L- b* @, I固体润滑涂层
金属+非金属复合材料
' w0 a7 s, m/ Y超导、耐电、高温塑料等特殊涂层
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。
' G# e* J# B3 D0 t* h$ v0 @9 |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。
* W# l( V0 [# W1 @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。
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