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概述 热喷涂技术是材料表面强化与保护的新技术，在表面改性技术中占有重要地位。该项技术在我国始于20世纪50年代，至70年代末已经形成气候。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，成为表面技术重要组成部分。 1．热喷涂技术 美国焊接学会于1980年对热喷涂作了如下新的定义：“细的各种金属或非金属颗粒在熔融或半熔融状态下沉积而形成涂层”，显然这一定义很不完全。 一般认为，热喷涂就是利用某种热源，如电弧、等离子弧、燃烧火焰等将粉末状或丝状的金属或非金属涂层材料加热到熔融或半熔融态，然后借助焰流本身的动力或外加的高速气流雾化，并以一定的速度喷射到经过预处理的基体材料表面，与基体材料结合而形成具有各种功能的表面覆盖涂层的一种技术，其基本过程如图3.1所示。
图3.1热喷涂基本过程示意图 喷涂材料从进入热源到形成涂层，可分成四个阶段。首先，材料被加热熔化，丝材端部被加热后熔化，形成熔滴；粉末则被熔化或软化。第二阶段，丝材的熔滴在高速气流下雾化成微粒后被加速；而粉末材料直接被气流加速。接着，高温熔融的微粒进入飞行阶段，微粒、粉末先被加速，此后随着距离的增加而减逮，同时它们与周围气体发生某些反应，自身温度也要降低。最后，这些具有一定温度和速度的微粒与基材表面产生猛烈的撞击，大部分微粒会产生剧烈的变形和快速的冷却并沉积在工件表面形成涂层。 热喷涂的形成过程决定了涂层结构特征。热喷涂层是由无数个形貌不同的变形粒子组成的层状结构。涂层中存在着一定量的气孔、氧化物夹杂、纵向或横向的微裂纹。典型结构示意如图3.2。通过材料和工艺的调整可控制涂层结构中的某些变化，获得理想的涂层结构。如控制在涂层厚度方向的气孔分布，提高厚涂层的可靠性；控制横向裂纹，诱发纵向微裂纹的生成，以提高涂层的韧性，即所谓的“裂纹增韧”；控制粒子温度，只是软化而不是熔化，同时大大提高粒子的冲击速度，使粒子获得理想变形。
图3.2热喷涂层的显微结构示意图 1-氧化夹杂物；2-喷砂残留砂粒；3-横向裂纹；4-纵向裂纹；5-变形不良颗粒；6-横向裂纹；7-大颗粒溶滴；8-孔隙 涂层的结合包括涂层与基体的结合和涂层内部的结合。涂层与基体表面的黏结力称为结合力，涂层内部的黏结力称为内聚力。涂层中颗粒与基体之间的结合以及颗粒之间的结合机理，目前尚无定论，通常认为有以下几种方式。 ①机械结合，碰撞成扁平状并随基体表面起伏的颗粒和凹凸不平的表面相互嵌合，以颗粒的机械联锁而形成的结合（抛锚效应），一般来说，涂层与基体的结合以机械结合为主。 ②冶金一化学结合，这是涂层和基体表面产主冶金反应，如出现扩散和合金化的一种结合类型，当喷涂后进行重熔即喷焊时，喷焊层与基体的结合主要是冶金结合。 ③物理结合，颗粒与基体表面间由范德华力或次价键形成的结合。 2．热喷涂分类 热喷涂一般按照其热源类型进行分类，在此基础上必要时可再冠以喷涂材料的形态（粉材、丝材、棒材）、材料性质（金属、非金属）、能量级别（高能、高速）、喷涂环境（大气、真空、负压）等，如图3.3所示。
图3.3热喷涂的分类表 热喷涂技术由于具有适用范围广、工艺灵活、涂层厚度可调整范围大、工件受热程度可控、生产效率高等优点，已广泛应用于几乎所有工业领域以及家庭用品。但热喷涂技术也存在涂层结合力差；涂层含有一定孔隙度，对腐蚀、氧化、绝缘性能有一定影响；涂层材料回收率低；劳动条件差等局限性。热喷涂与几种工业常用表面技术的特点比较见表3.1。 表3.1常用表面技术的特点比较
热喷涂涂层的应用领域如表3.2所示。 表3.2热喷涂涂层的主要应用领域
热喷涂技术的发展趋势和特点是，大面积长效防护技术得到广泛应用，对于长期暴露在户外大气的钢铁结构件采用喷涂铝、锌及其合金涂层，代替传统的刷油漆的方法，实行阴极保护进行长效大气防腐；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；超音速火焰喷涂技术的应用；气体爆燃式喷涂技术进一步得到应用；高速、自动氧乙炔火焰粉末喷涂技术发展迅速；热喷技术在化工防腐工程中得到应用；激光重熔技术开始应用。热喷涂技术在军事、水利、电力、化工、建筑、环保、生物等众多工程领域得到日益广泛的应用，热喷涂在海洋工程方面也得到广泛的应用。 |
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