热喷涂技术的发展和应用(2)

烯和氢气）和氧气通过高压喷射，在喷嘴外燃烧，喷射粉末用高压气体从喷嘴内轴向送入火焰中，然后通过嘴外空气罩中的压缩气体将燃烧火焰压缩、加速，并将熔融的粉末喷向基板。该法的特点是：射流速度高，焰流温度比爆炸喷涂低，适合碳化物涂层。采用超音速火焰喷涂获得的涂层最高密度可达理论密度的99.9%，强度达70 MPa 以上。涂层杂质少，涂层残余应力小，有些情况下可得到设计的残余应力，因此可喷涂较厚涂层，且喷涂效率高。但它也存在以下缺点：燃料消耗大，成本比较高。

3.2、超音速等离子喷涂

超音速等离子喷涂的原理是将主气（氩气，流量较小）由后枪体输入，而大量的次级气（氮气或氮气与氢气的混合气）经气体旋流环的作用后，与主气一同从拉伐尔管形的二次喷嘴射出（钨极接负极，引弧时，一次喷嘴接正极），在初级气中经高频引弧，而后，正极转接二次喷嘴，即在钨极与二次喷嘴内壁间产生电弧。在旋转的次级气的强烈作用下，电弧被压缩在喷嘴的中心并拉长至喷嘴外缘，形成高压的扩展等离子弧。大功率扩展的等离子弧有效地加热主气和次级气，从而获得从喷嘴射出的稳定的、集聚的超音速等离子射流。喷射粉末经送粉嘴加入超音速等离子流，获得很高的温度和动能，撞击在工件表面形成涂层。该方法主要特点在于具有极高的热源温度（等离子弧温度高达16 000 °C）和功率，因此能够在短时间内将陶瓷粉末加热到其熔点以上，得到高质量的涂层。它兼有等离子弧喷涂的加热温度高及气体爆炸喷涂和HVOF 喷涂的喷涂材料飞行速度快的特点。

3.3、激光喷涂

激光喷涂是近十年来出现的一种喷涂新工艺。它的原理是把焊丝顶端（或粉末）用高能密度光束加热至熔融，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。激光喷涂的优点：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。

3.4、反应热喷涂

自蔓延高温合成技术是利用反应物之间高化学反应热的自加热和自传导作用来合成材料的一种技术。一旦反应物被引燃，便会自动向尚未反应的区域传播，直至反应完全。反应热喷涂技术是由SHS 技术同热喷涂相结合发展而成，它利用高放热反应体系材料为喷涂材料，通过传统喷涂热源熔化并引燃喷涂材料的SHS 反应，在喷涂的过程中同时完成材料的合成与沉积。该方法在用于制备金属陶瓷涂层中取得了突破。例如，在喷涂钛合金涂层时，通过高频等离子喷涂过程，氮气与钛合金反应形成钛合金–氮化钛复合涂层，使钛合金涂层的耐磨性能大大提高。与传统热喷涂相比，反应热喷涂具有两大优势：

（1）涂层制备成本较低。由于涂层材料与原始喷涂材料不同，可实现利用廉价原始喷涂材料合成出性能优异、价格昂贵的涂层材料，具有经济性；

（2）涂层致密，结合强度高。原位合成反应放出的反应热和火焰热叠加，提高了熔滴的温度，可使高熔点的陶瓷硬质相熔化、球化和细化，分布均匀且洁净，改善了金属与陶瓷的结合性，从而提高涂层与基体、以及涂层间的结合强度。反应热喷涂的涂层显微结构呈典型的热喷涂层状结构，但与普通热喷涂涂层组织相比，具有组织细小、硬质相大致呈球形且分布均匀、孔隙率低等特点。

目前，国内外对反应热喷涂进行的研究主要在反应电弧喷涂、反应等离子喷涂和反应火焰喷涂等类型上。

4、热喷涂技术的应用：

4.1、喷涂耐腐浊涂层

采用热喷涂技术可以喷涂耐各种介质腐蚀的保护涂层，如锌铝不锈钢镍合金蒙乃尔合金、