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　　熱噴涂技術(shù)在國(guó)家標(biāo)準(zhǔn) GB/T18719—2002《熱噴涂 術(shù)語(yǔ)、分類(lèi)》中定義：熱噴涂技術(shù)是利用熱源將噴涂材料加熱至熔化或半熔化狀態(tài)，并以一定的速度噴射沉積到經(jīng)過(guò)預(yù)處理的基體表面形成涂層的方法。熱噴涂技術(shù)在普通材料的表面上，制造一個(gè)特殊的工作表面，使其達(dá)到：防腐、耐磨、減摩、抗高溫、抗氧化、隔熱、絕緣、導(dǎo)電、防微波輻射等一系多種功能，使其達(dá)到節(jié)約材料，節(jié)約能源的目的，我們把特殊的工作表面叫涂層，把制造涂層的工作方法叫熱噴涂。熱噴涂技術(shù)是表面過(guò)程技術(shù)的重要組成部分之一，約占表面工程技術(shù)的三分之一。

　　中文名：熱噴涂技術(shù)
　　外文名：Thermal spraying technology
　　學(xué)科：機(jī)械工程
　　目的：節(jié)約材料，節(jié)約能源
　　地位：表面過(guò)程技術(shù)的重要組成部分之一
　　優(yōu)點(diǎn)：適用各種基體材料的零部件

熱噴涂技術(shù)特點(diǎn)

　　1、設(shè)備輕便，可現(xiàn)場(chǎng)施工。
　　2、工藝靈活、操作程序少。可快捷修復(fù)，減少加工時(shí)間。
　　3、適應(yīng)性強(qiáng)，一般不受工件尺寸大小及場(chǎng)地所限。
　　4、涂層厚度可以控制。
　　5、除噴焊外，對(duì)基材加熱溫度較低，工件變形小，金相組織及性能變化也較小。
　　6、適用各種基體材料的零部件、幾乎可在所有的固體材料表面上制備各種防護(hù)性涂層和功能性涂層。

熱噴涂技術(shù)熱噴涂技術(shù)的特點(diǎn)

從熱噴涂技術(shù)的原理及工藝過(guò)程分析，熱噴涂技術(shù)具有以下一些特點(diǎn)：

　　⒈ 由于熱源的溫度范圍很寬，因而可噴涂的涂層材料幾乎包括所有固態(tài)工程材料，如金屬，合金，陶瓷，金屬陶瓷，塑料以及由它們組成的復(fù)合物等. 因而能賦予基體以各種功能（如耐磨，耐蝕，耐高溫，抗氧化，絕緣，隔熱，生物相容，紅外吸收等）的表面.

　　⒉ 噴涂過(guò)程中基體表面受熱的程度較小而且可以控制，因此可以在各種材料上進(jìn)行噴涂（如金屬，陶瓷，玻璃，布疋，紙張，塑料等），并且對(duì)基材的組織和性能幾乎沒(méi)有影響，工件變形也小.

　　⒊設(shè)備簡(jiǎn)單，操作靈活，既可對(duì)大型構(gòu)件進(jìn)行大面積噴涂，也可在指定的局部進(jìn)行噴涂；既可在工廠室內(nèi)進(jìn)行噴涂也可在室外現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行施工。

　　⒋噴涂操作的程序較少，施工時(shí)間較短，效率高，比較經(jīng)濟(jì). 隨著熱噴涂應(yīng)用要求的提高和領(lǐng)域的擴(kuò)大，特別是噴涂技術(shù)本身的進(jìn)步，如噴涂設(shè)備的日益高能和精良，涂層材料品種的逐漸增多,性能逐漸提高，熱噴涂技術(shù)近十年來(lái)獲得了飛速的發(fā)展，不但應(yīng)用領(lǐng)域大為擴(kuò)展，而且該技術(shù)已由早期的制備一般的防護(hù)涂層發(fā)展到制備各種功能涂層；由單個(gè)工件的維修發(fā)展到大批的產(chǎn)品制造；由單一的涂層制備發(fā)展到包括產(chǎn)品失效分析，表面預(yù)處理，涂層材料和設(shè)備的研制，選擇，涂層系統(tǒng)設(shè)計(jì)和涂層后加工在內(nèi)的噴涂系統(tǒng)工程；成為材料表面科學(xué)領(lǐng)域中一個(gè)十分活躍的學(xué)科.并且在現(xiàn)代工業(yè)中逐漸形成 象鑄，鍛，焊和熱處理那樣的獨(dú)立的材料加工技術(shù).成為工業(yè)部門(mén)節(jié)約貴重材料，節(jié)約能源，提高產(chǎn)品質(zhì)量，延長(zhǎng)產(chǎn)品使用壽命，降低成本，提高工效的重要的工藝手段，在國(guó)民經(jīng)濟(jì)的各個(gè)領(lǐng)域內(nèi)得到越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。

熱噴涂技術(shù)技術(shù)優(yōu)勢(shì)

　　1.能有機(jī)地把金屬材料的強(qiáng)韌性、易加工性等和陶瓷材料的耐高溫、耐磨和耐腐蝕等特性結(jié)合起來(lái)。
　　2.合理選擇涂層材料和適宜的噴涂工藝，可以獲得各種功能的表面強(qiáng)化涂層。
　　3.不受基體的限制：用于熱噴涂的基體材料可以是金屬、陶瓷、水泥、耐火材料、石料、石膏等無(wú)機(jī)材料，也可以是塑料、橡膠、木材、紙張等有機(jī)材料。
　　4.不受工件尺寸和施工場(chǎng)所的限制。
　　5.涂層沉積速率快，厚度可控，工藝簡(jiǎn)單。
　　6.陶瓷涂層的可加工性好，且涂層損壞后可再進(jìn)行噴涂。

熱噴涂技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)

　　熱噴涂技術(shù)在國(guó)內(nèi)已經(jīng)得到了比較廣泛的推廣應(yīng)用，近年來(lái)發(fā)展的趨勢(shì)和特點(diǎn)是：

* 大面積長(zhǎng)效防護(hù)技術(shù)得到了廣泛應(yīng)用

　　對(duì)于長(zhǎng)期暴露在戶(hù)外大氣的鋼鐵結(jié)構(gòu)件，采用噴涂鋁、鋅及其合金涂層，代替?zhèn)鹘y(tǒng)的刷油漆方法，實(shí)行陰極保護(hù)進(jìn)行長(zhǎng)效大氣防腐，近年來(lái)得到了迅速發(fā)展。如電視鐵塔、橋梁、公路設(shè)施、水閘門(mén)、微波塔、高壓輸電鐵塔、地下電纜支架，航標(biāo)浮鼓、豎井井筒等大型工程，都采用了噴涂鋁、鋅及其合金方法進(jìn)行防腐。國(guó)內(nèi)有幾十個(gè)專(zhuān)業(yè)噴涂廠從事這方面工作，噴涂面積每年達(dá)幾百萬(wàn)平方米以上。這項(xiàng)技術(shù)不僅在國(guó)內(nèi)大量推廣應(yīng)用，而且在援外工程中也得到了較好的推廣應(yīng)用。

* 修復(fù)強(qiáng)化大型設(shè)備及進(jìn)口零部件國(guó)產(chǎn)化

　　修復(fù)強(qiáng)化大型設(shè)備及進(jìn)口零部件國(guó)產(chǎn)化 近年來(lái)這方面已有許多成功應(yīng)用實(shí)例，如：一米七軋機(jī)、高速風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)子，大型擠壓機(jī)柱塞、大型齒輪、電極擠壓成型嘴、大功率汽車(chē)曲軸等。這些工作的進(jìn)行，一是解決了生產(chǎn)急需；二是節(jié)約了大量外匯。

* 超音速火焰噴涂技術(shù)的應(yīng)用

　　隨著中國(guó)熱噴涂技術(shù)的發(fā)展與提高，對(duì)噴涂層質(zhì)量要求也愈來(lái)愈高。近年來(lái)美國(guó)等國(guó)家發(fā)展起來(lái)的高速燃?xì)猓℉VOF）法是制備高質(zhì)量涂層的一種新的工藝方法。由于超音速火焰噴涂方法具有很多優(yōu)點(diǎn)，國(guó)內(nèi)已先后從國(guó)外引進(jìn)近十幾臺(tái)設(shè)備，在各工業(yè)部門(mén)發(fā)揮著重要作用。

* 氣體爆燃式噴涂技術(shù)進(jìn)一步得到應(yīng)用

　　該項(xiàng)噴涂技術(shù)由于粒子飛行速度可達(dá)800m/s以上，涂層與基體結(jié)合強(qiáng)度可達(dá)100MPa以上，孔隙率<1%，在某些領(lǐng)域里應(yīng)用，優(yōu)于其他噴涂方法。國(guó)內(nèi)已安裝10臺(tái)以上。

* 氧乙炔火焰塑料粉末噴涂技術(shù)發(fā)展迅速

　　如前所述，國(guó)內(nèi)近年來(lái)已有多家生產(chǎn)制造氧乙炔火焰塑料粉末噴涂設(shè)備，采用該項(xiàng)工藝技術(shù)，已在化工貯罐、管道、陶瓷行業(yè)瀘泥機(jī)板框、印染行業(yè)的導(dǎo)布輥、煤炭行業(yè)帶式運(yùn)輸機(jī)鑄鐵托輪、石油行業(yè)注聚設(shè)備，以及表面裝潢等方面都得到了很好的應(yīng)用，彌補(bǔ)了電噴塑的不足。為塑料涂層的應(yīng)用，開(kāi)辟了一個(gè)新的途徑。

* 熱噴涂技術(shù)在化工防腐工程中得到應(yīng)用

　　腐蝕是機(jī)械部件受周?chē)橘|(zhì)的化學(xué)或電化學(xué)作用而失效的主要原因之一。它不僅使大量金屬材料受損失，從而造成的停產(chǎn)損失更難以估計(jì)，所以人們對(duì)化工防腐工作特別重視。熱噴涂層應(yīng)用于腐蝕介質(zhì)中，特別是強(qiáng)介質(zhì)腐蝕，以前所以未能突破，其主要原因是封孔劑未能解決。眾所周知，噴涂層是存在著孔隙的，若不進(jìn)行封孔處理，各種酸、堿、有機(jī)介質(zhì)就會(huì)浸入孔隙，使涂層脫落，影響防腐效果。根據(jù)防腐工程的要求，近期中國(guó)已研制成功了聚酯型、有機(jī)聚合物型、樹(shù)脂型、塑料型、膠粘劑型等幾十種型號(hào)的封孔劑，適用于酸、堿、鹽及有機(jī)物的腐蝕環(huán)境，其使用溫度80～350℃。采用陶瓷涂層、氧化物涂層或金屬或合金涂層，根據(jù)不同介質(zhì)，選用適當(dāng)?shù)姆饪讋言谠S多化工腐蝕介質(zhì)中應(yīng)用，效果良好。該系列封孔劑已獲專(zhuān)利并獲國(guó)家發(fā)明獎(jiǎng)。這些封孔劑的研究成功，使熱噴涂技術(shù)在化工防腐工程中的應(yīng)用有了新進(jìn)展。

* 激光重熔技術(shù)開(kāi)始應(yīng)用

　　高頻感應(yīng)重熔、真空感應(yīng)重熔只是在一定范圍內(nèi)得到應(yīng)用。激光重熔技術(shù)前幾年曾做過(guò)小面積試驗(yàn)，并未廣泛應(yīng)用。近期清華大學(xué)已將激光重熔技術(shù)用于閥門(mén)生產(chǎn)中，上海第二紡織機(jī)械廠已將激光重熔技術(shù)應(yīng)用在紡織機(jī)械中。

* 在建筑裝潢醫(yī)療衛(wèi)生方面也得到了應(yīng)用

　　熱噴涂技術(shù)在建筑裝潢醫(yī)療衛(wèi)生方面也得到了應(yīng)用 近年來(lái)四川、上海、沈陽(yáng)、云南等地采用熱噴涂技術(shù)噴涂了各種雕像、飾物、大型壁面等收到了良好效果，如沈陽(yáng)市國(guó)際商場(chǎng)的孔雀開(kāi)屏大型壁畫(huà)就采用了熱噴涂技術(shù)。隨著熱噴涂技術(shù)的發(fā)展與提高，該項(xiàng)技術(shù)已滲透到其他領(lǐng)域中，如生物領(lǐng)域用熱噴涂方法，制造人工骨骼，國(guó)內(nèi)已臨床200多例，效果很好。此外，用熱噴涂方法制造的人工牙齒，也得到了初步應(yīng)用。

熱噴涂技術(shù)工藝原理

　　作為新型的實(shí)用工程技術(shù)尚無(wú)標(biāo)準(zhǔn)的分類(lèi)方法，一般按照熱源的種類(lèi)，噴涂材料的形態(tài)及涂層的功能來(lái)分。如按涂層的功能分為耐腐，耐磨，隔熱等涂層，按加熱和結(jié)合方式可分為噴涂和噴熔：前者是機(jī)體不熔化，涂層與基體形成機(jī)械結(jié)合；后者則是涂層再加熱重熔，涂層與基體互溶并擴(kuò)散形成冶金結(jié)合。

平常接觸較多的一種分類(lèi)方法是按照加熱噴涂材料的熱源種類(lèi)來(lái)分的，按此可分為：

　　①火焰類(lèi)，包括火焰噴涂、爆炸噴涂、超音速?lài)娡浚?br /> 　　②電弧類(lèi)，包括電弧噴涂和等離子噴涂；
　　③電熱法，包括電爆噴涂、感應(yīng)加熱噴涂和電容放電噴涂；
　　④激光類(lèi)：激光噴涂。

1、火焰噴涂

　　火焰噴涂包括線材火焰噴涂和粉末火焰噴涂。

　　線材火焰噴涂法：是最早發(fā)明的噴涂法。它是把金屬線以一定的速度送進(jìn)噴槍里，使端部在高溫火焰中熔化，隨即用壓縮空氣把其霧化并吹走，沉積在預(yù)處理過(guò)的工件表面上。

　　噴涂源為噴嘴，金屬絲穿過(guò)噴嘴中心，通過(guò)圍繞噴嘴和氣罩形成的環(huán)形火焰中，金屬絲的尖端連續(xù)地被加熱到其熔點(diǎn)。然后，由通過(guò)氣罩的壓縮空氣將其霧化成噴射粒子，依靠空氣流加速?lài)娚涞交w上，從而熔融的粒子冷卻到塑性或半熔化狀態(tài)，也發(fā)生一定程度的氧化。粒子與基體撞擊時(shí)變平并粘結(jié)到基體表面上，隨后而來(lái)的與基體撞擊的粒子也變平并粘結(jié)到先前已粘結(jié)到基體的粒子上，從而堆積成涂層。

　　絲材的傳送靠噴槍中空氣渦輪或電動(dòng)馬達(dá)旋轉(zhuǎn)，其轉(zhuǎn)速可以調(diào)節(jié)，以控制送絲速度。采用空氣渦輪的噴槍?zhuān)徒z速度的微調(diào)比較困難，而且其速度受壓縮空氣的影響而難以恒定，但噴槍的質(zhì)量輕，適用于手工操作；采用電動(dòng)馬達(dá)傳送絲材的噴涂設(shè)備，雖然送絲速度容易調(diào)節(jié)，也能保持恒定，噴涂自動(dòng)化程度高，但噴槍笨重，只適用于機(jī)械噴涂。在絲材火焰噴槍中，燃?xì)饣鹧嬷饕糜诰€材的熔化，適宜于噴涂的金屬絲直徑一般為1.8～4.8mm。但有時(shí)直徑較大的棒材，甚至一些帶材亦可噴涂，不過(guò)此時(shí)須配以特定的噴槍。

　　粉末火焰噴涂法：它與絲材火焰噴涂的不同之處是噴涂材料不是絲材而是粉末。

　　在火焰噴涂中通常使用乙炔和氧組合燃燒而提供熱量，也可以用甲基乙炔，丙二烯（MPS），丙烷，氫氣或天然氣。火焰噴涂可噴涂金屬，陶瓷，塑料等材料，應(yīng)用非常靈活，噴涂設(shè)備輕便簡(jiǎn)單，可移動(dòng)，價(jià)格低于其他噴涂設(shè)備，經(jīng)濟(jì)型好，是噴涂技術(shù)中使用較廣泛的一種方法。但是，火焰噴涂也存在明顯的不足。如噴出的顆粒速度較小，火焰溫度較低，涂層的粘結(jié)強(qiáng)度及涂層本身的綜合強(qiáng)度都比較低，且比其他方法得到的氣孔率都。此外，火焰中心為氧化氣氛，所以對(duì)高熔點(diǎn)材料和易氧化材料，使用時(shí)應(yīng)注意。為了改善火焰噴涂的不足，提高結(jié)合強(qiáng)度及涂層密度，可采用將壓縮空氣或氣流加速裝置來(lái)提高顆粒速度；也可以采用將壓縮氣流由空氣改為惰性氣體的辦法來(lái)降低氧化程度，但這同時(shí)也提高了成本。

2、爆炸噴涂

　　爆炸噴涂：利用氧氣和乙炔氣點(diǎn)火燃燒，造成氣體膨脹而產(chǎn)生爆炸，釋放出熱能和沖擊波，熱能使噴涂粉末熔化，沖擊波則使熔融粉末以700～800m/s的速度噴射到工件表面上形成涂層。圖5為爆炸噴槍示意圖。

　　爆炸涂層形成的基本特征，一般認(rèn)為仍然是高速熔融粒子碰撞基體的結(jié)果。爆炸噴涂的最大特點(diǎn)是粒子飛行速度高，動(dòng)能大，所以爆炸噴涂涂層具有：①涂層和基體的結(jié)合強(qiáng)度高，②涂層致密，氣孔率很低，③涂層表面加工后粗糙度低，④工件表面溫度低。爆炸噴涂可噴涂金屬，金屬陶瓷及陶瓷材料，但是由于該設(shè)備價(jià)格高，噪音大，屬氧化性氣氛等原因，國(guó)內(nèi)外應(yīng)用還不廣泛。世界上應(yīng)用最成功的爆炸噴涂是美國(guó)聯(lián)合碳化物公司林德分公司1955年取得的專(zhuān)利，其設(shè)備及工藝參數(shù)仍然保密。中國(guó)于1985年左右，由中國(guó)航天工業(yè)部航空材料研究所研制成功爆炸噴涂設(shè)備,就Co/WC涂層性能來(lái)看，噴涂性能與美國(guó)聯(lián)合碳化物公司的水平接近。

　　在爆炸噴涂中，當(dāng)乙炔含量為45%時(shí)，氧-乙炔混合氣可產(chǎn)生3140℃的自由燃燒溫度，但在爆炸條件下可能超出4200℃，所以絕大多數(shù)粉末能夠熔化。粉末在高速槍中被輸運(yùn)的長(zhǎng)度遠(yuǎn)大于等離子槍?zhuān)@也是其粒子速度高的原因。

3、超音速?lài)娡?/strong>

　　為了與美國(guó)碳化物公司的爆炸噴涂抗?fàn)帲鲜兰o(jì)60年代初期，美國(guó)人J.Browning發(fā)明了超音速火焰噴涂技術(shù)，稱(chēng)之為"Jet-Kote",并于1983年獲得美國(guó)專(zhuān)利。近些年來(lái)，國(guó)外超音速火焰噴涂技術(shù)發(fā)展迅速，許多新型裝置出現(xiàn)，在不少領(lǐng)域正在取代傳統(tǒng)的等離子噴涂。在國(guó)內(nèi)，武漢材料保護(hù)研究所,北京鋼鐵研究總院，北京鈦得新工藝材料有限公司等也在進(jìn)行這方面研究，并生產(chǎn)出有自己特色的超音速?lài)娡垦b置。

　　燃料航空煤油與助燃劑（O2）以一定的比例導(dǎo)入燃燒室內(nèi)混合，爆炸式燃燒，因燃燒產(chǎn)生的高溫氣體以高速通過(guò)膨脹管獲得超音速。同時(shí)通入送粉氣（Ar或N2），定量沿燃燒頭內(nèi)碳化鎢中心套管送入高溫燃?xì)庵校煌涑鰢娡坑诠ぜ闲纬赏繉印?br />
　　在噴涂機(jī)噴嘴出口處產(chǎn)生的焰流速度一般為音速的4倍，即約1520m/s，最高可高達(dá)2400m/s（具體與燃燒氣體種類(lèi)，混合比例，流量，粉末質(zhì)量和粉末流量等有關(guān)）。粉末撞擊到工件表面的速度估計(jì)為550-760m/s，與爆炸噴涂相當(dāng)。Jet-Kote法之所以能有這么高的速度，關(guān)鍵在于按流體力學(xué)的原理合理設(shè)計(jì)制造了一個(gè)噴嘴，稱(chēng)之為L(zhǎng)aval管的膨脹管。

　　只要管子設(shè)計(jì)合理，則流體在速度低時(shí)，只要經(jīng)過(guò)足夠壓縮，即可在管器某一截面（如AB）達(dá)到聲速，過(guò)了這一截面后，將獲得超音速。

超音速?lài)娡糠ň哂腥缦碌奶攸c(diǎn)：

　　①粉粒溫度較低，氧比較輕（這主要是由于粉末顆粒在高溫中停留時(shí)間短，在空氣中暴露時(shí)間短的緣故，所以涂層中含氧化物量較低，化學(xué)成分和相的組成具有較強(qiáng)的穩(wěn)定性），但只適于噴涂金屬粉末、Co-Wc粉末以及低熔點(diǎn)TiO2陶瓷粉末；
　　②粉粒運(yùn)動(dòng)速度高。
　　③粉粒尺寸小（10～53&gt；μm）、分布范圍窄，否則不能熔化。
　　④涂層結(jié)合強(qiáng)度、致密度高，無(wú)分層現(xiàn)象。
　　⑤涂層表面粗糙度低。
　　⑥噴涂距離可在較大范圍內(nèi)變動(dòng)，而不影響噴涂質(zhì)量。
　　⑦可得到比爆炸噴涂更厚的涂層，殘余應(yīng)力也得到改善。
　　⑧噴涂效率高，操作方便。
　　⑨噪音大（大于120dB），需有隔音和防護(hù)裝置。

熱噴涂技術(shù)電弧類(lèi)噴涂

1、電弧噴涂：

　　電弧噴涂：在兩根焊絲狀的金屬材料之間產(chǎn)生電弧，因電弧產(chǎn)生的熱使金屬焊絲逐漸熔化，熔化部分被壓縮空氣氣流噴向基體表面而形成涂層。電弧噴涂按電弧電源可分為直流電弧噴涂和交流電弧噴涂。直流：操作穩(wěn)定，涂層組織致密，效率高。交流：噪音大。電弧產(chǎn)生的溫度與電弧氣體介質(zhì)、電極材料種類(lèi)及電流有關(guān)（如Fe料，電流280安，電弧溫度為6100K）。但一般來(lái)說(shuō)，電弧噴涂比火焰噴涂粉末粒子含熱量更大一些，粒子飛行速度也較快，因此，熔融粒子打到基體上時(shí)，形成局部微冶金結(jié)合的可能性要大的多。所以，涂層與基體結(jié)合強(qiáng)度較火焰噴涂高1.5～2.0倍，噴涂效率也較高。電弧噴涂還可方便地制造合金涂層或“偽合金”涂層。通過(guò)使用兩根不同成分的絲材和使用不同進(jìn)給速度，即可得到不同的合金成分。電弧噴涂與火焰噴涂設(shè)備相似，同樣具有成本低，一次性投資少，使用也方便等優(yōu)點(diǎn)。但是，電弧噴涂的明顯不足，噴涂材料必須是導(dǎo)電的焊絲，因此只能使用金屬，而不能使用陶瓷，限制了電弧噴涂的應(yīng)用范圍。近些年來(lái)，為了進(jìn)一步提高電弧噴涂涂層的性能，國(guó)外對(duì)設(shè)備和工藝進(jìn)行了較大的改進(jìn)，公布了不少專(zhuān)利。例如，將甲烷等加入到壓縮空氣中作為霧化氣體，以降低涂層的含氧量。日本還將傳統(tǒng)的圓形絲材改成方形，以改善噴涂速率，提高了涂層的結(jié)合強(qiáng)度。

2、等離子噴涂：

　　等離子噴涂：包括大氣等離子噴涂，保護(hù)氣氛等離子噴涂，真空等離子噴涂和水穩(wěn)等離子噴涂。等粒子噴涂技術(shù)是繼火焰噴涂之后大力發(fā)展起來(lái)的一種新型多用途的精密?chē)娡糠椒ǎ哂校?br /> 　　①超高溫特性，便于進(jìn)行高熔點(diǎn)材料的噴涂。
　　②噴射粒子的速度高，涂層致密，粘結(jié)強(qiáng)度高。
　　③由于使用惰性氣體作為工作氣體，所以噴涂材料不易氧化。

等離子的形成（以N2為例）

　　氣體電離后，在空間不僅有原子，還有正離子和自由電子，這種狀態(tài)就叫等離子體。
等離子體可分為三大類(lèi)：

　　①高溫高壓等離子體，電離度100%，溫度可達(dá)幾億度，用于核聚變的研究；
　　②低溫低壓等離子體，電離度不足1%，溫度僅為50～250度；
　　③高溫低壓等離子體，約有1%以上的氣體被電離，具有幾萬(wàn)度的溫度。離子、自由電子、未電離的原子的動(dòng)能接近于熱平衡。熱噴涂所利用的正是這類(lèi)等離子體。

噴涂原理

　　等粒子噴涂是利用等離子弧進(jìn)行的，離子弧是壓縮電弧，與自由電弧項(xiàng)比較，其弧柱細(xì)，電流密度大，氣體電離度高，因此具有溫度高，能量集中，弧穩(wěn)定性好等特點(diǎn)。

　　按接電方法不同，等離子弧有三種形式：

　　①非轉(zhuǎn)移弧：指在陰極和噴嘴之間所產(chǎn)生的等離子弧。這種情況正極接在噴嘴上，工件不帶電，在陰極和噴嘴的內(nèi)壁之間產(chǎn)生電弧，工作氣體通過(guò)陰極和噴嘴之間的電弧而被加熱，造成全部或部分電離，然后由噴嘴噴出形成等離子火焰（或叫等離子射流）。等粒子噴涂采用的就是這類(lèi)等離子弧。

　　②轉(zhuǎn)移弧：電弧離開(kāi)噴槍轉(zhuǎn)移到被加工零件上的等離子弧。這種情況噴嘴不接電源，工件接正極，電弧飛越噴槍的陰極和陽(yáng)極（工件）之間，工作氣體圍繞著電弧送入，然后從噴嘴噴出。等離子切割，等離子弧焊接，等離子弧冶煉使用的是這類(lèi)等離子弧。

　　③聯(lián)合弧：非轉(zhuǎn)移弧引燃轉(zhuǎn)移弧并加熱金屬粉末，轉(zhuǎn)移弧加熱工件使其表面產(chǎn)生熔池。這種情況噴嘴，工件均接在正極。等離子噴焊采用這種等離子弧。

　　進(jìn)行等粒子噴涂時(shí)，首先在陰極和陽(yáng)極（噴嘴）之間產(chǎn)生一直流電弧，該電弧把導(dǎo)入的工作氣體加熱電離成高溫等離子體，并從噴嘴噴出，形成等離子焰，等離子焰的溫度很高，其中心溫度可達(dá)30000°k，噴嘴出口的溫度可達(dá)； 15000～20000°k。焰流速度在噴嘴出口處可達(dá)1000～2000m/s，但迅衰減。粉末由送粉氣送入火焰中被熔化，并由焰流加速得到高于150m/s的速度，噴射到基體材料上形成膜。

等粒子噴涂設(shè)備：等離子噴涂設(shè)備主要包括：

　　①?lài)姌專(zhuān)簩?shí)際上是一個(gè)非轉(zhuǎn)移弧等離子發(fā)生器，是最關(guān)鍵的部件，其上集中了整個(gè)系統(tǒng)的電，氣，粉，水等。
　　②電源：用以供給噴槍直流電。通常為全波硅整流裝置。
　　③送粉器：用來(lái)貯存噴涂粉末并按工藝要求向噴槍輸送粉末的裝置。
　　④熱交換器：主要用以使噴槍獲得有效的冷卻，達(dá)到使噴嘴延壽的目的。
　　⑤供氣系統(tǒng)：包括工作氣和送粉氣的供給系統(tǒng)。
　　⑥控制框：用于對(duì)水，電、氣、粉的調(diào)節(jié)和控制。

等粒子噴涂工藝

在等粒子噴涂過(guò)程中，影響涂層質(zhì)量的工藝參數(shù)很多，主要有：

　　①等離子氣體：氣體的選擇原則主要根據(jù)是可用性和經(jīng)濟(jì)性，N2氣便宜，且離子焰熱焓高，傳熱快，利于粉末的加熱和熔化，但對(duì)于易發(fā)生氮化反應(yīng)的粉末或基體則不可采用。Ar氣電離電位較低，等離子弧穩(wěn)定且易于引燃，弧焰較短，適于小件或薄件的噴涂，此外Ar氣還有很好的保護(hù)作用，但Ar氣的熱焓低，價(jià)格昂貴。氣體流量大小直接影響等離子焰流的熱焓和流速，從而影響噴涂效率，涂層氣孔率和結(jié)合力等。流量過(guò)高，則氣體會(huì)從等離子射流中帶走有用的熱，并使噴涂粒子的速度升高，減少了噴涂粒子在等離子火焰中的“滯留”時(shí)間，導(dǎo)致粒子達(dá)不到變形所必要的半熔化或塑性狀態(tài)，結(jié)果是涂層粘接強(qiáng)度、密度和硬度都較差，沉積速率也會(huì)顯著降低；相反，則會(huì)使電弧電壓值不適當(dāng)，并大大降低噴射粒子的速度。極端情況下，會(huì)引起噴涂材料過(guò)熱，造成噴涂材料過(guò)度熔化或汽化，引起熔融的粉末粒子在噴嘴或粉末噴口聚集，然后以較大球狀沉積到涂層中，形成大的空穴。

　　②電弧的功率：電弧功率太高，電弧溫度升高，更多的氣體將轉(zhuǎn)變成為等離子體，在大功率、低工作氣體流量的情況下，幾乎全部工作氣體都轉(zhuǎn)變?yōu)榛钚缘攘Ｗ恿鳎攘Ｗ踊鹧鏈囟纫埠芨撸@可能使一些噴涂材料氣化并引起涂層成分改變，噴涂材料的蒸汽在基體與涂層之間或涂層的疊層之間凝聚引起粘接不良。此外還可能使噴嘴和電極燒蝕。而電弧功率太低，則得到部分離子氣體和溫度較低的等離子火焰，又會(huì)引起粒子加熱不足，涂層的粘結(jié)強(qiáng)度，硬度和沉積效率較低。

　　③供粉：供粉速度必須與輸入功率相適應(yīng)，過(guò)大，會(huì)出現(xiàn)生粉（未熔化），導(dǎo)致噴涂效率降低；過(guò)低，粉末氧化嚴(yán)重，并造成基體過(guò)熱。送料位置也會(huì)影響涂層結(jié)構(gòu)和噴涂效率，一般來(lái)說(shuō)，粉末必須送至焰心才能使粉末獲得最好的加熱和最高的速度。

　　④?chē)娡烤嚯x和噴涂角：噴槍到工件的距離影響噴涂粒子和基體撞擊時(shí)的速度和溫度，涂層的特征和噴涂材料對(duì)噴涂距離很敏感。噴涂距離過(guò)大，粉粒的溫度和速度均將下降，結(jié)合力、氣孔、噴涂效率都會(huì)明顯下降；過(guò)小，會(huì)使基體溫升過(guò)高，基體和涂層氧化，影響涂層的結(jié)合。在機(jī)體溫升允許的情況下，噴距適當(dāng)小些為好。

噴涂角：指的是焰流軸線與被噴涂工件表面之間的角度。該角小于45度時(shí)，由于“陰影效應(yīng)”的影響，涂層結(jié)構(gòu)會(huì)惡化形成空穴，導(dǎo)致涂層疏松。

　　⑤噴槍與工件的相對(duì)運(yùn)動(dòng)速度：噴槍的移動(dòng)速度應(yīng)保證涂層平坦，不出線噴涂脊背的痕跡。也就是說(shuō)，每個(gè)行程的寬度之間應(yīng)充分搭疊，在滿(mǎn)足上述要求前提下，噴涂操作時(shí)，一般采用較高的噴槍移動(dòng)速度，這樣可防止產(chǎn)生局部熱點(diǎn)和表面氧化。

　　⑥基體溫度控制：較理想的噴涂工件是在噴涂前把工件預(yù)熱到噴涂過(guò)程要達(dá)到的溫度，然后在噴涂過(guò)程中對(duì)工件采用噴氣冷卻的措施，使其保持原來(lái)的溫度。在等離子噴涂的基礎(chǔ)上又發(fā)展了幾種新的等離子噴涂技術(shù)，如：

3、真空等離子噴涂（又叫低壓等離子噴涂）

　　真空等離子噴涂是在氣氛可控的，4～40Kpa的密封室內(nèi)進(jìn)行噴涂的技術(shù)。因?yàn)楣ぷ鳉怏w等離子化后，是在低壓氣氛中邊膨脹體積邊噴出的，所以噴流速度是超音速的，而且非常適合于對(duì)氧化高度敏感的材料。

4、水穩(wěn)等離子噴涂

　　前面說(shuō)的等離子噴涂的工作介質(zhì)都是氣體，而這種方法的工作介質(zhì)不是氣而是水，它是一種高功率或高速等離子噴涂的方法，其工作原理是：噴槍內(nèi)通入高壓水流，并在槍筒內(nèi)壁形成渦流，這時(shí)，在槍體后部的陰極和槍體前部的旋轉(zhuǎn)陽(yáng)極間產(chǎn)生直流電弧，使槍筒內(nèi)壁表面的一部分蒸發(fā)、分解，變成等離子態(tài)，產(chǎn)生連續(xù)的等離子弧。由于旋轉(zhuǎn)渦流水的聚束作用，其能量密度提高，燃燒穩(wěn)定，因此，可噴涂高熔點(diǎn)材料，特別是氧化物陶瓷，噴涂效率非常高。

熱噴涂技術(shù)電熱法

　　1、電爆噴涂：在線材兩端通以瞬間大電流，使線材熔化并發(fā)生爆炸。此法專(zhuān)用來(lái)噴涂氣缸等內(nèi)表面。
　　2、感應(yīng)加熱噴涂：采用高頻渦流把線材加熱，然后用高壓氣體霧化并加速的噴涂方法。
　　3、電容放電加熱：利用電容放電把線材加熱，然后用高壓氣體霧化并加速的噴涂方法。

熱噴涂技術(shù)激光法

　　把高密度能量的激光束朝著接近于零件的基體表面的方向直射，基體同時(shí)被一個(gè)輔助的激光加熱器加熱，這時(shí)，細(xì)微的粉末以?xún)A斜的角度被吹送到激光束中。

　　熔化粘結(jié)到基體表面，形成了一層薄的表面涂層，與基體之間形成良好的結(jié)合（噴涂環(huán)境可選擇大氣氣氛或惰性氣體氣氛，或真空下進(jìn)行）。
熱噴涂技術(shù)安全警示

　　熱噴涂包括準(zhǔn)備和噴涂工藝相關(guān)的潛在的危險(xiǎn)因素和在這些操作中采用的安全措施。建議涉及熱噴涂的所有人員，應(yīng)熟悉國(guó)家和有關(guān)部門(mén)這些安全措施和標(biāo)準(zhǔn)中包含的安全條例。

熱噴涂技術(shù)壓縮空氣

　　壓縮空氣應(yīng)標(biāo)明名稱(chēng)以避免與氧氣或燃?xì)饣煜荒苡脡嚎s空氣來(lái)清掃衣物。同樣也不能用氧氣和燃?xì)馇鍜摺?br />
熱噴涂技術(shù)噪音防護(hù)

　　噴涂噪音超過(guò)了限定范圍，在工作區(qū)附近的所有人員應(yīng)采取聽(tīng)覺(jué)防護(hù)。

熱噴涂技術(shù)呼吸保護(hù)

　　噴涂操作要求操作者使用呼吸保護(hù)裝置。根據(jù)粉塵氣體的性質(zhì)、類(lèi)型和大小決定使用什么樣的呼吸保護(hù)裝置，在有限或密封的空間噴涂，需要使用連續(xù)氣流通道式呼吸器。它由一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的連續(xù)氣流通道呼吸器，護(hù)面罩或頭盔和防塵罩組成。加強(qiáng)對(duì)頭和脖子的保護(hù)，在護(hù)面具端部，呼吸器的最大進(jìn)氣量是4CFM（6.6M3/H），進(jìn)入頭盔或防塵罩中的空氣每分鐘6CUFT（10M3/H）。鼓送新鮮空氣比壓縮空氣作為呼吸源要好。

熱噴涂技術(shù)保護(hù)服

　　任何噴涂或吹砂需要的適當(dāng)保護(hù)服，隨工作種類(lèi)、性質(zhì)和環(huán)境而變化。

　　當(dāng)在限定區(qū)域工作時(shí)，需穿戴耐火衣和皮革或橡膠防護(hù)手套。衣服在腕處和腳裸處要扎緊以保證飛濺的物質(zhì)和粉塵不濺到皮膚上。
在敞開(kāi)的環(huán)境下工作，可以使用普遍的全套工作服，但不能敞開(kāi)領(lǐng)口，系好衣袋鈕扣。要穿上高幫鞋，褲邊也要遮到腳面。
在限定空間或半敞開(kāi)空間噴涂鉛或其它劇毒材料時(shí)，每天和每次飯前都要更換所有衣服和呼吸保護(hù)裝置，用過(guò)的衣服和呼吸保護(hù)裝置在重新使用前應(yīng)徹底清洗，清除所有鉛塵或其它毒性材料。

熱噴涂技術(shù)眼部保護(hù)

　　電弧噴涂采用的防輻射保護(hù)和電弧焊的保護(hù)一樣。眼睛可以用一個(gè)3號(hào)或6號(hào)遮光鏡保護(hù)，如果身體某部分直接暴露在電弧輻射中時(shí)或如果在噴涂一些特殊放射材料或反射底層時(shí)，應(yīng)使用頭盔。

熱噴涂技術(shù)設(shè)備維護(hù)

　　要定期檢查軟管和氣路，對(duì)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題的設(shè)備應(yīng)立即修復(fù)或更換。

　　火焰噴槍?xiě)?yīng)按制造商的建議維護(hù)保養(yǎng)。每個(gè)熱噴涂操作者應(yīng)了解熟悉火焰噴槍的操作。在第一次點(diǎn)火之前，應(yīng)認(rèn)真閱讀和理解槍的操作說(shuō)明書(shū)。

　　控制氧氣燃?xì)饣驂嚎s空氣流量的閥，應(yīng)正確裝好并加上潤(rùn)滑劑，這樣可以保護(hù)槍體操作自如并能完全關(guān)閉。

　　如果槍有回火，應(yīng)盡可能快的撲熄。如果在噴涂中點(diǎn)火時(shí)有爆燃或回火，應(yīng)在檢查產(chǎn)生原因并解決好后，才能重新點(diǎn)火。

　　火焰噴槍或它的軟管不能懸掛在調(diào)節(jié)器或氣瓶閥上，那樣可能引起起火或爆炸。

　　當(dāng)噴涂完后，或設(shè)備停機(jī)無(wú)人看管時(shí)，應(yīng)放出調(diào)節(jié)器和軟管中的所有氣體，按下列順序操作：

　　 ⑴關(guān)閉槍閥。
　　 ⑵關(guān)閉氣閥。
　　 ⑶打開(kāi)槍閥。
　　 ⑷轉(zhuǎn)動(dòng)調(diào)節(jié)螺桿到自由狀態(tài)。
　　 ⑸關(guān)閉槍閥。
　　 ⑹關(guān)閉罐閥或調(diào)節(jié)器前的支管閥。

　　在清洗火焰噴槍時(shí)，不允許油進(jìn)入氣體混合室，對(duì)與氧氣或燃?xì)饨佑|的火焰噴槍零件或閥不能使用普通的油或脂潤(rùn)滑。只能使用設(shè)備制造商推薦的特種抗氧化潤(rùn)滑劑。