航空热喷涂粉末材料及制备技术研究进展
陈仕奇,曲选辉
粉末冶金材料科学与工程
内容导读：热喷涂粉末材料现在的发展如何？以后的研究方向又是什么？本文做了详细介绍与总结。
摘要：本文综述了近年来热喷涂粉末材料的研究现状、热喷涂粉末材料制备方法的最新进展，以及我国在这方面的研究现状，并指出应加强研究的几个方面.
关链词：热喷涂粉末；等离子喷涂；热喷涂；粉末材抖；制备技术
热喷涂技术是一种表面改性技术，由于它有许多独特的优点，在航空工业中得到了广泛的应用，以提高零部件的性能和使用寿命.热喷涂技术由喷涂材料、喷涂设备、喷涂工艺三部分组成阔，喷涂材料的性能又是影响热喷涂涂层性能的关键.本文综述近年来国际上应用广泛的热喷涂粉末材料及制备技术的发展情况，为从事热喷涂研究的人员提供参考.
1热喷涂粉末材料的研究进展
1.1耐磨涂层合金热喷涂粉末
高硬度、高强度、良好的韧性与润滑性能，并且与基体材料相容是耐磨材料要求的基本性
能高碳不锈钢、Co/Laves相增强材料、硬质合金(WC/C。系列)、颗粒增强金属和陶瓷材料是目前普遍使用的耐磨涂层合金.新型抗磨损热喷涂合金的典型代表是含有:相的三元硼化物，其分子式为T(2。_2:〕M(3一2)B6.式中，T代表Co和Ni;M代表Ti，Zr，Hf，V，Nb，Ta;另一类新型抗磨损合金粉末是Tribolite合金粉末，为含有C，B和Si的Fe一Ni基合金粉末.这些合金之所以具有优异的抗磨损性能除直接加入了硬质相外，主要是在合金内部形成了大量的硬质粒子，包括金属I可化合物、复合碳化物、硼化物等，如Ni3AI，Fe3AI，TIAx，TIBZ，TiZAle和erZAze等.
1.2耐蚀/抗氧化涂层合金热喷涂粉末
高温耐蚀抗氧化涂层是另一类广泛应用的热喷涂涂层，主要依赖于在涂层基体中添加Cr和AI在涂层表面形成一层致密的、与基体膨胀性能相适应的氧化膜，阻止基体进一步氧化[5j.设计准则是在保持涂层韧性和与基体结合良好的氧化膜的前提下，尽可能增加Cr，Al含量。NICr，NIAI，MCrAIY，Hastelloys与Stellite合金均是典型的抗氧化、耐蚀涂层合金粉末.MCrAIY耐蚀抗氧化涂层合金是目前广泛应用、性能优良的涂层合金，主要应用于气体涡轮机和航空器件高温蚀耐部件.在某些情况下，涂层的使用环境还要求耐磨性能，这需要在耐蚀基体涂层中增加硬质增强相，典型的为碳化物和氧化物，这些合金有CONICrAIY，NICrAI，Cr3CZ+NICr，HastelloyC一22等·而在另一些情况中，还希望省去过渡涂层而使涂层与基体进行良好的结合，发展了具有放热反应的复合粉末，如NICr+Al复合粉末，这一涂层不仅耐蚀耐磨性能良好，而且由于在喷涂中NICr与AI产生放热反应，使涂层与基体达到冶金结合.
1.3热障涂层用热喷涂粉末
热障涂层是继抗磨损涂层后发展最快的新型涂层，热障涂层具有良好的隔热作用，提高了零部件的工作温度，在航空发动机的高温部件如燃烧室、燃料气化室中得到广泛应用.热障涂层的研究主要集中于YZO3部分稳定的ZrO:陶瓷材料.其中，YZO，含量约占8纬一20%，孔隙度、微裂纹和抗热震性是这一涂层热力学性能的关键影响因素，优化粉末的化学成分、粉末特性(如制取高纯、粒度分布窄、均匀的Zro:粉末)与涂层结构是目前热障涂层的研究重点闭.
2高性能热喷涂粉末制备技术研究进展
热喷涂粉末与其它P/M用粉末不同，它要求热喷涂粉末粒度细小(15~150拼m)，分布范围窄，球形度高，流动性好，气体及杂质含量低阔，随着热喷涂技术的发展，已发展了工程化粉末，如空心球热喷涂粉末、复合粉末等，用于特殊用途的涂层.目前有很多种热喷涂粉末生产方法，但近年来，粉末的改进工艺变得越来越重要，用以改进传统方法不能生产的粉末，以满足高性能涂层的需要.
2.1喷雾干燥—等离子致密球化工艺〔7〕这一工艺是用于几个不同金属颗粒组合成的并合型复合粉末的制备，该工艺分为二步:首先是将所要形成复合粉末的组分混合，并加入溶液使之形成悬浮液体，同时在悬浮液中加入粘结剂，将悬浮液喷雾干燥，形成由几个粉末组成的微细颗粒;第二步是将复合粉末引入高能等离子中，使微粒组分之间熔化，发生反应并球化，从而形成致密的颗粒.经这一方法生产和改进的粉末，可以使复合粉末组分均匀、粒度均匀、粉末表面光滑、球形度高.因此热喷涂粉末具有良好的流动性.
2.2临界球化工艺[8j
这一工艺为美国Sy!vania的申请专利，可以使这些本质上难以得到球形形貌的粉末球形化，还可以用于多种粉末材料的致密化.该工艺是利用电磁弧在Ar气氛中建立高温、无污染环境，通过热喷涂粉末喂料器将单组分或多组分微粒引入其等离子流，颗粒熔化后在冷凝中球化，得到成分均匀的复合态或合金态粉末.这一方法尤其适用于要求严格的含有高熔点组分的复合粉末的生产，如W，M。，WC陶瓷等，还可用于研制新型球形粉末材料，如Al/TIBZ，Mo/Cr碳化物，ZrOZ/YZO3等，该方法生产的粉末直径一般为5~10拌m.
2.3微雾化工艺[8j
此工艺将粗大的粒子经电弧加热到熔融状态，并经高速气流使之加速到高速状态，利用粒子的动能使之撞击到一基板上，将其破碎成颗粒直径为0.5一10拌m的细小微粒，该方法生产的粉末细小，球形度高，很适用于等离子喷涂.
2.4溶液喷射热分解工艺[9j
这一工艺由加拿大应用粉末技术公司发明，主要用于工程化氧化物陶瓷粉末的生产，如Cr203、部分稳定的Zro:等.工艺过程是将雾化状化学溶液喷射到一个高温反应器的燃烧室中，使溶液在这里产生热分解，分解出氧化物陶瓷粉末，在反应器的出口处进行粉末的收集和分级.经过过程控制，粉末之间不产生团聚现象，粉末在热分解后可直接使用.因此生产过程简化，可以省去常规生产工艺的许多步骤.与常规生产方法相比，粉末有以下特性:
(1)超高纯，无金属污染;
(2)粉末颗粒形貌好、粒度分布窄;
(3)粉末体成分完全均匀;
(4)具有高的颗粒表面积.
这一粉末不仅性能良好，而且高的表面积可以提高热传输，从而提高喷涂沉积效率.
3我国热喷涂粉末及制备技术研究现状
我国的热喷涂技术研究开展较早，发展比较迅速，在民用和军工领域中得到了广泛应用，已接近国外20世纪80年代的水平.但在航空工业中的应用与国外相比还有很大一段距离，尤其是在航空发动机中的涂层应用范围与涂层的功能更需要进一步加强研究.“八五”期间，国家对航空热喷涂粉末进行了立项研究.目前在关键部件上的应用如耐磨、耐蚀、封严涂层，有十几个品种粉末基本上达到了国外同类粉末水平，部分解决了我国长期依赖进口的局面，但新型粉末品种的开发和产品质量的稳定性还需作进一步的研究工作.
目前，国内一般采用雾化工艺制取热喷涂粉末，在制粉设备与粉末性能上均接近国外水平.但与国外相比，差距主要表现在:一是制粉工艺稳定性有待提高，二是粉末的二次处理技术几乎是空白，国外雾化粉末的二次处理是制取高性能粉末的关键，我国应积极开展这方面的研究.
4结语
近年来热喷涂技术已在我国的航空工业中得到应用，并且取得了可喜的成绩，但与英美等国家相比，我们还应进一步加强航空用热喷涂粉末及涂层的研究，开发新的品种，提高产品性能与稳定性，进行标准化和系列化，同时开展高性能热喷涂粉末制备技术的研究，以满足航空热喷涂粉末的需要，缩小同国外的差距.
参考文献略
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