熱噴涂技術是工程零部件表面防護和強化技術，其耐磨損涂層是表面涂層技術的主要應用領域之一。所謂熱噴涂，就是利用某種熱源，如電弧、等離子弧、燃燒火焰等將粉末狀（或絲狀或棒狀）金屬和非金屬涂層材料加熱到熔融或半熔融狀態，然后借助焰流本身的動力（或霧化后加速）并以一定的速度噴射到經過預處理的基體材料表面，與基體材料結合而形成具有各種功能的表面覆蓋涂層的一種技術。

熱噴涂原理示意圖

1、火焰噴涂（焊）

火焰噴涂是最早的一種噴涂方法，它是利用氧和乙炔等燃燒火焰將粉末狀或絲狀、棒狀的涂層材料加熱到熔融或半熔融狀態后噴向基體表面而形成涂層的一種方法。它可制備各種金屬、合金、陶瓷及塑料涂層，是目前國內最常用的噴涂方法之一。火焰噴涂方法根據使用的材料種類與火焰燃燒特性又分為普通粉末火焰噴涂法、絲材火焰噴涂法、氣體爆燃噴涂法與超音速火焰噴涂法。

若采用燃燒火焰將其一次噴融或將噴涂層進行二次重熔（有火焰重熔、感應重熔和爐熔等）的方法則稱為噴焊。噴焊涂層由于與基體材料呈冶金結合狀態，因而與基體材料的結合強度大大提高，可以應用于沖擊大、負荷重的工況下，如連續鑄造拉矯輻、熱軋矯直輻表面采用鎳基自熔合金噴焊涂層進行強化，均獲得了良好的耐蝕、耐磨和抗熱疲勞的強化效果。

2、等離子噴涂

當某種氣體如氮、氯、氫及氯等通過一壓縮電弧時即產生電離而形成電中性的等離子體（是物質除氣、液、固態外的第四態）。等離子噴涂是利用鐺電極與水冷銅電極（通常作為陽極）之間產生非轉移型壓縮電弧，獲得高溫高速的等離子射流進行噴涂的。

等離子弧的能量集中溫度很高，其焰流的溫度在萬度以上，可以將所有固態工程材料熔化，以這種高溫等離子體作熱源將涂層材料熔化制備涂層的工藝就是等離子噴涂。國內外已有數百種材料用于等離子噴涂，是應用較普遍的噴涂方法。等離子噴涂涂層的致密度及與基體材料的結合強度均比火焰噴涂涂層和電弧噴涂涂層的高，而且也是制備陶瓷涂層的最佳工藝。

超音速等離子噴涂是在高能等離子噴涂（80kW級）的基礎上，利用非轉移型等離子弧與高速氣流混合時出現的“擴展弧”，得到穩定聚集的超音速等離子射流進行噴涂的方法。20世紀90年代中期美國TAFA公司推出了270kW級大功率、大氣體流量（21m3/h）的“PLAZJet”超音速等離子噴涂系統。

熱噴涂耐磨涂層工藝

1、表面預處理

了使涂層與基體材料很好地結合，基材表面必須經過凈化和粗化處理。凈化處理的目的是除去工件表面的氧化皮、油漬、油漆及其它污物。凈化處理的方法有溶劑清洗法、蒸汽清洗法、堿洗法及加熱脫脂法等。

粗化處理的目的是增加涂層與基材間的接觸面，增大涂層與基材的機械咬合力，使凈化處理過的表面更加活化，以提高涂層與基材的結合強度，同時基材表面粗化還改變涂層中的殘余應力分布，對提高涂層的結合強度也是有利的。粗化處理的方法有噴砂、機械加工法（如車螺紋、滾花）、電拉毛等，其中噴砂處理是最常用的粗化處理方法。

2、預熱

預熱的目的是消除工件表面的水分和濕氣，提高噴涂粒子與工件接觸時的界面溫度，以提高涂層與基體的結合強度，減少因基材與涂層材料的熱膨脹差異造成的應力而導致的涂層開裂。預熱溫度取決于工件的大小、形狀和材質，以及基材和涂層材料的熱膨脹系數等因素，一般情況下預熱溫度控制在60?120笆之間。

3、噴涂

噴涂方法的選擇主要取決于選用的噴涂材料、工件的工況及對涂層質量的要求。對于碳化物金屬陶瓷涂層則最好采用高速火焰噴涂；如果是陶瓷涂層，則最好選用等離子噴涂；若是噴涂塑料則只能采用火焰噴涂等等。預處理好的工件要在盡可能短的時間內進行噴涂，噴涂參數要根據涂層材料、噴槍性能和工件的具體情況而定，優化的噴涂條件可以提高噴涂效率、并獲得致密度高、結合強度高的高質量涂層。

4、涂層后處理

噴涂所得涂層有時不能直接使用，必須進行一系列的后處理。如為了防止腐蝕介質透過涂層的孔隙到達基材引起基材的腐蝕，必須對涂層進行封孔處理，封孔劑的材料有石蠟、環氧樹脂、硅樹脂等有機材料及氧化物等無機材料。

為了提高涂層的結合強度，要對噴涂層進行重熔處理（如火焰重熔、感應重熔、激光重熔以及熱等靜壓等），使多孔的且與基體僅以機械結合的涂層變為與基材呈冶金結合的致密涂層。

有尺寸精度要求的，還要對涂層進行機械加工。由于噴涂涂層形成了不同于一般材料的難于加工的特點，所以必須選用合理的加工方法和相應的工藝參數才能保證噴涂層機械加工的順利進行和保證達到所要求的尺寸精度。

5、熱噴涂耐磨涂層的結合機理與特點

涂層的結合包括涂層與基體的結合和涂層內部的結合。涂層中顆粒與基體之間的結合以及顆粒之間的結合機理目前認為有以下幾種方式：機械結合、冶金/化學結合、物理結合。

熱噴涂涂層形成過程決定了涂層的結構特點，噴涂層是由無數變形粒子相互交錯呈波浪式堆疊在一起的層狀組織結構，涂層中顆粒與顆粒之間不可避免地存在一些孔隙和空洞，并伴有氧化物夾雜。涂層結構特點為：呈層狀、含有氧化物夾雜、含有孔隙或氣孔。

熱噴涂涂層材料

熱噴涂技術的發展，使可用于噴涂形成涂層的材料極為廣泛。一般只要具有物理熔點的材料均可用于噴涂。對于在高溫下分解的材料，如一些碳化物，可以與某些金屬材料一起制造成復合材料而實現噴涂。

目前實際應用中已實現工業化生產的噴涂材料有金屬、合金和陶瓷等，從形態上分為絲材、棒材和粉末三大類，其中噴涂粉末用途最廣，用量也最大，占噴涂材料總用量的70%以上。

熱噴涂涂層的應用

熱噴涂涂層應用領域十分廣泛，包括利用耐磨損性能的機械、輸送領域，利用其耐腐蝕性能的石油化工、金屬冶金等化學與冶金領域，利用其耐熱障性能的航天航空發動機領域。作為功能材料涂層，也有利用電氣絕緣、磁屏蔽、固體電解質、紅外輻射等性能的應用。

1、抗磨損涂層

熱噴涂層在汽車工業中也得到了日益增多的應用。使用最多的是耐磨涂層和封嚴涂層。

在冶金工業（如各種軋輻、工模具等部件）、電力工業（如常因發生高溫沖蝕磨損的電站鍋爐管道）、包裝、印刷工業等領域采用熱噴涂技術防護后都獲得了十分顯著的效果。

2、抗腐蝕涂層

長期暴露在戶外大氣（海洋、工業及城鄉大氣）和不同介質（海水、河水、溶劑及油類等）環境中的大型鋼鐵構件，如輸變電鐵塔、鋼結構橋、海上鉆井平臺、煤礦井架以及各種化工容器如儲罐等，受到不同程度的環境氧化和侵蝕，采用ANZn、Al-Zn合金及不銹鋼等涂層進行防護，可以獲得長達20年以上的長期防護效果。一些受到氣體腐蝕和化學腐蝕的部件，可以根據具體工況（如介質、濃度、溫度、壓力等）選擇合適的金屬、合金、陶瓷及塑料等涂層材料進行防護。

化工廠用高壓往復式計量泵柱塞，采用噴涂（氧化鋁和二氧化鈦復合）涂層代替傳統的鍍鉻工藝，具有優良的耐磨損耐腐蝕性能，其使用壽命提高了6倍。在低應力滑動磨損和磨蝕工況下，幾乎所有原有鍍鉻的制品都可以用熱噴陶瓷涂層代替。

3、抗高溫氧化和耐熱腐蝕涂層

在高溫爐輻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、防節瘤和自清理凈化功能，既可顯著提高爐輻使用壽命，又能生產表面光潔質量優良的鋼材。

粉體圈 整理

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