热喷涂技术的研究现状与发展趋势

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【摘 要】热喷涂技术拥有着巨大的发展优势，且被广泛应用在工程领域方面。综述了热喷涂技术的研究现状以及未来的发展趋势，主要介绍了超音速火焰喷涂技术、火焰喷涂技术、电弧喷涂技术、等离子喷涂技术、冷喷涂技术与超音速电弧喷涂技术等，并简洁了这些技术的研究发展趋势与实际应用。

【关键词】热喷涂技术；研究现状；发展趋势

热喷涂技术是利用某种热源使得喷涂材料受热呈现熔融或者是半熔融状态，再将其喷射到需要涂敷的基体表面，从而可以形成一层比原基体材料涂层性能优异的涂层，使得工件的表面性能更加优异，或是使得工件形成一种或多种原基体材料不具备的表面性能膜状组织结构。热喷涂涂层具有耐磨损、隔热以及耐高温等性能，并且能够实现对出现磨损、被腐蚀的零件以及因加工出现误差的零件进行ผ必要的有效修复。热喷涂技术是表面工程的重要组成部分，在工业与科学技术快速发展的今天，喷涂技术在航空航天、石油化工以及机械制造等众多的领域中应用广泛。本文主要介绍了超音速火焰喷涂技术、火焰喷涂技术、电弧喷涂技术、等离子喷涂技术、冷喷涂技术与超音速电弧喷涂技术等，并简洁了这些技术的研究发展趋势与实际应用。

1 超音速火焰喷涂技术

1.1 超音速火焰喷涂的发展

超音速火焰喷涂以氢、丙烯、乙炔以及煤等作为燃料，利用氧气作为助燃剂，在特殊的喷嘴中进行燃烧或者是在专门的燃烧室进行燃烧产生的高温高速的Σ火焰。再将粉末轴向或者侧向送进火焰中，从而在基体表面形成一层结合度更高、更加紧✈密的涂层。

1.3 超音速火焰喷涂的特点

在进行超音速火焰喷涂时会出现高温高速的喷射速度，因此其涂层结合度高，存在的空隙率较低，涂层表面硬度也高，使得其表面十分耐磨损，表面性能膜状组织优良，具有光滑的表面。同时又由于粉末颗粒是在形成火焰流后加入，粉末出现氧化少，使得其能够与基体粘接的更加好。又由于粉末颗粒处于高温条件下的时间较短，粉末的化学成分发生变化或是相互转化的少。最后是超音速火焰喷涂能够做到连续的喷涂，提高了工作效率。

2 火焰喷涂技术

2.1 火焰喷涂技术的原理

火焰喷涂技术是将火焰作为热源，通过对金属与非金属材料进行加热使得呈现熔融状态，并且在高速运转的气流的推动下形成能够喷射到基体表面的雾流，喷射的雾流是细小的熔融颗粒，这些熔融颗粒在撞击到基体上后会出现塑性变形，形成片状叠加涂层。火焰喷涂技术在设备维修过程中主要是用于修复零件的磨损表面以及适当地改变零件的性能。火焰喷涂按喷涂材料的形态可以分为粉末火焰喷涂、丝材火焰喷涂、棒材火焰喷涂等，又可以按照喷涂焰流的形态具体分为普通火焰喷涂、气体爆燃式喷涂、超音速火焰喷涂等。

2.2 火焰喷涂技术的特点

首先，火焰喷涂对一般金属、非金属材料等均可以实现喷涂，并且对于基体的尺寸与形状没有具体的限制，但是就小孔而言，目前还是不能够实现喷涂的。其次，能够被用来作为图层的材料众多，有合金、金属、陶瓷以及复合材料等，并且这些材料能够使得基体表面具有其他各类性能，如耐腐蚀、耐高温、耐磨损、以及隔热等。再次，火焰喷涂对基体产生的影响较小，基体产生变形的几率不大，材料的组织不会出现变化。最后，火焰喷涂技术的涂层具有多孔性组织，这样能够实现储油润滑从而减少摩擦性。

3 电弧喷涂技术

3.1 电弧喷涂技术的发展

电弧喷涂技术是通过将喷涂与电弧喷涂进行结合，同时通过高速的燃气从而加速电弧喷涂的粒子，此类喷涂设备结构较为复杂，成本相对而言也较高，并且还会降低安全性，在实际的使用过程中会受到一定的限制。使用∞普通电弧喷涂技术喷涂出来的涂层质量较低，而目前涂层的使用要求越来越严苛，因此电弧喷涂技术在实际的工业生产中的使用受到了限制。

3.2 电弧喷涂技术的特点

电弧喷涂技术的特点如下，其生产成本低、生产效率较高，工件受热部分小，在维修、设备制造、高效防腐以及特殊功能涂层制备等领域得到广泛地应用，在热喷涂中有着重要的地位。

4 等离子喷涂技术

等离子喷涂是一种材料表面强化和表面改性技术，可以使基体表面具有耐磨损、耐腐蚀、耐高温氧化、电绝缘、隔热、防辐射、减磨和密封等性能。

4.1 等离子喷涂技术的原理

等离子喷涂技术是直接利用被直流电驱动的等离子电弧来作为热源，对各类材料，例如陶瓷、金属以及合金等进行加热，使其能够出现熔融或者是半熔融状态，并且经过高速喷射预处理在基体表面能够形成紧密的涂层。

4.2 等离子喷涂技术的特点

等离子喷涂技术具备超高温特点，使得其能够方便进行对高熔点材料的加热熔化，又因为其喷射的粒子速度非常快，从而使得涂层的致密性提高。在进行等离子喷涂时使用的是惰性气体，材料不易出现被氧化的现象。

5 冷喷涂技术

5.1 冷喷涂技术的原理

冷喷原理是不再加热喷涂材料，而是将材料加热到大约500℃左右，在利用高速喷涂的粒子在基体表面上出现塑性变形从而沉淀成为涂层。在进行冷喷的过程中需要高压的热气体，这些热气体通常是氮气或是氦气或者是两者的混合物，利用拉瓦尔喷嘴将其能够加速至超音速，使得材料呈现粉末状，并且被注入进气流同时喷射向基体表面从而能够形成结构紧密的涂层。

5.2 冷❣喷涂技术形成涂层的特点

利用冷喷涂技术形成的涂层致密度较高，基体受热少，喷涂材料被氧化程度低，喷涂材料的出现的形变大，但是其成分较稳定。

6 超音速电弧喷涂技术

超音速电弧喷涂技术是在超音速火焰喷涂技术的基础上形成的。主要是通过将燃料与空气的混合气体进行燃烧形成超音速的射流，利用电弧将粉末颗粒进行雾化并且加速，使得呈现熔融状态的高速颗粒撞击在基体表面从而能够形成一层致密的涂层。

可以通过调节燃料与空气的比例，使得燃料处于过量的状态，可使得颗粒在飞行的过程中不会被氧化，从而有效提升基体表面涂层的质量。这也是超音速电弧喷涂技术的显著特点。

7 结束语

热喷涂技术是表面工程的重要组成部分，在工业与科学技术快速发展的今天，喷涂技术在航空航天、石油化工以及机械制造等众多的领域中应用广泛。本文主要介绍了超音速火焰喷涂技术、火焰喷涂技术、电弧喷涂技术、等离子喷涂技术、冷喷涂技术与超音速电弧喷涂技术等，并简洁了这些技术的研究发展趋势与实际应用。

参考文献：

[2]蔡宏图，江涛，周勇.热喷涂技术的研究现状与发展趋势[J].装备制造技术，2014（6）.