中國粉體網(wǎng)訊 在工程材料中，金屬材料是應(yīng)用最廣泛的材料，但由于其具有易磨損、硬度低和易腐蝕等缺點(diǎn)，已經(jīng)難以滿足現(xiàn)代生產(chǎn)的要求。為了彌補(bǔ)金屬材料的缺陷，表面工程技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。在金屬材料表面制備陶瓷涂層，形成金屬陶瓷復(fù)合材料，不僅可以保留該材料的金屬特性，同時(shí)還使其具備陶瓷材料耐磨、耐熱、耐高溫和耐腐蝕等優(yōu)點(diǎn)，因而該技術(shù)在電力、化工、印刷、航空航天和醫(yī)療等領(lǐng)域備受關(guān)注。
圖片來源：佛山市炫科機(jī)電有限公司
在金屬表面制備陶瓷涂層的方法有很多，氣相沉積法、溶膠凝膠法、自蔓延高溫合成法、熱噴涂法、高溫熔燒法和激光熔覆法等，其中熱噴涂技術(shù)的應(yīng)用尤為廣泛。
熱噴涂技術(shù)及優(yōu)點(diǎn)
熱噴涂技術(shù)具有以下優(yōu)點(diǎn)：
（1）噴涂基體和噴涂材料很廣泛，不受限制；
（2）噴涂對象可以是復(fù)雜零件，不受零件形狀的限制；
（3）操作簡單方便，能夠?qū)w的耐磨性、硬度和導(dǎo)熱等性能有較好的改善效果，且不會引起基體較大的應(yīng)力變形。
陶瓷涂層材料
陶瓷涂層材料主要包括氧化物、硼化物、硅化物、碳化物陶瓷，它們的熔點(diǎn)都很高，大多在2000℃以上，化學(xué)穩(wěn)定性良好。
其中氧化物應(yīng)用較多，它們在氧化性氣氛中有優(yōu)良的化學(xué)穩(wěn)定性，熔點(diǎn)很高，還具有很好的耐磨性和電絕緣性能。因而多作為耐高溫、耐隔熱、絕緣、耐磨、耐腐蝕涂層。應(yīng)用較多的氧化物陶瓷有氧化鋁、氧化鎂、氧化鈦、氧化鉻、氧化鋯等。
金屬碳化物的熔點(diǎn)比其化合物中金屬元素的熔點(diǎn)高，在高溫下有良好的機(jī)械性能，所以適宜于耐熱涂層。幾乎所有碳化物都是電和熱的良導(dǎo)體。典型的碳化物是碳化鎢，它還具有很高的硬度，因而有良好的耐磨性，常用于機(jī)械密封和要求耐磨的軸頸等。
其它陶瓷也都可作為熱噴涂材料。所有陶瓷都有一個(gè)共同的缺點(diǎn)，就是材料沒有延展性，硬而脆，因此不可能制成線材，絕大多數(shù)是以粉末材料出現(xiàn)，也有將其制成棒材用于熔棒式噴涂的。
熱噴涂陶瓷涂層技術(shù)
1、電弧噴涂
電弧噴涂是利用燃燒于兩根連續(xù)送進(jìn)的金屬絲之間的電弧將金屬熔化，熔融金屬通過壓縮空氣霧化、噴涂，在工件表面形成涂層的技術(shù)。這項(xiàng)技術(shù)具有以下特點(diǎn)：
（1）具有普遍適用性和較高的效率；
（2）制備涂層質(zhì)量較高，防腐性較好，并且與基體結(jié)合度良好；
（3）制備的陶瓷涂層具有較好的可修復(fù)性。
電弧噴涂工藝工作原理圖
2、火焰噴涂
火焰噴涂是一種用于表面防護(hù)和強(qiáng)化的工藝，近年來得到了快速發(fā)展。它是利用可燃?xì)怏w(C2H2、H2、C3H8和石油液化氣等)燃燒產(chǎn)生的高溫來熔化噴涂材料，然后通過壓縮空氣以較快的速度噴涂到基體表面，從而形成涂層。該技術(shù)具有以下特點(diǎn)：
（1）基體可以是金屬也可以是非金屬；
（2）可以噴涂多種材料；
（3）噴涂后基體變形量較�。�
（4）具有巨大的能量輸出，可以達(dá)到普通火焰噴涂的7倍；
（5）涂層綜合性能較高，孔隙率可以達(dá)到等離子噴涂的1/6左右。
3、等離子噴涂
等離子噴涂是熱噴涂技術(shù)中最為重要的一種。利用直流電弧放電，把高溫加熱的氬氣、氮?dú)�、氦氣等氣體部分電離成離子束，在電弧放電部位四周強(qiáng)制流過低溫氣體，產(chǎn)生熱收縮效應(yīng)，使電弧放電部位斷面縮小，導(dǎo)致能量密度和電流密度升高，最高溫度可達(dá)20000℃。由于等離子噴涂溫度高，氣氛可控制，可以用來噴涂各類高熔點(diǎn)的金屬、氧化物和其他各種材料。
等離子噴涂工藝工作原理圖
等離子噴涂具有以下特點(diǎn)：
（1）可噴涂材料種類多樣，應(yīng)用廣泛；
（2）生產(chǎn)效率高，并且可制備較高質(zhì)量的涂層；
（3）對基體的影響較小，幾乎不會引起基體熱變形。
熱噴涂陶瓷涂層技術(shù)的應(yīng)用
1、熱障涂層
2、可磨耗密封涂層
現(xiàn)代航空發(fā)動機(jī)采用壓氣機(jī)使空氣增壓升溫，高溫壓縮空氣進(jìn)入燃燒室使燃料充分燃燒是提高發(fā)動機(jī)的功率和熱效率的主要措施之一。采用熱噴涂技術(shù)在壓氣機(jī)渦殼內(nèi)表面噴涂可磨耗密封涂層，與壓氣機(jī)葉片尖部的硬質(zhì)涂層形成一對可磨耗密封磨損副，在運(yùn)行過程中能形成理想的徑向氣流間隙，獲得最大的壓差，從而顯著提高發(fā)動機(jī)的功率，降低航空汽油的消耗。
3、功能涂層
等離子噴涂超音速噴涂超導(dǎo)陶瓷涂層都已應(yīng)用成功。超導(dǎo)陶瓷涂層在磁屏蔽、微波元件、各類傳輸器、量子電子器件等方面顯示出良好的應(yīng)用前景。
4、抗高溫黏著磨損涂層
熱處理爐輥、支承輥、燒結(jié)爐輥等高溫輥?zhàn)佣嘣?00℃～1200℃高溫下運(yùn)行，采用熱噴涂技術(shù)，在高溫爐輥表面噴涂特種陶瓷或金屬陶瓷涂層，具有良好的耐高溫、抗氧化、抗黏著、防節(jié)瘤和自清理凈化功能，既可顯著提高爐輥使用壽命，又能生產(chǎn)表面光潔質(zhì)量優(yōu)良的鋼材。
參考來源：
[1]朱昱等.熱噴涂技術(shù)制備陶瓷涂層的研究進(jìn)展
[2]肖九梅.關(guān)注陶瓷材料在汽車上的熱噴涂新技術(shù)
[3]肖軍.陶瓷熱噴涂技術(shù)與涂層材料探密
（中國粉體網(wǎng)編輯整理/山川）
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