热喷涂和热喷焊技术的比较与优化

热喷涂是利用某种热源将喷涂材料加热熔融或半熔融状态，并用热源自身的动力或外加高速气流使其雾化，高速喷射到基材表面，在经过预处理的工件表面形成附着牢固的喷涂层的工艺方法。热喷涂可以在普通的基材上制备出各种耐磨、耐蚀、耐高温、隔热、抗氧化、导电、绝缘、密封、润滑、防辐射以及其他特殊性能的涂层。热喷涂技术已经有近百年的历史，开始主要是喷涂锌、铝等低熔点金属，第二次世界大战期间，线材火焰喷涂开始用于零件的修复，因不引起热变形及氧化等的优点而受到重视。由于这种技术与航空航天等尖端技术的发展密切相关，随航空航天的发展而发展，促进了热喷涂技术不断改进完善，新的喷涂方法和喷涂材料不断出现。热喷涂从可以制非金属涂层、合金涂层、塑料涂层、陶瓷涂层发展到复合涂层和梯度涂层，热喷涂可以非常经济地解决关键工件的表面强化与修复，广泛用于航天、航空、机械、冶金、能源、交通、石油、化工、轻纺等各行业。

图5-50所示为热喷涂层形成过程示意图，热喷涂的基本过程是：①喷涂材料熔化成熔融状态或半熔融状态；②雾化成数十到数百微米的微粒；③将微粒高速喷向基材表面，产生强烈碰撞成扁平状涂层并瞬时凝固如图5-50a所示，在凝固冷却的0.1s中，此扁平状涂层继续受环境和热气流影响如图5-50b所示，间隔约0.1s第二片薄片形成如图5-50c所示，通过已经形成的薄片向基体或涂层进行热传导，逐渐形成层状结构，图5-51所示为涂层断面结构示意图。这三个过程是在极短的时间内进行的，尽管喷涂材料被加热到熔融状态，但基体温度一般要低于200℃，少数情况下可达到350℃。机械结合是热喷涂层与基材的主要结合方式，也是喷涂粒子间的主要结合方式。热喷涂时熔融或接近熔融状态的粒子，以高速冲击经粗化处理过的基体表面，冷凝时收缩咬住基材凸点，形成机械结合，经多次堆积形成喷涂层；喷涂时，特别是喷涂放热型喷涂材料（如镍包铝粉末）时，基材表面有的微区接触温度可能超过其熔化温度，发生熔化，熔融粒子与基材形成微区冶金结合，进一步提高涂层与基材的结合强度；当熔融粒子高速撞击基材表面形成紧密接触时，由于变形、高温等作用，在涂层与基材之间可能产生微扩散，形成扩散结合，增加涂层与基材的结合强度；高温、高速的喷涂颗粒，撞击工件表面后，颗粒变形与基体紧密接触，颗粒与金属表面的距离可能达到原子晶格常数范围，进而形成金属键结合。热喷涂的技术特点：

图5-50 热喷涂层形成过程示意图

图5-51 涂层断面结构示意图

1）适用范围广，热喷涂的基材几乎不受限制，其中包括金属材料、陶瓷材料、非晶态材料和木材、布、纸等，几乎所有金属、合金、塑料、陶瓷以及它们的复合材料等都可以作为喷涂材料。(www.xing528.com)

2）工艺灵活，喷涂的零件不受尺寸大小和形状限制，可以对整体进行喷涂，也可局部表面喷涂，特别适于大型件的局部表面喷涂强化或修复。

3）喷涂层的厚度较易控制，涂层厚度从几十微米到几毫米。

4）除火焰喷涂外，喷涂过程母材受热温度低，组织性能变化很小，工件变形小。

5）操作简单，成本低廉，生产率高，经济效益显著。

热喷涂方法较多，根据热源种类主要有燃烧热喷涂和放电热喷涂两类，此外还有激光喷涂法。