熱噴涂粉末簡介

熱噴涂粉末(thermal spraying powders)

熱噴涂硬面技術(shù)中常用的金屬、合金和復(fù)合粉末。利用氧一乙炔火焰、等離子火焰或氧一乙炔爆炸火焰等熱噴涂(焊)方法使這些獨(dú)具特性的粉末瞬間受熱、在熔化或半熔化狀態(tài)下，隨高速熱流而被噴射沉積在冷的或熱的工件表面上，形成表面強(qiáng)化層，以達(dá)提高工件表面的耐磨、耐蝕、耐熱、抗氧化或修復(fù)外形尺寸等目的。這是一項(xiàng)經(jīng)濟(jì)、實(shí)用和高效的工藝技術(shù)，已得到廣泛應(yīng)用。

簡史 熱噴涂技術(shù)最早起源于1910年，由瑞士M V Schoop博士率先用氧一乙炔火焰噴槍進(jìn)行金屬噴涂。發(fā)展到四五十年代，隨著新噴涂設(shè)備的問世，噴涂材料也由金屬絲逐步發(fā)展為用金屬粉末，其中特別是霧化預(yù)合金粉末和包覆復(fù)合粉末的應(yīng)用更為廣泛和成功。

種類 熱噴涂粉末分為自熔合金、自粘結(jié)合金、耐蝕和耐氧化合金、陶瓷、金屬陶瓷和復(fù)合粉末等。每種粉末都必須考慮其粒度組成、顆粒形狀、流動性和成分的影響。一般在熱噴涂過程中粉末的沉積率應(yīng)在80%～95%之間。

自熔合金粉末 這種粉末熔點(diǎn)很低，可在正常大氣中被熔融或重熔而與工件表面結(jié)合成一層本質(zhì)上無-孔隙的致密層。自熔合金含有硼和硅熔劑，起“吸氣劑”的作用，防止鎳鉻基體合金氧化，并形成一種抗氧化的硅酸硼“玻璃”。硼是鎳的強(qiáng)化劑，又可降低鎳基合金的熔點(diǎn)(可低至1040～1120℃)。硼硅熔劑可顯著提高液態(tài)合金的流動性和表面張力，有利于形成致密涂層，涂層硬度范圍為HRC30～50，其抗磨損、磨蝕性比相同硬度的鋼高20倍。自熔合金又分為鎳基、鈷基、鐵基和含碳化鎢等種類粉末，幾乎均用霧化法制取。常用于需要耐磨、耐蝕薄涂層和表面精整度高的工件。

耐磨、耐蝕、耐高溫合金粉末 這是一種在以鉻與鎢合金化的鈷基基體中含有共晶碳化物的合金粉末。例如各種成分的鈷一鉻一鎢合金粉末。它可同時滿足耐磨、耐腐蝕和耐高溫的使用要求。但隨著含碳化物重量百分?jǐn)?shù)減少，其耐磨性和耐蝕性降低。這種噴涂粉末價格昂貴?，F(xiàn)已研制出少鈷或無鈷的廉價替代品。

耐氧化合金粉末 耐氧化合金不能自熔，且總是以噴涂態(tài)使用。例如與316型相似的優(yōu)質(zhì)不銹鋼、高鉻不銹鋼、鎳鉻合金以及高純度球形銅粉等。它們幾乎由霧化法生產(chǎn)，可用于制取光亮致密、高光潔度涂層或修復(fù)工作表面。

復(fù)合粉末 隨著噴涂設(shè)備的發(fā)展，已研制出一類品種繁多、應(yīng)用面廣的新型熱噴涂材料，即復(fù)合粉末。它往往以放熱性白粘結(jié)合型的粉末面世。從此，各種高熔點(diǎn)的金屬、合金、氧化物、碳化物及其他非金屬材料均可以進(jìn)行熱噴涂。復(fù)合粉末可將各種材料進(jìn)行不同的組合，由兩種或更多種不同材料相結(jié)合而成為多相非均質(zhì)顆粒，按粉末結(jié)構(gòu)可分為包覆型和非包覆型兩大類。前者是一種核心材料的顆粒表面完整而均勻地包覆一種或多種、一層或多層其他材料；后者則是由兩種以上的細(xì)小的材料顆粒組成的較粗的二次粉末，多采用高能球磨機(jī)械合金化方法生產(chǎn)。復(fù)合粉末是非均質(zhì)的，但顆粒之間的成分和各種組分的分布大體上是相對均勻的。

包覆型復(fù)合粉末是一種極為良好的熱噴涂材料，具有廣闊的發(fā)展前景，按其材質(zhì)、性能和用途可大體分為如下類型：(1)自結(jié)合型。該種粉末以金屬鋁、鈦、鋯、鉻及其合金為核心，外表包覆鎳或鈷，成為鎳(鈷)包鋁、包鈦、包鋯等自粘結(jié)合金粉末。這種復(fù)合粉末的制取方法有液相沉積法、氣相沉積法和固相熱擴(kuò)散粘結(jié)法等，其中濕法生產(chǎn)鎳或鈷包覆的復(fù)合粉末可直接從鎳或鈷的生產(chǎn)過程中制??；氣相沉積的羰基法生產(chǎn)鎳包鋁粉也頗為成功。(2)耐磨損型。如以WC、TiC、BN、Cr3C2、SiC、TiN、金剛石為核心，其表面包覆金屬鎳、

鈷、銅或合金Ni—Cr—Al、Co—Cr—Al—Y等，可用于制作加工工具或耐磨涂層。(3)可密密封型。如以一種可磨耗的、相對較軟的粉末(石墨、硅藻土、氟化鈣等)為核心，表面包覆金屬，經(jīng)處理或熱噴涂等加工后形成一種可磨耗的涂層或部件，達(dá)到潤滑與密封的目的。這種粉末有鎳包石墨、銅包石墨、鎳包硅藻土、鎳一銅一鋁包氟化鈣等。(4)耐磨蝕型。如以鈦、鋯、鉻、氧化鉻為核心包覆鎳、鈷、銅、銀、金等復(fù)合粉末，用于耐磨蝕件的表面涂層。(5)隔熱耐熱型。如以具有良好隔熱或耐熱性能的氧化鋯、氧化鋁和氧化鈦等顆粒為核心，包覆作為粘結(jié)劑的金屬，經(jīng)熱噴涂后可改善這些氧化物、礦物自身和工件基體的粘結(jié)而形成良好的隔熱、耐熱涂層，以提高工件表面的抗熱耐磨耐沖刷性。這種涂層已廣泛應(yīng)用于航空發(fā)動機(jī)和宇宙飛船上。2100433B

(1)鎳-鉻系合金熱噴涂粉末：該種熱噴涂粉末的種類較多，例如鎳-鉻耐熱合金，它是在鎳中加入20%的鉻制成的。鎳-鉻耐熱合金在高溫下幾乎不氧化，是典型的耐熱、耐蝕和耐高溫氧化的涂層材料。涂層致密，與基體金屬的粘結(jié)性能良好，是陶瓷、軟金屬等材料的涂層與基體的的過渡層材料，既能增加基體防高溫氣體侵蝕的能力，又能改善涂層與基體材料的粘結(jié)強(qiáng)度。

(2)鎳-鉻-鐵系合金熱噴涂粉末：此類熱噴涂粉末是在鎳-鉻中加入適當(dāng)?shù)蔫F，其耐高溫氧化性能比鎳-鉻系合金稍差一些，其他性能基本上與鎳-鉻系合金接近，突出的優(yōu)點(diǎn)是價格比較便宜，因此可用作耐蝕工件的修補(bǔ)，也可做過渡層熱噴涂粉末用。

(3)鎳-鉻-硼系合金熱噴涂粉末：此系合金由于含有硼、鉻和碳等元素，硬度比較高，韌性也適中，用噴涂后，其涂層耐磨、耐蝕、耐熱性較好，可用于軸類、活塞等的防腐修復(fù)。

(4)鎳-鋁合金熱噴涂粉末：鎳-鋁合金熱噴涂粉末常用來打底層，它的每個微粒都是由微細(xì)的鎳粉和鋁粉組成。當(dāng)噴涂時，熱噴涂粉末通過火焰被加熱到600攝氏度以上，鎳和鋁之間產(chǎn)生強(qiáng)烈的化學(xué)反應(yīng)，生成金屬間化合物，并放出大量的熱，同時，部分鋁還會氧化，產(chǎn)生更多的熱量。在此高溫下，鎳可擴(kuò)散到基材金屬中去，可以使涂層的結(jié)合強(qiáng)度顯著提高。鎳-鋁復(fù)合熱噴涂粉末的另一顯著特點(diǎn)是噴涂之后形成的涂層表面粗糙，因此提供了一個連接其他噴涂材料的理想表面。鎳-鋁復(fù)合熱噴涂粉末的膨脹系數(shù)與大多數(shù)鋼材的膨脹系數(shù)接近，因此也是一種理想的中間涂層材料。