热喷涂是将喷涂材料加热熔化并雾化,然后高速喷射到基材表面,形成具有足够粘着强度的所需涂层的工艺,完成工件热喷涂的一般工艺流程为:工件的表面准备→工件的喷涂→工件的喷涂后处理。整个过程除与设备类型有关外,还涉及喷涂材料、热源和喷射速度。喷涂材料包括金属、陶瓷和塑料等。热源主要有氧燃料火焰、直流电弧等离子和激光等几种。粉粒的速度决定着热喷涂层的密度,粉粒速度越快,涂层越致密。基于这些因素,大体上可以把热喷涂方法分为火焰喷涂法、爆炸喷涂法、超音速喷涂法、电弧喷涂法,等离子喷涂法和激光喷涂法等。

1 火焰喷涂法火焰喷涂法是最早的一种喷涂方法,它利用氧和可燃性气体的燃烧火焰,把焊丝、焊棒或粉末状的喷涂材料加热,使其在熔融或接近熔融的状态下喷向基体材料表面而形成涂层。火焰喷涂具有设备简单、工艺成熟、操作灵活、投资少、见效快等优点。采用火焰喷涂法技术,可以制备各种纯金属、合金、陶瓷及塑料等涂层,是目前喷涂技术中使用较广泛的一种工艺。 火焰喷涂法依涂层材料的外形又分为熔丝法、熔棒法和粉末法三种类型。熔丝法应用能够形成丝材的各种金属和合金作为喷涂材料。熔棒法以陶瓷(氧化铝、氧化铬等)制成棒状作为喷涂材料,而那些不易制成丝材(铝锌合金、自熔合金等)的合金粉和低熔点的陶瓷粉,则以采用粉末法为宜。

2 爆炸喷涂法 爆炸喷涂法是一项技术难度较大、工艺性能较强的新技术,它利用氧和可燃性气体(乙炔等)的混合气体,经点火后在喷枪中形成爆炸高温(温度在3300℃以上),加热喷涂材料(微细粉末),并利用爆炸波产生的高压,把喷涂材料高速地喷向基体表面而形成涂层。颗粒速度大,是爆炸喷涂区别于火焰喷涂的主要特点。爆炸喷涂的最大特点是涂层非常致密,气孔率很低(1%～2%),与零件基体金属结合性强,表面平整。可以喷涂金属、金属陶瓷及陶瓷材料。尽管它具有很多优点,但仍因其设备价格高、噪音大,属氧化性气氛 等原因,国内外使用还不广泛。

3 超音速火焰喷涂法 超音速火焰喷涂法又叫高速火焰(HVOF)热喷 涂,是本世纪80年代才出现的一种高能喷涂方法。与一般火焰喷涂相比,在设备工艺必须提供足够高的气体压力,以产生高达5倍于音速的焰流(1830m/s)。气体的消耗量也很大,所以需要庞大的供气系统,就氧气而言,通常是一般火焰喷涂的10倍。 HVOF技术成功的一个主要原因是在没有过分加 热粒子的情况下就能极为有效地加速粒子活动。 超音速火焰喷涂设备产生的焰流速度可高达2400m/s。 该工艺由于具有较高的冲击能量,所以涂层气孔率低(小于1%)、涂层表面较光滑、粉末颗粒有高的喷涂速度(1020m/s)、较高的沉积率(27kg/h)。由于粉末颗粒在高温中停留时间短,所以涂层中含氧化物量较低、化学成分和相的组成具有较强的稳定性,改善了颗粒的结合状态、涂层与基体表面的结合强度高,它可得到比爆炸喷涂层更厚的涂层,残余应力也得到改善。但它的中心温度不如等离子弧高。

4 电弧喷涂法 电弧喷涂法是在两根焊丝状的金属材料之间产生电弧,电弧产生的热使金属焊丝逐步熔化,熔化部分被压缩空气气流喷向基体表面形成涂层。在电弧喷涂的过程中,雾化的颗粒速度最高可达180～335m/s,电弧 最高温度可达5000℃。 它的优点是:喷涂效率高(相对其他喷涂工艺而言);质量易保证;其熔化喷涂的涂层结合强度高于一般火焰喷涂;能源利用率高(对等离子喷涂而言);设备投资低;对各种金属材料都能喷涂,大量地应用于防腐、耐磨等工程。目前,电弧喷涂法已经从一种粗糙的高喷涂率的技术演化为能以低成本生产具有高质量涂层的较为精密的手段。

5 等离子喷涂法 等离子喷涂技术是继火焰喷涂、电弧喷涂之后大力发展起来的喷涂新技术,近几年在我国发展较快,应用也相当普遍。等离子喷涂是采用等离子喷枪产生的等离子喷流,把数微米至数十微米的金属陶瓷等单一或者混合粉末加热和加速,在熔融或接近熔融的状态下喷向母体材料的表面而形成涂层。有以Ar、He、N2、H2等气体作为工作气体的气体等离子喷涂,还有把水分解成氧和氢而作为工作气体的平均等离子喷涂。 等离子喷涂产生的温度可达16000℃,喷流速度达300～400m/s,因而可喷制各种高熔点、耐磨、耐热的涂层。该涂层具有较高的结合强度,涂层特性好,尺 寸也容易控制,尤其适合陶瓷材料的喷涂。 国内外已有数百种材料用等离子进行喷涂,所得的涂层具有抗蚀、抗氧化、耐磨损擦伤、助滑、助粘结、防辐射和绝热等功能。 等离子喷涂是热喷涂工艺中万能的工艺,这是因为其工艺温度最高,喷涂过程可以在不同的气氛和不同的压力下实现。目前已发展到空气、低压(或真 空)、空压、惰性气体以及水下环境的应用, 对环境的适应能力强是等离子喷涂的最大优点之一。等离子喷涂法主要有大功率等离子喷涂、低压(或真空)等离子喷涂和水稳等离子喷涂等几种方法。

6 激光喷涂法 激光喷涂是近几年才出现的一种喷涂新工艺。它的原理是把焊丝顶端(或粉末)用高能密度的激光束加热、熔融,再用喷出的高压气体使熔融部分粒子化,并喷向基体表面而形成涂层。喷涂环境的气氛可以选择在大气气氛下,也可在惰性气氛或真空状态下进行喷涂。激光喷涂的特点是:喷涂所获得的涂层结构与原始粉末相同;可以喷涂大多数材料,范围从低熔点的涂层材料到超高熔点的涂层材料;涂层的气孔率即使在采用焊丝制备时,也比用等离子法喷涂粉末时制备 的涂层气孔率低。