热喷涂技术发展的主要方向
我国热喷涂技术近期发展概况
我国热喷涂技术近期发展概况全国热喷涂协作组办公室（100044）刘广海、曾克里、宋希剑摘要本文叙述了热喷涂技术（包括设备、工艺、材料、科研等方面）在我国近期发展概况及应用特点和最新成就，并展望了该技术的推广应用前景。
关键词：热喷涂技术、发展、前景热喷涂技术在国民经济建设中所发挥的重大作用，越来越引起人们重视。
它作为表面技术一个重要组成部分，在国家“六五”至“九五”连续四个五年计划重点推广应用中取得了显著成绩，获得了重大经济效益。
目前，无论在设备、材料、工艺、科研等方面都在迅速发展与提高。
从去年10月在宁波举行的“第十五届全国热喷涂技术经验交流会”上国内外专家的专题报告以及宣读的论文中可以看出，我国热喷涂技术近期发展的概况及特点是：设备方面（喷枪）向高能、高速度方向发展；材料方面向系列化、标准化、商品化方向发展，以保证多功能高质量涂层的需要；工艺方面向机械化、自动化方向发展，如计算机控制、机械手操作等。
下面简要介绍如下：1. 热喷涂设备发展的新动向近期我国加快了设备研制和生产步伐，目前已形成了完整的研制和生产体系，除原有的20多个生产单位，单机品种可达100多个外，近几年来超音速喷涂、等离子喷涂、超音速电弧喷涂、冷喷涂、棒材及陶瓷软线喷涂方面都有很大进展，加之引进许多国外先进设备，使我国热喷涂设备发展达到了崭新阶段。
1.1等离子喷涂设备1.1.1超音速等离子喷涂设备国际上高能高速已成为热喷涂技术的发展方向，相继出现了爆炸喷涂（CD-GmsPrating）、超音速火焰喷涂（HVOF、HVAF）、低压等离子喷涂（LPPS）、以及超音速等离子喷涂（Plazjet）等技术。
这些技术都是通过大幅度提高喷涂粒子的速度来获得高质量涂层。
但上述设备都各自有不足之处，由美国Browning公司在1986年末推出的超音速等离子喷涂（Plazjet）具有设备投资少、材料来源广、涂层质量好、生产效率高等诸多优点。
装甲兵工程学院在引进美国PJS-80超音速等离子喷涂设备的基础上，自主设计开发高效能HEPJET超音速等离子喷涂枪，成功地研制了超音速等离子喷涂系统。
热喷涂技术发展背景
热喷涂技术发展背景腐蚀和磨损是造成材料和零部件失效的主要原因。
据有关资料报介绍，发达国家每年由腐蚀和磨损所造成的经济损失约占国民经济总产值的4% ～5%，⽽全世界每年⽣产的钢材约有1/10变成铁锈。
我国每年由腐蚀和磨损所造成的经济损失已达数千亿元⼈民币。
材料是⼈类⽂明发展的物资基础，也是⼈类⽂明发展的重要标尺。
现代⼯程对材料性能的要求往往是多重性的，有时甚⾄是⽭盾的。
许多⼯程结构部件，既要求很⾼的强韧性，同时要求具有很⾼的表⾯硬度和耐磨性(材料的强韧性和表⾯硬度是相⽭盾的);既要求很⾼的⾼温强度，⼜要求具有良好的隔热性。
飞机发动机燃烧室内壁要求材料具有良好的隔热性，外壁⼜要求良好的散热性，对⼯程材料的双重性要求越来越重要。
这些材料的特殊性能要求往往是发⽣在材料⼯作的表⾯。
表⾯⼯程技术领域最关键技术之⼀———喷涂技术就是在不改变基体材料性能的基础上，赋予材料或零部件表⾯特殊功能性能，达到提⾼综合性能的⽬的，是制备复合材料最有效⼯艺技术之⼀。
热喷涂技术的发展可以分为三个阶段：第⼀阶段是简单的热喷涂⼯艺;第⼆阶段是热喷涂技术;第三阶段是形成完整的热喷涂⼯业体系。
(1)第⼀阶段热喷涂⼯艺在1910年，瑞⼠⼯学博⼠M U S choop发明了世界上第⼀个⾦属喷涂装置———⾦属溶液式喷涂。
它是将低熔点⾦属溶液注⼊到经过加热的压缩空⽓⽓流中，在压缩⽓流动⼒的作⽤下，使⾦属溶液雾化并加速喷射沉积到基体表⾯上形成涂层。
⾦属溶液热喷涂装置1—压缩⽓体2—压⼒表3—加热管4—喷头5—坩埚6—喷嘴7—抽风管8—⼯件这是世界上最早的热喷涂装置，虽然装置庞⼤、效率低，但包含了热喷涂技术的基本原理和喷涂过程，开创了热喷涂技术这⼀新领域。
此后，Schoop致⼒于喷涂装置的改进，使喷涂材料加热与雾化破碎同时进⾏，于1912年研制成功线材⽕焰喷涂枪，使热喷涂⼯艺第⼀次得到实际应⽤，产⽣了线材⽕焰喷涂技术。
1913年Schoop提出了电弧喷涂枪的设计，并于1916年研制成实⽤型电弧喷涂枪，制备钢结构长效防腐涂层，将热喷涂技术真正⽤于⽣产实践。
热喷涂技术应用与发展调研分析
热喷涂技术应用与发展调研分析热喷涂技术是一种表面强化和修复的高温技术，通过将涂层材料加热至熔化状态并高速喷射到工件表面，形成一层致密的涂层，从而达到防腐、耐磨、隔热等表面处理目的。
本文将对热喷涂技术的应用领域、技术优势、发展趋势等方面进行调研分析。
热喷涂技术在各个领域都有广泛的应用，主要有以下几个方面：工业领域：热喷涂技术在工业领域的应用十分广泛，如石油化工、电力、制药等。
例如，在石油化工行业中，可以利用热喷涂技术对设备进行防腐处理，提高设备的耐用性和安全性。
汽车领域：汽车行业是热喷涂技术的重要应用领域，主要用于发动机、底盘、车身等部位的防腐、耐磨和隔热处理。
机械领域：机械设备在运转过程中会产生磨损和腐蚀，热喷涂技术可以为机械设备提供有效的表面保护。
例如，在矿冶设备中，利用热喷涂技术可以提高设备的耐磨性和耐腐蚀性。
高效：热喷涂技术可以快速高效地完成大面积表面处理，提高生产效率。
耐磨：热喷涂材料具有高硬度、高耐磨性等特点，可以延长设备的使用寿命。
防腐：热喷涂技术可以形成致密的涂层，有效防止腐蚀，提高设备的耐久性和安全性。
隔热：热喷涂技术可以形成一层隔热材料，有效降低设备表面的温度，提高设备的使用安全性。
经济：热喷涂技术成本较低，可以降低生产成本，提高经济效益。
随着科学技术的不断进步，热喷涂技术也在不断发展创新。
未来，热喷涂技术的发展趋势主要体现在以下几个方面：新材料的应用：随着新材料的不断涌现，热喷涂技术的材料选择范围也越来越广，未来将会有更多新型、高性能的材料应用于热喷涂技术中。
高能束技术的应用：高能束流技术如激光、等离子等在热喷涂技术中的应用将更加广泛。
这些技术的应用可以提高热喷涂层的结合强度和致密性，进一步提高表面处理的质量和效率。
智能化技术的应用：智能化技术在热喷涂技术中的应用将成为未来的发展趋势。
通过引入机器人和自动化技术，可以实现热喷涂过程的自动化和智能化控制，提高生产效率和产品质量。
热喷涂技术的发展和应用
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【关键词】热喷涂加工技术、加工原理、应用现状、发展前景。
引言热喷涂是一种迅速发展的表面强化新工艺新技术。
它采用专用设备，利用各种热源将金属或非金属材料加热到熔化或半熔化状态，用高速气流将其吹成微小微粒并喷射到机件表面，形成覆盖涂层，以提高机件耐磨、耐蚀、耐热等性能。
热喷涂技术最早出现在上世纪早期的瑞士，随后在苏联、德国、日本、美困等圉得到了不断的发展，各种热喷涂设备的研制，新的热喷涂材料的开发，新技术的不断应用，使热喷涂涂层质量得到了不断的提高，并不断开拓新的应用领域。
目前，以火焰喷涂、超音速喷涂、电爆喷涂、电容放电喷涂、等离子喷涂为代表的热喷涂技术与设备，以及一系列喷涂喷焊粉末新材料，各种热喷涂技术趋于成熟，喷涂装置日益完善，不仅能喷金属、合金、陶瓷，还能喷涂塑料和复合材料。
近几年来电子计算机在等离子喷涂系统中的应用，使热喷涂技术达到了相当完善的地步，不仅使应用范嗣大为扩展，而且使涂层质量有了质的飞跃。
热喷涂技术不仅涉及到材料学、表面物理化学、流体力学、传热学、等离子物理等，还涉及到机械，计算机和新材料等学科，是一门交叉边缘学科。
热喷涂技术简介热喷涂技术是通过某种热源将某些材料表面加热至熔融或半熔融状态，然后喷射到涂敷的基体表面，形成一层性能优于原来基体的涂层，从而使原工件具有更加优异的表面性能，或者是使工件获得一种或几种原来基体材料不具备的表面性能膜状组织。
热喷涂技术的现状和发展
热喷涂技术的现状和发展
热喷涂技术是一种将粉末或线材材料喷涂在基材表面形成涂层
的技术。
目前，热喷涂技术已经广泛应用于航空航天、汽车、能源、建筑等各个领域。
热喷涂技术的发展主要体现在以下几个方面：
1. 材料的发展。
热喷涂技术需要高质量的喷涂材料，因此，随着材料科学的不断发展，热喷涂材料也在不断更新换代。
2. 技术的改进。
热喷涂技术的精度和效率越来越高，这主要得益于各种新的热喷涂设备的研发和改进。
3. 应用领域的扩展。
除了传统的航空航天、汽车、能源、建筑等领域，热喷涂技术还被应用于医疗、军事、电子等领域，应用领域不断扩展。
4. 环保性和可持续性。
热喷涂技术的环保性和可持续性越来越受关注，相关的研究也在不断进行。
总体来说，热喷涂技术在现代工业中占据着重要地位，并且在不断的发展和完善。
随着科技的不断进步，热喷涂技术的应用领域和发展前景将会更加广阔。
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热喷涂应用简介
热喷涂应用简介热喷涂是一种表面强化技术,是表面工程技术的重要组成部分，一直是我国重点推广的新技术项目，随着科技发展，热喷涂技术目前在国内已取得了比较广泛的推广应用，近年来发展的趋势和特点是：(1) 大面积长效防护技术得到了广泛应用，对于长期暴露在户外大气的钢铁结构件，采用喷涂铅、锌及其合金涂层代替传统的刷油漆方法，实行阴极保护进行长效大气防腐，近年来得到迅速发展。
如电视铁塔、桥梁、公路设施、水闸门、微波塔、高压输电铁塔、地下电缆支架、航标浮鼓、竖井井筒等大型工程都采用了喷涂铅、锌及其合金方法进行防腐。
目前国内有几十个专业喷涂厂从事这方面工作，喷涂面积每年达几百万平方米以上。
这项技术不仅在国内大量推广应用，而且在援外工程中也得到了较好的推广应用。
(2) 采用热喷涂技术修复与强化大型关键设备及进口零部件国产化，近年来这方面已有许多成功应用实例。
如：一米七轧机、高速风机转子、大型挤压机栓塞、大型齿轮、电极挤压成型喷、大功率汽车曲轴等，这些工作的进行，一是解决了生产急需；二是节约了大量外汇。
(3) 超音速火焰喷涂技术的应用随着我国热喷涂技术的发展与提高，对喷涂层质量要求也越来越高。
近年来美国等国家发展起来的高速燃气（HVOF ）法是制备高质量涂层的一种新的工艺方法。
由于超音速火焰喷涂方法具有很多优点，目前国内已先后从国外引进了近十台设备，在各工业部门发挥着重要作用。
(4)气体爆燃式喷涂技术进一步得到了应用，该项喷涂技术由于粒子飞行速度可达800M /S 以上，涂层与基体结合强度可达100MPa 以上，孔隙率＜ 1 ％，在某些领域里应用，优于其他喷涂方法。
目前国内已安装10 台以上。
(5)氧乙炔火焰塑料粉末喷涂技术发展迅速如前所述，国内近年来已有多家生产制造氧乙炔火焰塑料粉末喷涂设备，采用该项工艺技术，已在化工贮藏、管道、陶瓷行业、沪泥机板框、印染行业的导布辊、煤炭行业带式运输机铸件（铸铁）托轮、石油行业注塑设备，以及表面装潢。
热喷涂技术在冶金行业的应用及其发展
热喷涂技术在冶金行业的应用及其发展热喷涂技术是通过某种热源将某些材料加热至熔融或半熔融状态,然后喷射到涂敷的基体表面,形成一层性能优于原来基体的涂层,从而使原工件具有更加优异的表面性能,或者是使工件获得一种或几种原来基体材料不具备的表面性能膜状组织.这些表面性能包括耐磨、耐腐、耐热、抗氧化、隔热、绝缘、导电、密封、消毒、防微波辐射以及其他各种特殊的物理化学性能。
目前，包括航空、航天、原子能设备、电子等尖端技术在内的很多领域内，热喷涂技术都得到了广泛应用，并取得了良好的经济效益。
喷涂材料包括金属、陶瓷和塑料等。
喷涂层的形成包括喷涂材料的加热熔化阶段、熔滴的雾化阶段、粒子的飞行阶段和粒子的喷涂阶段。
涂层与基体的结合有机械结合、扩散结合、物理结合和冶金结合。
在使用放热型喷涂材料或采用高温热源喷涂时，熔融态的喷涂材料粒子会与熔化态的基体产生焊接现象，形成微区的冶金结合，提高涂层与基体的结合强度。
喷涂层内的粒子之间的结合以机械结合为主，而扩散结合、物理结合、冶金结合等也共同起作用。
1、热喷涂技术特点热喷涂方法大体可分为火焰喷涂法、爆炸喷涂法、超音速喷涂法、电弧喷涂法、等离子喷涂法等。
1．1火焰喷涂利用火焰为热源，将金属与非金属材料加热到熔融状态，在高速气流的推动下形成雾流，喷射到基体上，喷射的微小熔融颗粒撞击在基体上时，产生塑性变形，成为片状叠加沉积涂层，这一过程称为火焰喷涂。
火焰喷涂法是目前喷涂技术中使用较广泛的一种工艺。
采用火焰喷涂法技术，可以制备各种纯金属、合金、陶瓷等涂层。
1．2爆炸喷涂爆炸喷涂是先将一定比例的氧气和乙炔由供气口送入冷喷枪的燃烧室，经火花塞点火，氧气和乙炔混合气体发生爆炸式燃烧，然后由送粉器将喷涂粉末送入燃烧室，其热能将喷涂粉末加热到一定状态，最后在爆炸冲击波的作用下把粉末颗粒喷向工件表面而形成涂层。
爆炸喷涂法是一项技术难度较大、工艺性能较强的新技术，也是一种高能喷涂方法。
与一般火焰喷涂相比，必须提供足够高的气体压力，气体的消耗也很大。
超音速火焰喷涂工艺探索
术创新超音速火焰喷涂工艺探索虞扬（河北省邯郸市永年区海翔机械厂河北邯郸057150）摘要：超音速火焰喷涂技术是现代社会发展中应用重要的喷涂工艺，该技术在当前社会发展的冶金领域、石油工业领域、印刷领域中都有良好的应用，而在该技术的应用过程中，也存在涂层孔隙少、涂层材料适用性较低的问题。
基于此，本文针对超音速火焰喷涂工艺进行全面的研究和分析，提出该工艺的工艺原理，并对工艺应用的主要优势和问题进行探讨，同时也探索了超音速火焰喷涂工艺的未来发展趋势。
关键词：超音速火焰喷涂工艺探索应用探索中图分类号：O433.52文献标识码：A文章编号：1674-098X(2022)07(b)-0054-03超音速火焰喷涂工艺是现代热喷涂工艺的一种，也是现代热喷涂工艺的主要发展方向。
超音速火焰喷涂工艺的应用，在很大程度上满足了现代工业生产领域对喷涂工艺的需求。
但是，在现代工业生产的高要求背景下，超音速火焰喷涂工艺应用也存在一定的问题急需解决。
所以，在当前研究超音速火焰喷涂工艺的过程中，对工艺进行全面的解析非常关键。
在工艺原理基础上，对影响工艺实施的各项因素进行分析，继而实现对工艺的优化探索，促进超音速火焰喷涂工艺的发展。
1超音速火焰喷涂工艺的研发背景分析喷涂工艺是工业中需求量非常高的工艺，所以工业生产对于喷涂工艺的研发也从未停止。
在20世纪50年代左右，爆炸喷涂Ｄ-ｇｕｎ工艺是应用非常广泛的工艺手段，同时喷涂工艺的应用效果也符合当时社会生产的要求。
但是，随着工业生产的效率提高、工业生产对于喷涂工艺的应用需求也随之提高。
传统的Ｄ-ｇｕｎ喷涂工艺应用问题也逐渐暴露，在爆炸喷涂工艺应用中，存在工作环境差、工艺操作危险系数高、喷涂时间慢、效率较差的问题。
所以，在喷涂工艺应用过程中，相关专家开始了对新喷涂工艺的研发。
另外，研发新的喷涂工艺也是喷涂工艺市场的需求，因为在当时爆炸喷涂工艺一直都被Unine Carbide所垄断，所以研发新喷涂工艺也是在研发打破市场垄断的新技术［1］。
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热喷涂技术经过近一个世纪的发展，从简单的工艺技术发展成为完整的工业体系，已成为先进制造技术的重要组成部分。
在成长和发展过程中，由于专业和学科间的不断渗透、交叉、融合，技术日趋系统化、集成化，即发展成为集机械学、材料科学、热动力科学、高新技术和生物工程等专业为一体的新兴交叉学科，在制造业领域成为完整的工业体系。
热喷涂技术的核心是优质、高效、低消耗的表面改性，达到赋予基体材料表面特殊功能的目的。
技术的发展主要是新技术的发现、材料的创新、涂层质量控制软件体系、涂层制备基础理论研究和检测技术等诸方面。
1)近年来，随热喷涂技术的发展，新的工艺技术和新的应用领域不断地涌现。
涂层质量很大程度上依赖于喷射熔滴的速度，提高热喷涂射流和喷涂粒子的速度已成为当前国际热喷涂技术发展的新趋势，相继出现了爆炸喷涂、高速活性燃气火焰喷涂(HV AF)、高速电弧喷涂、活性电弧喷涂、高速等离子喷涂、三阴极内送粉等离子喷涂、溶液等离子喷涂(SPS)、冷气动力喷涂(CGDS)等新技术。
这些技术的共同特点是大幅度提高了喷涂粒子的飞行速度，降低了涂层孔隙率，提高了涂层结合强度。
高速等离子喷涂技术由于热源温度高、加热熔化效率高，可喷涂高熔点的陶瓷材料和超合金材料。
与普通等离子喷涂比较，高速等离子喷涂的射流速度超过5马赫，喷涂粒子速度可达500m/s，使得涂层更加致密，硬度、韧性、结合强度更高。
特别是制备高质量陶瓷涂层和金属陶瓷涂层，具有其他喷涂技术不可替代的优势。
三阴极内送粉等离子喷涂由三根平行的阴极将电弧一分为三，将喷涂粉末通过喷枪轴线与电弧同轴方向送入电弧，减少喷嘴局部过热的可能性，增加电弧稳定性和喷嘴使用寿命;延长粉末加热时间，提高了沉积速率和粉末材料利用率，沉积效率可高达90%，涂层质量均匀、致密、结合强度高。
溶液等离子喷涂是采用纳米先驱溶液或悬浮有纳米粒子的溶液为喷涂材料制备涂层的方法。
有效地解决了纳米粉末材料输送的技术难题，扩展了涂层材料的应用领域，为纳米涂层制备、推动纳米涂层的实际应用提供了可能。
HV AF高速活性燃气喷涂，既具有高速火焰喷涂速度高的特点，又具有控制和改变环境条件的能力。
活性燃烧气体使用丙烷、乙烯或MAPP气体，可产生还原性气氛;有最好的动能和热能匹配，喷涂粒子被加热到熔点以下，而粒子飞行速度高达800m/s，生产效率高，喷涂WC Co材料可达30kg/h;制备的金属合金和碳化物涂层含氧量非常低，涂层十分致密，可得到压应力或无应力涂层，是制备厚涂层最有效的方法之一。
高速活性电弧喷涂是在普通电弧喷涂的基础上，被电弧熔化的涂层材料被丙烷 空气燃烧所产生的高速气流雾化成细小微粒，并二次加速得到高速飞行的粒子束流，可有效地控制气流成氛得到还原环境，所得到的涂层含氧量低、涂层致密、孔隙率低、结合强度高。
冷气动力喷涂是由俄罗斯科学家在风洞试验中首次发现这一现象，根据这一现象发明了冷气动力喷涂技术。
它是利用高压、温度在260～760℃热气流，将喷涂材料加速沉积到基体表面形成涂层的方法。
超声速气体/粒子双相流、高压气流使粒径为1μm≤d≤50μm的粒子加速到450～1000m/s，在固态下形成孔隙率低、含氧量低、残余应力低的涂层，可完全保持喷涂材料原始成分。
有文献表明：双相气流速度越大，粒子的沉积效率越高。
现在美国和德国已研制成功成套冷气动力喷涂设备。
多种复合工艺技术已联合使用。
高速火焰喷涂制备结合底层，有效地控制结合层的含氧量，等离子喷涂制备工作面层;等离子喷涂或火焰喷涂预置涂层，激光照射重熔制备完全致密的陶瓷涂层，达到改变涂层组织性能的目的。
2)新型工艺技术的发现与应用促进了新材料的发展。
新型热障涂层材料，在氧化锆涂层上使用新成分和氧化锆复合，作为双层复合涂层;纳米涂层(纳米先驱溶液、纳米团聚体粉末)材料、功能复合涂层材料、生物功能涂层材料、金属间化合物涂层材料、微晶或非晶涂层材料等的
制备，已成为人们日益关注的重点。
3)在线控制质量保证体系。
涂层质量与喷涂工艺方法及工艺参数有十分紧密的关系，标准工艺参数的重现性和稳定性是保证涂层质量最基本环节。
工艺参数变化影响因素诸多，热功率的大小、热温度的分布、喷涂粒子的分布状况、粒子速度的高低，均成为涂层质量的重要因素。
在线质量控制，检测喷涂热源温度场的分布、喷涂粒子的飞行速度及状态，为优化并稳定涂层制备工艺参数获得优质涂层提供了基本保障。
芬兰Oseir公司研制的SprayWatch热喷涂粒子监测系统，是以CCD数字相机为基础而设计的，适应大多数热喷涂工艺的检测。
它能够方便地测量和监控喷涂过程中关键的工艺参数，如：喷涂粒子的温度、飞行速度的状态、数量及分布;喷涂束流的尺寸、位置和方向等。
有望研究开发监测系统和喷涂设备联机，形成在线控制、回馈、诊断、修正的新型智能热喷涂设备。
4)涂层制备基础理论研究和涂层性能检测方法。
采用神经网络、试验设计和其他优化方法来确定热喷涂涂层制备工艺参数与涂层性能之间的关系。
研究建立喷涂粒子受热状况、运动形式与喷嘴出口处条件之间的数学模型;涂层中残余应力形成模型;热喷涂过程中粒子流、等离子射流所形成的涂层模型和基体热通量模型。
喷涂过程中各种参数之间模型建立，在理论上研究控制涂层质量的方法。
通过采用光学显微镜、电子显微镜、X射线衍射、高速成像等检测技术，研究涂层的显微组织特性，分析喷涂参数对涂层结构和涂层性能的影响，预测涂层使用性能。
一览电镀英才网编辑部。