热喷涂材料
目前实际应用中已实现工业化生产的喷涂材料有金属、合金和陶瓷等, 主要以粉末、丝材、棒材状态使用, 其中喷涂粉末占喷涂材料总用量的70 %以上. 用作涂层的材料有：
1. 热喷涂用粉末
纯金属粉末： W，Mo，Al，Cu，Ni，Ti，Ta，Nb 等
合金粉末： Al-Ni，Ni-Cr，Ti-Ni，Ni-Cr-Al，Co-Cr-W，
MCrAlY(M=Co、Ni、Fe)，Co基、Ni基、Fe基自熔合金等
氧化物陶瓷粉末： Al2O3，ZrO2，Cr2O3，TiO2等
碳化物粉末： WC，TiC，Cr3C2等
金属陶瓷粉末： WC-Co，Cr3C2-NiCr等
塑料粉末： 尼龙， 聚乙烯，聚苯硫醚等
2. 热喷涂用丝材
Al、Cu，Zn，Al-Zn合金，巴氏合金，不锈钢，Ni-Al丝等
3. 热喷涂用棒材
Al2O3，Cr2O3，ZrO2等
层功能和应用
1. 抗磨损涂层
磨损是造成工业部门设备损坏的主要原因之一, 可能产生磨损的工作条件包括微振、滑动、冲击、擦伤、侵蚀等.抗磨损涂层应该是坚硬的,而且具有耐热和耐化学腐蚀的性能.Fe、Ni、Co基自熔合金以及WC - Co和Cr3C2-NiCr等金属陶瓷以及 Al2O3、Cr2O3等陶瓷材料具有上述这些性能. 采用涂层技术提高工件表面耐磨性的应用非常广泛, 如活塞环、齿轮同步环喷涂Mo涂层, 纺织机械中的罗拉、导丝钩等零部件喷涂耐纤维磨损的 Al2O3、 Al2O3 -TiO2陶瓷涂层, 泵和阀门密封面喷涂Cr2O3、WC-Co等耐磨涂层, 大马力载重汽车曲轴及大型磨煤机、排风机轴等采用Fe基合金材料进行磨损修复和耐磨强化等。
2. 防腐蚀涂层
长期暴露在户外大气(海洋、工业及城乡大气)和不同介质(海水、河水、溶剂及油类等)环境中的大型钢铁构件,如输变电铁塔、钢结构桥、海上钻井平台、煤矿井架以及各种化工容器如储罐等,受到不同程度的环境氧化和侵蚀. 采用Al、Zn、Al - Zn合金及不锈钢等涂层进行防护,可以获得长达20年以上的长期防护效果.一些受到气体腐蚀和化学腐蚀的部件,可以根据具体工况(如介质、浓度、温度、压力等)选择合适的金属、合金、陶瓷及塑料等涂层材料进行防护.
3. 抗高温氧化和耐热腐蚀涂层
对于一些暴露在高温腐蚀气体中的部件,受到高温、气体腐蚀及气流冲刷的作用,严重影响了设备的寿命和运行的安全.抗高温氧化及高温腐蚀的材料除了必须抗高温氧化和耐腐蚀外,还必须具有与基体材料相似的热膨胀系数,方不会因温度周期变化和局部过热导致涂层抗热疲劳性能下降.用作抗高温氧化和高温腐蚀的涂层材料有：NiCr、NiAl、MCrAl、MCrAlY(M = Co、 Ni、Fe)及Hastiloy和Stellite合金等. 这类涂层的典型应用如电厂锅炉四管(水冷壁管、再热器管、过热器管及省煤器管)及水冷壁等的高温氧化腐蚀一直是电力、造纸、化工等工业锅炉用户需要解决的问题,经多年研究、实践证明, 采用电弧喷涂Ni - Cr、Fe -Cr -Al、Ni-Cr -Al、45CT等涂层能获得良好的防护作用,使用寿命最长达9年.MCrAlY涂层用于航空涡轮发动机叶片涂层以及作为涡轮发动机燃烧室、火焰筒等用热障涂层的粘结底层。
4. 热障涂层
ZrO2、Al2O3 等陶瓷涂层,熔点高、导热系数低, 在高温条件下对基体金属具有良好的隔热保护作用称为热障涂层.这种涂层一般 由两个系统构成,一是由金属作底层, 另一则是由陶瓷作表层.有时为了降低金属和陶瓷间的热膨胀差异和改善涂层中的应力分布, 常在粘结底层和陶瓷面层间增加一过渡层,该过渡层或为由底层金属和面层陶瓷材料以不同比例混合的多层涂层或为由金属及陶瓷材料成分连续变化的涂层来形成所谓的成分(或功能)梯度涂层.金属粘结底层为Co或Ni、加有Cr、Al、Y的合金材料, 陶瓷材料最好采用由Y2O3稳定的ZrO2, 热障涂层一般用于柴油发动机活塞、涡轮发动机燃烧室、阀门和火焰稳定器等.
5. 绝缘涂层
陶瓷材料不仅具有高的硬度和优良的耐磨性能, 还具有十分优良的绝缘性能, 采用高能等离子喷涂的Al2O3涂层涂层致密、绝缘强度高, 是理想的绝缘涂层。 如果采用有机或无机物质对喷涂层再进行封孔处理, 则将获得更为优良的绝缘效果.目前这种高度绝缘的涂层已用于对高分子材料薄膜进行活化处理的电晕放电辊表面,效果良好.
6. 间隙控制涂层
采用复合粉末, 在基体上喷涂软质的可磨耗密封涂层是航空、航天工业中迅速发展起来的高温密封、控隙技术, 是现代热喷涂涂层的重要应用之一。在配合件的接触运动中采用可磨耗涂层可以使配合件自动形成所必须的间隙,提供最佳的密封状态. 目前,高技术的可磨耗涂层材料是由两种粉末的混合粉或团聚粉组成,用火焰或等离子喷涂方法制备. 一般来说, 可磨耗涂层由金属本体和非金属填料组成 , 填料通常是石墨、聚脂、氮化硼等. 填料的作用是减弱涂层本身的整体性,从而增强涂层的可磨损性. 已经开发了一系列的喷涂用可磨损涂层材料,这些涂层用 于表面的空气密封部位,压气机或透平叶片与金属表层结构或机匣之间,获得了良好的密封效 果.可磨耗 涂层还可用于迷宫式密封,该涂层用来疏导冷却空气,减少发动机压缩空气的损失,并保持转子轴的压力平衡.
7. 尺寸恢复涂层
热喷涂是恢复零部件尺寸的一种经济而有效的方法.无论是因工作磨损还是因加工超差造成工件尺寸不合要求,均能利用热喷涂技术予以恢复.这种方法既没有焊接时的变形问题, 也不象特殊的电镀工艺那样昂贵.同时新表面可以由耐磨或抗蚀材料构成,也可以与工件的构成材料相同.修复各种轴类和柱塞件是典型的应用, 包括迥转轴、汽车轴、往复柱塞、轴颈、轧辊、造纸烘缸以及石油化工工业中的泵类叶轮叶片及外壳等.发电机汽缸中分面现场热喷涂修复是热喷涂恢复平面工件尺寸的一个成功的应用例。发电机汽缸在长期的使用中其中分面由于微振、热汽流腐蚀及冲蚀等作用而发生多处形状不同、面积不等及深浅各异的破坏，引起泄漏而影响发电机效率。采用热喷涂方法分别对各破坏处进行喷涂填补，然后通过打磨使得汽缸平面恢复平整并达到所需的尺寸精度。热喷涂技术不失为重量大、结构复杂和价格昂贵的汽缸的中分面现场修复的安全(不会发生变形)、简便而高效的方法。
8. 生物功能涂层
在不锈钢或钛基体上喷涂生物功能陶瓷涂层,如羟基磷灰石等, 能有效地克服金属型人工骨骼与生物体组织不相容和体液腐蚀问题,并能改善人体组织与人工植入体的结合.
9．远红外幅射涂层
某些氧化物具有高的热幅射率, 在受热时能够幅射出远红外波, 这种波的能量极易被高分子有机物(如油漆)、水、空气等物质的分子吸收产生共振而产生内热, 从而加速过程的进行. 在加热元件上喷涂这种涂层, 其节电效率一般平均在25-40 % 左右。
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