硬面技术一热喷涂现状及发展
徐尚志，李玉玺，周伍喜
中国钨业
引：硬面技术(热喷涂、堆焊、喷焊等)和硬面材料(钨基、铬基、陶瓷等)现已广泛应用于钢铁、航空、航天、汽车、通用机械、能源、石化、纺织、造纸等行业。热喷涂技术是近年来发展较快的表面技术之一，在发达国家已取得了长足发展，在防腐、耐磨、隔热以及功能涂层、再制造方面得到了广泛的应用，为国民经济的发展做出了极大的贡献，同时在节能、减排、环保(如取代电镀硬铬、工件的修复再制造)具有其独特的作用。2009年热喷涂产业美国市场为42亿美元，日本9亿美元、德圉8亿美元、中国6亿美元。这表明中国热喷涂应用技术和热喷涂材料质量不高，高端科技行业热喷涂材料依赖进口喷涂材料，另一方面也表明热喷涂技术和热喷涂材料产业在中国具有极大的发展空间和良好的发展前景。依据2011年国际热喷涂会议和国内最大钨基硬面材料企业，介绍热喷涂技术和碳化钨基喷涂材料现状，对促进中国热喷涂技术和材料的发展具有十分重要的意义。
摘要：结合2011年在德国汉堡举行的国际热喷涂会议，重点概述了国际热喷涂技术的现状及发展，并介绍了自贡长城硬面材料有限公司碳化钨基喷涂材料的技术现状及发展。
关键词：热喷涂；碳化钨；热喷涂粉末；等离子喷涂
1热喷涂技术现状及发展之国际视野
国际热喷涂会议(InternationalThermal Spray Congress，lrP3C)于2011年9月27～29日在德国汉堡举行．是代表国际热喷涂技术现状及发展的盛会。会议丰题有：燃气轮机、金属喷涂、耐磨耐腐蚀、火焰和超音速火焰(HVOF)喷涂、冷喷涂、等离子喷涂、燃料电池、模拟计算、纳米涂层、涂层分析检测、新技术、医用喷涂、基体和涂层加工、汽车、陶瓷热喷涂热喷涂粉末末、线、溶液喷涂等。文章从应用领域、冷喷涂、基础研究等几个方面介绍当前世界热喷涂的发展趋势和现状。
1．1航空
热喷涂技术在航空领域应用较为广泛，如飞机发动机叶片喷涂热障涂层(黏结层+陶瓷表层)。采用等离子喷涂、超音速火焰喷涂黏结层，如NiCoCrAlY、CoNiCrAlY和陶瓷表层，如质量分数为YSZ、氧化物(含稀土氧化物)掺杂YSZ改性，如TiO2—YSZ，YSZ+A1203或稀土锆酸镧基氧化物。同时也有热障涂层在火箭发动机燃烧室上应用的相关研究嘲。在沙漠地区进行军事行动的直升机主旋翼轴，容易受沙子冲蚀。采用HVOF和爆炸喷涂WCl2Co，能提高其耐磨性能。HVOF在航空用镁合金基体上喷涂AI—SiC涂层，能改善耐磨性能。
1．2钢铁和石油行业
钢铁T业是热喷涂应用的重要领域，在中国是仅次于热喷涂在航空工业应用的第二大行业。2009年中国粗钢产量占世界粗钢产量比重达47％，是名副其实的钢铁大国，但不是钢铁强国，一些高品质的钢材还是需要大量进口。其中较重要的原因是中国热喷涂在钢铁行业应用较少有关。如高炉的风口、高温退火炉辊、热辊板的输送辊、支撑辊、校直辊、镀锌的提升辊、沉没辊等，这些部件E采用热喷涂涂层后能大大提高工效，降低成本，提高产品的质量，效益显著。
201l ITSC会议上日本专家Namba调查了全球热喷涂应用在钢铁行业相关的专利，调查结果表明1990--2009年日本专利占39％，美国专利占22％，欧洲专利占17％，中国专利占9％，韩国专利占6％，俄罗斯专利占3％，巴西专利占3％，印度专利占1％tnl。相对于日本、欧美等发达国家，中国热喷涂在钢铁行业的应用较少，发展空间巨大。
会议相关的详细报道还有以NiCrAlY和Y203热喷涂热喷涂粉末末为原料，采用团聚烧结和混合方法制备NiCrAIY—Y203喷涂热喷涂热喷涂粉末末，通过HVOFDJ2700喷枪制备涂层，通过对各涂层高温下与MnO、Fe203等的反应，用以模拟钢铁行业炉辊抗积瘤。研究结果表明，采用团聚烧结法制备的热喷涂热喷涂粉末末其涂层具有优异抗锰氧化物积瘤，但对抗铁氧化物积瘤性较差，以团聚烧结热喷涂热喷涂粉末末为原料，其涂层抗积瘤性能高于以混合型热喷涂热喷涂粉末末为原料制备的涂层旧热喷涂技术在燃气、石油输送管道、闸阀表面喷涂防腐和耐磨涂层中有广泛的应用，应用较多地为HVOF喷涂WC10C04Cr涂层。
1．3新能源、新设备和燃气轮机
固体燃料电池(SOFC)现朝着平板、薄板方向设计，包括阳极、电解质、阴极和保护层等。目前固体燃料电池的材料设计及生产技术已成熟，主要问题是制备问题，热喷涂技术(低压等离子喷涂、真空等离子喷涂)已成为最受欢迎的技术。热喷涂在SOFC上的成功应用，是热喷涂技术在新能源方面的最新应用，同时也推动了相关喷涂材料的发展。如等离子喷涂LaSrMnO(LSM)喷涂材料，德国H．C．Starek公司已经开始该材料及相关材料的生产和销售。研究人员对于锂离子电池用的电极材料LiFePO。，采用液相等离子喷涂制备对其性能也进行了相关的研究报遭。
热喷涂技术的发展离不开设备的更新，每届国际热喷涂会议都会有相关新设备的报道。GTVHVOF喷涂用K2喷枪因其低温高速设计，喷涂金属涂层如Cu涂层，涂层氧含量仅为O．04％，媲美于冷喷涂。采用高压HVOF喷涂系统，燃烧室压力能达到l.3MPa，焰流低温高速，喷涂316L不锈钢热喷涂热喷涂粉末末，沉积效率能达到90％。工业燃气轮机叶片都开始采用等离子喷涂热障涂层，如YSZ、La／／,r20，、Sm2Zr207、Gd2Zr207涂层体系，在国外应用较为广泛，也是目前国内较为热门的研究领域[。
1．4机械耐磨
热喷涂技术在耐磨领域历来是每届国际热喷涂会议的重大组成部分，因为几乎所有工件表面都存在着磨损，表面强化和修护是未来科技发展趋势，特别是随着资源的紧张，表面技术在耐磨行业有着广泛的应用同时也推动了热喷涂耐磨材料的发展。耐磨涂层应用较广的为：喷焊(火焰喷涂+重熔)NiCrBSi合金，这也是在耐磨领域应用最为广泛和研究较多的，如HVOF喷涂Fe，。Cr。2Ni36B。C涂层、电弧喷涂NiCrBSi重熔后的微观结构和耐磨性研究等iHVOF喷涂、冷喷涂碳化钨基涂层，碳化铬基涂层在耐磨领域应用、研究最为广泛：中国高端行业碳化钨基喷涂热喷涂热喷涂粉末末都依赖进口如飞机起落架、沉没辊、瓦楞辊等的喷涂：随着冷喷涂、温喷涂制备碳化钨基涂层技术的发展，对碳化钨基喷涂热喷涂热喷涂粉末末也有了新的要求。
1．5冷喷涂
冷喷涂技术因其低温高速，喷涂过程中材料几乎无氧化现象，如喷涂Al，Mg，Cu，钢，FeB，FeAI，TiO2等，已成为最近几届热喷涂会议的专项报道内容。近年来冷喷涂应用飞速发展，应用领域涵盖汽车、电子、镀膜等高端技术行业。低压冷喷涂复铸件缺陷；冷喷涂Ta涂层，Ta具有高熔点，涂层具有优异的耐腐蚀性能，现常用于电容器中固。冷喷涂纯铜和铜合金，具有电导率高和热导率高的特点，在电子行业有着广泛的应用。冷喷涂应用未来会变得越来越广泛，特别是在制备靶材方面有其独特的优点。
略
2国内碳化钨基喷涂材料技术研究现状及发展
目前，国内碳化钨基喷涂材料技术已取得了一定的进步，该文主要以自贡长城硬面材料有限公司为例。自贡长城硬面材料有限公司(ZTC)成立于2009年4月，系由自贡硬质合金有限责任公司与瑞士HFTechllOlogies AG发起设立的合资公司，公司目前主要产品如表1所示。经过3年的发展ZTC现己成为国内较大的碳化钨基、碳化铬基硬面材料生产企业，主要生产热喷涂材料、钨基堆焊材料、钨基喷焊材料、金刚石石油钻头熔渗胎体材料，其中热喷涂材料现具备200t的生产能力，90％以上的产品出口到欧美地区。在热喷涂领域中耐磨耐腐蚀占据了大部分应用领域，而在耐磨耐腐蚀领域中广泛应用地为碳化钨基喷涂热喷涂热喷涂粉末末。
3结语
高端科技的发展离不开热喷涂技术的应用，如航空发动机、大飞机、高档汽车钢板、精密球阀、固体氧化物燃料电池、海洋开采(如石油开采)、工业燃气轮机等。国外热喷涂应用技术的飞速发展离不开高端热喷涂材料的支撑。碳化钨基喷涂热喷涂粉末作为热喷涂技术应用中最为广泛使用的耐磨耐腐蚀材料，而目前国内高端行业碳化钨基喷涂材料还依赖进口，且参加2011ITSC会议仅有一家中国热喷涂加工企业。因此国内发展高性能热喷涂材料和应用，是推动热喷涂技术应用的关键。自贡长城硬面材料有限公司成立3年来在热喷涂材料上发展较快，产品获得了国外客户的认可，现已成为国际知名的生产碳化钨基喷涂热喷涂热喷涂粉末末的企业之一，提升了钨资源的附加值，未来还将加大热喷涂应用方向的研发投入，从而推动中国钨行业的进步和发展。
参考文献略
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