熱噴涂通過賦予材料表面優(yōu)異的功能，從而滿足更高性能的使用需要或顯著延長零部件的服役壽命，并通過零部件的循環(huán)修復(fù)使用顯著延長材料的總體壽命。因而，減少了資源消耗，提高了資源利用效率。在我國大力推進(jìn)循環(huán)經(jīng)濟(jì)、建設(shè)節(jié)約型社會(huì)的今天，進(jìn)一步推廣熱噴涂技術(shù)的應(yīng)用意義重大。腐蝕與磨損是造成材料和零部件失效的主要原因，據(jù)報(bào)道發(fā)達(dá)國家因此造成的經(jīng)濟(jì)損失約占國民經(jīng)濟(jì)總產(chǎn)值的3%～5%。我國每年因腐蝕、磨損造成的損失已達(dá)幾千億元，這其中應(yīng)有相當(dāng)部分可以通過熱噴涂防護(hù)而挽回。因此熱噴涂技術(shù)在國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展中應(yīng)用空間廣闊、潛力巨大。

    1.  材料組成的復(fù)合化與低雜質(zhì)化

    各類噴涂材料隨著應(yīng)用對涂層性能需求的提高，單一或少組元的材料、雜質(zhì)含量高的材料難于滿足要求。合金粉末向多元素合金化方向發(fā)展，而不同組份的復(fù)合趨向多組元化。針對冶金行業(yè)大量消耗使用的各種規(guī)格大型爐底輥，由于最高使用溫度超過1100℃，抗氧化、耐磨性要求苛刻，為了達(dá)到使用壽命需要，必須在MCrAlY基礎(chǔ)上進(jìn)一步開發(fā)多組元的合金粉末。北京礦冶研究總院研究采用真空惰氣霧化法研究開發(fā)了CoCrAlTaYCA系7組元的合金粉末，合金粉末含8%～10%Ta，控制其氧含量低于0.1%，并將其與純Al2O3混合后進(jìn)行爆炸噴涂，涂層結(jié)合強(qiáng)度可達(dá)100MPa，這種多元合金粉與氧化物陶瓷的復(fù)合材料高溫性能優(yōu)異，使?fàn)t底輥壽命延長至一年。

    針對航空應(yīng)用的高溫封嚴(yán)涂層，要求涂層700℃以上保持良好可磨耗性能的同時(shí)具有較強(qiáng)的綜合性能，在Ni/Cg基礎(chǔ)上結(jié)合NiCr/Al進(jìn)一步研究開發(fā)的“金屬/合金/非金屬”型NiCrAl/NiCg材料的等離子涂層滿足了嚴(yán)格的使用要求。

    適用于常規(guī)機(jī)械部件表面強(qiáng)化或修復(fù)的低成本、一步噴涂耐磨涂層材料是將FeCrBSi合金粉末、碳化鎢、鎳鋁三種材料結(jié)合的新型熱噴涂材料。使重型車輛軸等磨損部件的壽命較之單獨(dú)采用FeCrBSi合金粉末噴涂提高顯著，且綜合成本降低，在生產(chǎn)中獲得了很好的應(yīng)用效果。

    在實(shí)芯、粉芯復(fù)合絲材中多組元的使用，充分發(fā)揮了涂層的綜合性能，如北京工業(yè)大學(xué)開發(fā)的FeCrNiBSiRE粉芯絲材電弧噴涂涂層的耐磨性為3Cr13的兩倍，具有良好的抗沖擊磨損性能，在電站鍋爐“四管”防護(hù)上獲得應(yīng)用；北京有色金屬研究院開發(fā)的Ni-Cr-Ti合金絲電弧噴涂涂層性能達(dá)到TAFA公司的45CT水平，而價(jià)格僅為其1/3。

    2.材料結(jié)構(gòu)的超微與納米化

    采用納米材料制備新型噴涂材料或添加納米材料對熱噴涂材料進(jìn)行改性日益受到關(guān)注。納米材料的使用，有助于使涂層的組織結(jié)構(gòu)細(xì)化、均勻化，從而獲得更高的涂層性能。目前我國研究較多的納米熱噴涂材料包括納米WC/Co、ZrO2、ZrO2·Y2O3、Al2O3·TiO2、NiAl等，制備途徑多是先獲得原始納米粉末，再通過造粒獲得適宜噴涂的顆粒。北京礦冶研究總院采用離心噴霧干燥以平均粒徑為60nm的Cr2O3粉末為主要原料研制出Cr2O3·5%SiO2·3%TiO2團(tuán)聚粉末，經(jīng)熱處理后粉末松裝密度達(dá)到1.30g/cm3、流動(dòng)性達(dá)到21.5s/50g，滿足了噴涂需要。武漢理工大學(xué)采用晶粒尺寸為60～80nm、造粒后平均粒徑為29nm的WC·12%Co粉末進(jìn)行HVOF噴涂，結(jié)果顯示納米WC·12%Co材料比常規(guī)的微米WC·12%Co材料噴涂后涂層的顯微硬度明顯提高、沖蝕失重明顯減少。武漢材料保護(hù)研究所采用晶粒尺寸20.3nm的ZrO2·8%Y2O3納米氧化鋯團(tuán)聚粉末，經(jīng)合適的等離子噴涂工藝獲得了晶粒尺寸為46.9nm的涂層。涂層在鎳基高溫合金表面制取，底層NiCrAlY厚度0.09～0.11mm，面層厚度0.25mm。與微米ZrO2·8%Y2O3涂層相比，涂層的孔隙率增加，涂層的熱震性能提高約50%，熱導(dǎo)率低約36%，1200℃時(shí)的隔熱溫度為162℃，比噴涂熱障涂層提高31℃。

    等離子噴涂過程當(dāng)涂層為0.6～0.9mm厚時(shí)，涂層的結(jié)合強(qiáng)度由微米鋁包鎳的32.2MPa提高到納米鋁包鎳的35.8MPa；0.06～0.15mm厚時(shí)由44.0～51.5MPa提高到48.7～55.0MPa，相對耐磨性顯著提高。制備的復(fù)合粉末包括Ni/Al、NiCr/Al、NiCr/AlCoY2O3及FeCrNiWC/Al等。納米鋁粉包覆的鋁包鎳、鎳鉻鋁適用于不同的條件的粘結(jié)底層或工作面層，鎳鉻鋁鈷氧化釔用于高溫?zé)嵴贤繉拥讓樱F鉻鎳鋁碳化鎢作自粘結(jié)耐磨工作涂層使用，幾種涂層材料產(chǎn)品在性能上優(yōu)于國外同類材料水平、成本低，均已獲得工業(yè)應(yīng)用。

    3.材料性能的高端化

    隨著涂層性能的不斷追求，需要材料適應(yīng)單一性能的高端發(fā)展或綜合性能的充分配合。如WC/Co在許多使用中著重中低溫抗磨損性能，而對某些則需要保持較高抗微動(dòng)磨損性能的同時(shí)涂層具有更高的結(jié)合力、韌性及較低的摩擦系數(shù)，為此發(fā)展了一種含鈷量較高的WC·25%Co材料，并使其適應(yīng)爆炸噴涂的工藝要求。對ZrO2·Y2O3隔熱涂層一直追求材料應(yīng)具有最高的隔熱效果，即最低的導(dǎo)熱系數(shù)。NiAl材料有多種形式，適應(yīng)不同的噴涂工藝、不同部件或基材的底層應(yīng)用，結(jié)合力則是最重要的技術(shù)指標(biāo)。為了使冶金行業(yè)的沉沒輥表面獲得更高的耐金屬液熱蝕特性，采用的強(qiáng)化相由WC到Cr3C2，再到MoB2。為了最終應(yīng)用，材料性能的追求必須以可接受的成本為限。

    4.用途的專業(yè)化、系列化

    熱噴涂材料的不斷發(fā)展，為應(yīng)用提供了越來越多的選擇，也使材料本身進(jìn)一步走向?qū)I(yè)化、系列化。封嚴(yán)涂層材料已發(fā)展成聚苯脂、氮化硼、石墨、硅藻土和膨潤土等為主要可磨組份的數(shù)十種材料，如AlSi/聚苯脂、Al/BN、Cu/Cg、Ni/Cg、CuAl/Cg、NiCrAl/Cg、Ni/硅藻土、NiCrAl/膨潤土等，適應(yīng)不同使用溫度、耐磨性以至基材、部件形狀等使用要求。NiCrBSi則根據(jù)涂層硬度要求發(fā)展成系列化的合金粉末品種，還通過加入不同含量的WC系組份延伸品種數(shù)量。WC/Co也根據(jù)Co含量的不同、碳化鎢形態(tài)的差異形成多個(gè)品種。各類絲材、棒材也已逐步走向系列化。如用于電站鍋爐“四管”的電弧噴涂面層粉芯絲材7Cr13、3Cr13、NiCr/ Cr3C2、NiCrBSi等，底層NiAl合金絲、NiCr合金絲、NiCrTi合金絲、FeCrAl合金絲等。我國目前已有百種以上的熱噴涂材料在工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用。

    民用與軍工兩大應(yīng)用領(lǐng)域需求的牽引及包括新型熱噴涂材料在內(nèi)的自身科技水平的不斷推進(jìn)，使我國熱噴涂行業(yè)近年來發(fā)展速度顯著加快。民用市場的高速發(fā)展刺激了材料用量規(guī)模的增長，而軍工需求則從實(shí)質(zhì)上帶動(dòng)了高質(zhì)量、新型熱噴涂材料走向?qū)嵱没Ｎ覈鵁釃娡啃袠I(yè)已形成規(guī)模，據(jù)估計(jì)國內(nèi)目前從事熱噴涂技術(shù)研究開發(fā)或生產(chǎn)的單位約1500家。各類熱噴涂材料的應(yīng)用已隨著熱噴涂技術(shù)的推廣滲透到航空航天、冶金、機(jī)械、石化、電力和汽車等國民經(jīng)濟(jì)及國防軍工的幾乎各個(gè)工業(yè)領(lǐng)域，目前已進(jìn)入了新的快速發(fā)展階段，應(yīng)用領(lǐng)域不斷拓展，在各類工業(yè)部件的新件制造與舊件修復(fù)、延長部件或材料的服役壽命或賦予材料特殊性能等方面發(fā)揮越來越重要的作用。

    結(jié)語

    （1）經(jīng)過多年的發(fā)展，我國熱噴涂材料的品種繁多，百種粉末、絲材、棒材產(chǎn)品已隨著熱噴涂技術(shù)應(yīng)用到各個(gè)工業(yè)領(lǐng)域。對一系列金屬合金、陶瓷粉末、復(fù)合等粉末材料，合金、粉芯絲材，氧化物陶瓷棒材產(chǎn)品均已形成成熟的生產(chǎn)技術(shù)。

    （2）熱噴涂材料總的技術(shù)發(fā)展趨勢在于：組成的復(fù)合化與低雜質(zhì)化，結(jié)構(gòu)的超微或納米化，性能的高端化，用途的專業(yè)化、系列化。納米結(jié)構(gòu)、復(fù)合型、多元合金等各種新型材料成為研究開發(fā)熱點(diǎn)并迅速走向應(yīng)用。

    （3）我國熱噴涂行業(yè)已形成規(guī)模，熱噴涂材料隨著熱噴涂技術(shù)的發(fā)展進(jìn)入了新的快速發(fā)展階段，應(yīng)用不斷拓展，在大力倡導(dǎo)節(jié)約型社會(huì)的今天，發(fā)展前景廣闊。

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責(zé)任編輯：龐雪潔

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