国外热喷涂技术的发展及应用

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　　1世界上主要的热喷涂技术公司?
　　热喷涂技术发展至今已有50多年的历史。由于它在工业上有着重要的作用，因而出现了为数不少的大小公司。但是，由于近几年全球性经济的发展，各公司之间的关系逐渐由竞争转向联合。发展到今天，世界上主要的热喷涂技术公司分别是：?·SULZERMETCO公司。该公司由原瑞士PT公司与美国METCO公司合并而成，总部设在瑞士，现拥有资产40～50亿美元，业务遍布全球140多个国家和地区，是世界上最大的热喷涂技术公司。?·PRAXAIR表面技术工程公司。该公司以前属于联合碳化物公司，总部设在美国，主要生产各种粉末。现在它购买了MILLER热喷涂公司，形成了一个产品种类较为完善的热喷涂技术公司。?·EUTECTIC公司。它是EUTECTICCASTOLIN公司的子公司，总部设在美国，现已兼并了TAFA公司，后者此前属于美国德克萨斯州霍巴特的冶金技术公司(MTI)。?
　　2主要热喷涂技术及发展趋势?
. `1 a6 h; b+ i0 |9 r8 u% e　　目前，热喷涂技术主要有等离子喷涂、电弧喷涂及火焰喷涂等。?
+ ~. S5 ?2 M/ S% H8 f7 a4 }　　2.1等离子喷涂
7 N; h$ L6 q1 n% K2 h　　由于等离子喷涂几乎可喷涂各种材料，且工艺较简单，涂层与基体结合良好，故得到了广泛应用。但喷涂工艺相关大量参数的控制较为复杂，成为等离子喷涂获得优质涂层的主要障碍。过去研究的主要方面之一是提高喷枪性能，包括对电极烧蚀以及由流体动力性能和电弧性能引起的等离子射流不稳定性的研究。现在通过对湍流等离子射流的模型分析后认为，射流是由相互作用着的运动方向相反的冷热两部分流体组成的双流体系统。由于实验中观察到的等离子射流具有波动现象，故对等离子射流中温度场和速度场分布的实验数据和理论分析的比较还有一定困难。?目前研究的另一方向是研究涂层形成的过程，包括涂层间的结合、涂层与基体的结合、气孔率及未融粒子的控制等。这些研究的最终目标是为等离子喷涂的全过程控制及自动化奠定基础。?
　　2.2电弧喷涂
: V8 J3 T/ E8 `1 b" [9 P: a　　电弧喷涂是一种经济、可靠的热喷涂工艺，喷涂材料一般只限于金属和合金，可对多种基体进行喷涂。应用范围包括耐磨涂层、结构防腐涂层和磨损零件的修复等，今后还可能应用于封严领域。现在对电弧喷涂研究的主要方面是对管状金属粉芯丝材的研制开发。当前的研究工作主要集中在如何实现喷涂过程的自动控制。?
! ?6 s7 R) I) |3 P　　2.3火焰喷涂?
　　传统的火焰喷涂是用可燃性气体的燃烧火焰作热源，将喷涂材料加热至熔化并喷射到基体表面上形成涂层。现在，针对火焰喷涂的工艺、设备的开发、不断研制新的火焰喷涂方法。?高速氧燃料喷涂(HVOF)是火焰喷涂的一个主要技术领域。这一工艺早期由联合碳化物公司开发，并于1953年发明了用氧—乙炔燃料的D-Gun系统。随后出现的采用氧—丙烷、氧—丙烯氧—氢作燃料的JetKote、TopGun、CDS等，使这一工艺的技术水平得到不断提高。?目前，PRAXAIR公司又推出了JetStar高速空气燃料喷涂技术及高速燃烧丝喷枪。它使用的燃料是液体燃料如煤油、柴油等；助燃物是工业用压缩空气并用它来冷却喷枪，避免了许多HVOF喷枪对附加冷却的要求，减少了操作费用。JetStar系统使用19L/h的液体燃料及4m?3/min的压缩空气，运行费用仅为每小时7美元，而使用氧—煤油为每小时29美元，氧—乙炔为每小时38美元，氧—氢为每小时85美元。?PRAXAIR公司开发的另一新工艺为使用丝材而不是粉末的FlameStarⅢ型高速燃烧丝喷涂(HVCW)工艺。目前，该公司正在探索与高喷涂质量相匹配的最佳均匀送丝速度。?EUTECTIC公司最近也凭借他们的第一套高速撞击熔化(HVIF)工艺系统进入HVOF行列。该公司的新TeroJet系统利用入口处氧气的高压(约2MP)来获得气体的充分燃烧和高的粒子速度。据EUTECTIC公司介绍，当缓慢加热的粒子达到610m/s的高速时，会产生结合良好、结构致密的涂层。该系统轻便小巧且操作简单，只需输入氧气压力、空气压力和送粉轮转速等3个参数。该工艺使用煤油作燃料，喷枪采用水冷方式。TeroJet系统的运行费用要比使用氢气或乙炔作燃料的设备每小时少20美元。据介绍其喷涂速度和沉积效率与HVOF相当。?PRAXAIR公司的超极D-Gun工艺生产的涂层的结合强度可达210MPa。试验结果表明，涂层的抗磨性能、耐腐蚀性能及抗微振磨损的性能均比爆炸喷涂提高很多。?
　　3热喷涂的应用领域?
5 z8 h! I7 A$ \  T, W　　由于热喷涂可提供各种性能的涂层，所以这一工艺获得了工业界的广泛重视。目前，对热喷涂应用领域方面研究最多的是汽车工业及模具工业。?
+ e( K4 T! Y% T3 F: S! l' ]) S8 k　　3.1汽车工业?
$ C: S2 f3 r- q　　同步环。汽车齿轮箱中有许多同步环，喷涂上一层钼后，可使齿轮工作时具有自锁紧功能，保证行车安全、平稳。目前国内已建有喷涂同步环的大型生产基地。?活塞环。铝制活塞环的外表面有一沟槽，工作时与活塞气缸孔的内表面接触。用等离子喷涂喷上一层含NiCrBSi的钼粉后，可提高整个部件的耐磨性。?废气传感器。传感器由氧化铝基电解质做成，形状象一试管，外附一根铂电极。为防止高温燃气对铂电极的冲蚀，需在电极上喷涂尖晶石涂层。将该传感器放入汽车尾气流中，涂层既可保护电极，又可使热气到达电极。?气缸孔。气缸孔喷涂钼合金可能是等离子喷涂在汽车工业的最大应用。目前SULZERMETCO中已研制了用于发动机气缸的从清理、吹砂直至喷涂的一整套系统，涂层质量优良。这一系统每天可喷涂十缸发动机缸套200件。?车顶的连接。在车顶与车前面板焊缝处会产生一凹陷区，以前弥补这一缺陷的方法是将多余的焊料打磨掉，因而降低了焊缝的强度。现在有几家汽车公司已采用电弧喷涂硅青铜的方法来添补这一接缝区，这样既美化了车身外观，又增强了焊缝强度。?热障涂层。原本应用于航空发动机的热障涂层现已应用到汽车发动机(主要是柴油机)及尾气系统上。?
　　3.2模具?
1 j5 B/ b, y" p0 Z* I　　目前，在热喷涂应用方面研究较多的是快速成形制模技术。这是一种用热喷涂金属材料或焊接金属来生产整个零件的技术，所用喷涂工艺主要是电弧喷涂。该工艺可获得任意形状的零件，因此，有人甚至认为“快速成形将会导致下一场材料革命”。SULZERMETCO公司对这一技术研究较多，并已应用于实际生产中，他们在过去三年中用这一技术为客户制作了100多个水平式水轮机吊桶。?英国诺丁汉为喷涂成形发展有限公司已获得快速工装加工的专利，它被用来制造钢制模型和生产工具，这种方法是通过把熔融金属喷涂到一个成本低廉，尺寸精确的铝制难熔试样上。在过去两年中用这种方法制作的工装已由几家大公司进行了广泛试验，塑料模具和金属成形工艺都显示了很好的性能。第一批生产工装是1996年9月在英国制造的，这些工装有望生产超过100万的零件。在最近这种工艺的一个演示会上，演示了利用装在一个工业机器人上的三把喷枪，喷涂了19mm厚的钢涂层，然后安装铝制管道，再在其上继续喷涂金属涂层直到要求厚度，最后将铅熔掉、流出，从而形成光滑的水冷通道的全过程。?
　　3.3其它应用领域?
8 j$ U2 x7 t3 \; o1 o$ {　　热喷涂的应用领域几乎包括了全部的工业生产部门，除前面介绍的在汽车和模具行业及众所周知的在航空、航海、纺织、机械等方面的应用外，还迅速扩大到其它领域。如对石油管路焊缝外进行喷铝保护，以及在石油设备阀门、溢流阻挡器和钻销工具上喷涂耐磨涂层；在人造关节上喷涂羰基磷灰石以增强钛基体与有机体的生物相容性；在印刷滚轮上喷涂陶瓷涂层，再用激光雕刻出纹路，用于把油墨从墨池中送到印刷室，在空调压缩机的铝制阀提杆帽上喷涂钢，以达到减重和耐磨的目的，等等。可以预见，随着对热喷涂技术的不断研究及人们对材料性能要求的不断提高，热喷涂技术还将得到进一步的发展。?
: W4 x5 N: \) ]5 q) z　　4结束语?
' F' D/ {1 i! K* c: t+ \　　随着科学技术的不断进步，其它的一些涂层制造技术如磁控溅射、化学气相沉积、物理气相沉积、激光喷涂等也取得了长足的进步，用这些技术生产的涂层在某些性能方面已超过了热喷涂涂层。因此若要保持热喷涂技术的活力，就要加强对热喷涂技术的基础研究、开发新的喷涂方法及应用领域。现在国外在这方面的研究取得了较大的进展，而我国的开发工作则进展不大，热喷涂技术基本停留在原有水平上，同时也限制了涂层应用领域的扩展。因此，加强基础研究，开发新的应用领域是我们今后要做的主要工作，也是热喷涂技术的生命所在。
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