熱噴塗技術詳解

熱噴塗技術可以在設備維修中修舊（jiù）利廢，使（shǐ）報廢了的零部件“起死回生”；也可以在（zài）新產品製造中進（jìn）行強化和預保護（hù），使其“益壽延年”。可以大量節約能源、節約（yuē）材料（liào）、提高功效、降（jiàng）低成本，特別適合我國（guó）國情，符合我國現行的經濟政策。是當前國家提倡的節能減排、低能耗（hào）、高效率的一項重要實用（yòng）技術。

熱噴塗（tú）的發展曆程

熱噴塗技術自1910年，由瑞士的M.U.Schoop博士完（wán）成最初的金屬熔液噴塗裝置以來，已有超過一百年的曆史（shǐ）。

最初，熱噴塗主要用於噴塗裝飾塗層，以氧-乙炔火焰或電弧噴塗鋁線和鋅（xīn）線為主。上世（shì）紀30~40年代，隨著火焰和電弧線材噴塗設備的完善及火焰粉（fěn）末噴槍（qiāng）的出現，熱噴塗技（jì）術（shù）從最初的（de）噴塗裝飾塗層發展（zhǎn）為用鋼絲修複機械零件，噴塗（tú）鋁或鋅作為鋼鐵結構的防腐蝕（shí）塗層。

50年代爆炸噴塗（tú）技術及隨後等離子噴塗技術的（de）開（kāi）發成（chéng）功，熱噴塗技術在航天航空等領域獲得了廣（guǎng）泛的應用（yòng）。同一時期（qī）研製成（chéng）功了自熔合金粉末（mò），使通過塗層重熔工藝消除塗層中的氣孔、與基體實（shí）現冶金結合成為可能，擴大了熱噴塗技術的應（yīng）用領域。

80年代初期開發成功超音速火（huǒ）焰（yàn）噴塗技術，90年代初期得到廣泛（fàn）應用，使WC-Co硬質合金塗層的應用從（cóng）航天航空（kōng）領域大（dà）幅度（dù）擴大到各種工業領域。功率高達200kW的高能等離子噴塗技（jì）術、超音速等離子噴塗技術、及軸向送粉式等離子（zǐ）噴塗技術的、尤其是高效能超音速等離子噴塗（tú）技術的出現，為在各個工業領域進一步有效地利用熱噴塗技術提供了有力的（de）手段。

 電弧噴塗和豁然噴塗

我國熱（rè）噴塗技術是從20世紀50年代開始的，當時由吳劍春等人在上海組建了國內第一個專業化噴塗廠，研製（zhì）氧乙炔焰絲材噴塗及電噴裝置，並對外開展金屬噴塗業（yè）務。

60年代少（shǎo）數軍工單位（wèi）開始研究等離子噴塗技術（如北京航空工（gōng）藝（yì）技術研究所、航（háng）天（tiān）公司火箭技術研究院（yuàn）703所、航空部門410、420、430廠等單位），在我國軍工部門開始得到應（yīng）用。

到了70年代中後期出現了（le）許多品種的氧乙炔火焰金屬粉末噴（pēn）塗（tú）（熔（róng））設備和各種鎳、鐵、鈷基自熔性合金粉及複合粉末噴塗材料，給熱噴塗技術快速向前（qián）發展打下了一個堅實的基礎（chǔ）。熱噴（pēn）塗材料是熱噴塗技術的“炊糧”，材料品種的增加和性能的改善，將直接提（tí）高塗層質量。

值得提（tí）出的是北京礦冶研究總院等單位在（zài）這一階段研製並開發了鎳包鋁等放熱型噴塗材料和多種複合粉末材（cái）料，拓（tuò）寬了塗層應用範圍，給我國熱噴（pēn）塗技（jì）術帶來生機，這一階段可以說是我國熱噴塗技術（shù）發展的初級階段，盡管這一階段有了（le）一定的進展，但總的來說進展緩慢，隻是到（dào）了70年代中後期80年代初才獲得了較（jiào）快的發展（zhǎn）。特別是原國家經委將熱噴塗技術作為國家重點推廣（guǎng）項目以後，發展速度更（gèng）快並取得了顯著的經濟效益（yì）。

1981年（nián）10月（yuè）21～27日由國家經（jīng）委、國家科委主持在北京召開了首屆全國熱噴塗會議，會上宣布在國家經委（wěi）領導下成立了全國熱噴塗協作組，掛靠北京礦（kuàng）冶（yě）研究總院。協作組對（duì）上聯係國家經（jīng）貿委，對下聯係各省市、自治區經委科技處各部門科技局，以及大中型企（qǐ）業、大專（zhuān）院校、科研單位等，形成了跨地區、跨行業、跨部門推（tuī）廣應用熱噴（pēn）塗技術網（wǎng）絡（luò）體（tǐ）係。

1991年國家機電部武漢材料保護研（yán）究所（suǒ）向國家民政部申請成立（lì）了中國表麵工程協會熱噴塗專業委員會，現掛靠中國農機院。這兩個（gè）噴塗行業組織（zhī）的先（xiān）後成立，大大地（dì）促進了我國熱噴塗技術的發展，從業單位（wèi）由20世紀80年代初的幾十家到目前已經（jīng）發展到近2000家專業噴塗廠家，可以說這一階段我國熱噴塗技術發展到了一個（gè）繁榮昌盛階段，應用範圍逐漸擴大。

在機械、冶（yě）金、石化、電（diàn）力、鐵路、造紙（zhǐ）、輕紡、醫療（liáo）衛生、軍工和國防等國民經濟許多部門得到了廣泛應用。上世紀90年代（dài）發展到一（yī）個嶄新階段，這（zhè）一階段的（de）發展（zhǎn）特（tè）點是：設備（bèi）方麵向高能、高焓、高速度方向發展；材料方麵向係列化、標準化、商品化方向（xiàng）發展，以保證多功能高質量（liàng）塗層的需要；工藝技（jì）術方麵向機械化、自動化方向發展，如計算機控製、機械操作等；

推廣應用的（de）著重點是：

（1）緊緊抓（zhuā）住推廣應用中的（de）主要問題。各行業、各地區抓（zhuā）好量大麵廣的典型件進行推廣應用，如：冶金行業的高爐風口、連鑄機（jī）軋輥、爐底輥，電力行業的鍋爐四管，煤炭行業的刮板機中部（bù）槽、液壓支柱，機械行業的閥門，造紙行（háng）業的烘（hōng）缸，紡織（zhī）行（háng）業的（de）羅拉、過絲（sī）輪，石（shí）油行業的鑽杆（gǎn）、柱塞（sāi），製（zhì）糖行業的底梳、麵梳等。

（2）抓大（dà）型（xíng）關鍵設備的維修與強化，如（rú）：冶金行業的萬噸油壓機柱塞、煉鐵廠的高爐大料鍾、寶鋼的高溫爐（lú）輥、獨山子煉油（yóu）廠的燃氣輪機（jī）葉片以（yǐ）及濰坊純堿廠的二（èr）氧化（huà）碳壓（yā）縮機汽缸，這（zhè）些設備其價值都在百萬元以上，甚至（zhì）每天創造價值都在百萬元以上，修複（fù）意義重大（dà）。

（3）抓好進口零部件的維修與（yǔ）強化。近年來許多部（bù）門進口設備比較多，采用熱噴塗技術進行修複（fù）與強化既可解決生產急需又可節（jiē）約大量外匯。

（4）開展社會主義大協作，對重大（dà）設備采取專家會診，協作（zuò）攻關。如包鋼引進德國6500m3引（yǐn）風機大軸、北（běi）京東方紅煉油廠引進日本（běn）的關鍵設備、武鋼1.7m軋機、西南鋁加工廠（chǎng）號稱“國寶”的萬噸油壓機柱（zhù）塞、貴州鋁廠的碳素電極擠壓成形嘴等大型進（jìn）口關鍵設備都組織專家（jiā）會診，協作攻關，成功地進行了修複，既解決了企業生產中的（de）難（nán）關，又為國家節約了大量外匯，其經濟（jì）效益和（hé）社會效益重大。

（5）加強國（guó）內（nèi）外的交（jiāo）流與合作，僅全國熱噴（pēn）塗協作組就已（yǐ）經召開（kāi）了16屆年會（huì）和各種類型的國內外技術交流活動，舉辦了兩屆中、日熱噴（pēn）塗技術研討會以及多次（cì）國際間的（de）技術交流活動（dòng）。近年來和國際上（shàng）有影響（xiǎng）的相關組織和企業保持著密切的聯係，如美國金屬學會熱噴塗協會（ASMTSS）、德國焊接學會（DVS）、國際熱噴塗協會（ISPC，CANADA）、蘇爾壽美科公（gōng）司（SULZER METCO，SWITZERLAND）、普萊克斯公司（PRAXAIR，USA）以及愛（ài）羅普拉斯瑪（mǎ）株式會社（AEROPLASMA，JAPAN）等。

借（jiè）鑒國外的先進熱噴（pēn）塗技術，為我國（guó）熱噴塗技術的發（fā）展（zhǎn）與提高作出了重要舉措。還舉辦6次大（dà）型技術講座、30多（duō）次普及型和專業型（xíng）技術培訓班（bān），召開7次大型現場技術經（jīng）驗交流會，出版印刷10餘種論文集。“八五”期間（jiān）熱（rè）噴塗（tú）技術的推廣應（yīng）用獲（huò）國家“高效優質的熱噴塗技術”的推廣獎。

超（chāo）音速噴塗和等離子噴塗

進入21世紀以來，我國的熱噴塗技術已（yǐ）經有了飛快的發展，設備與材料經過（guò）幾十年的自主開發和（hé）引進、借鑒國外先進技術，目前，中（zhōng）國（guó）已能開發和生產真空等離（lí）子（zǐ）、大氣等離子（高能等離子）、爆炸噴塗、等離子堆焊、電弧噴塗及火焰粉末噴塗及（jí）火焰（yàn）線材噴塗設備，生產金屬粉（fěn）末(Ni、Co、Fe基)、各種複合粉、陶（táo）瓷（cí）、金屬陶瓷（cí）粉末、各種合金絲材和（hé）粉芯絲材等，基本上可以滿足國內熱噴塗市場（chǎng）的需要。有（yǒu）些品（pǐn）種已經達到國際先進水平。

冷噴塗和爆炸噴塗（tú）

應（yīng）該（gāi）特別指出的是（shì），最早問世的火焰噴塗技術、電弧（hú）噴塗技（jì）術在（zài）飛速（sù）發展的熱噴塗技術中，不但沒有被淘汰，而是經過不斷改進在適應各類材料的噴塗中繼續發展。

各種新型（xíng）噴（pēn）塗材（cái）料的出現，進一（yī）步擴大了火焰噴塗技術的使用範圍。新型火焰噴塗槍可以噴塗各種金屬、陶瓷、金屬加陶瓷的複合材料和各種塑料粉末材料的塗層。盡管等離子和HVOF/HVAF超音速以及爆炸噴塗的塗層優於常規火焰噴塗和電弧噴塗，但由於投資大、操作控製（zhì）係統複雜、設備笨重、無法現場（chǎng）施工等缺（quē）點，應用（yòng）範圍受（shòu）到極大限製，在防腐和維修市場難以推廣普及。

新型火焰噴塗設備與技術和（hé）超音速電弧噴塗設備與技術在工業防腐和零件修複市場中永遠是主要技術力量。特別值得指出的是，電（diàn）弧噴塗既是一種（zhǒng）古老的噴塗技術，又是一種嶄新的（de）噴塗技術。該技術產生於20世紀初，當時由於受噴塗設備性能的限製，隻能噴塗一（yī）些低熔點的金（jīn）屬材料來防止鋼鐵表麵鏽蝕。隨著熱（rè）噴（pēn）塗技術的發展與提高，電弧噴塗技術也在不斷進步。到了20世紀（jì）中期，電弧噴塗技術已經占據了重要地位。後來由於等離子、爆（bào）炸等噴（pēn）塗技術的出（chū）現，能滿足航空、航天、火箭等（děng）尖端技術的需要，在某種程度上限製了電（diàn）弧（hú）噴塗（tú）技術的發展。

進入90年代，由於北京工（gōng）業大學研製成（chéng）功粉芯絲材，給電弧噴塗技術帶來了生機。粉芯絲材既克（kè）服（fú）了高合金成分難以拔絲的困難，同時還能使一些不（bú）導電的顆粒材料（陶（táo）瓷及碳化物）填充到粉芯絲材中，在電弧噴（pēn）塗（tú）上得以應用（yòng），如Al2O3、TiO2、TiB2和Cr3C2等。由於粉芯絲材成分易調節、生產周期短、選（xuǎn）材便利、成本較低等優點，因此促進了電弧噴塗技術的發展。

近年來高合金、鋅鋁合金（85/15）的絲材的出現，使電弧噴塗技術（shù）發展得（dé）更快。隨著電弧（hú）噴塗材料（liào）的品種不斷增加，性（xìng）能不斷提高，電弧噴塗設備又向精密化、自動化方向發展。如（rú）超音速電弧（hú）噴塗、高速脈衝電弧（hú）噴塗、複合電弧噴塗、保護氣體電弧噴塗和真空（kōng）電（diàn）弧噴塗等，這些新的電弧噴塗工藝技術的出現（xiàn），大大地（dì）提高了噴塗效率，改善了塗層質量，拓寬（kuān）了電弧（hú）噴塗技術的應（yīng）用（yòng）領域。當前這項技術很受青睞，在國民經濟許多部門（mén）發揮了重要作用，使古老的電弧（hú）噴塗技術煥（huàn）發了青春。

激光噴塗和（hé）HVAF超音速噴塗

熱噴塗設備與材料（liào）經過幾十年的自主開發和引進、借鑒國外先進技術，目前，中國已能開發和生產真空（kōng）等離子、大氣等離子、爆（bào）炸噴（pēn）塗（tú）、等離（lí）子堆焊、電弧噴塗、火焰粉末噴塗、火（huǒ）焰（yàn）線材噴塗設備，生（shēng）產金屬粉末(Ni、Co、Fe基，合計約（yuē）300t/年)、陶瓷、金屬陶瓷粉末(Al2O3、Al2O3+TiO2、Cr2O3、WC—Co等，合計約200t/年)，絲材（cái）(Al、Zn、Cu、不鏽鋼等，合（hé）計約1000t/年)。

盡管設（shè）備總體還沒有（yǒu）達到世界先進水平，材料方麵仍有許多改進之處，但是，中國已成為世界上（shàng）少數幾個能在熱噴（pēn）塗設備和材料上自給自足的國家之一，基（jī）本滿足（zú）熱（rè）噴（pēn）塗行（háng）業需要。同時，約有10%的設備（bèi）和材料仍需（xū）進口。

真空等離子噴塗

熱噴塗技術的應（yīng）用現狀

熱噴塗技術（shù）作為一種技術涉及麵廣、加（jiā）工工藝（yì）相對簡單（dān）靈活、應用範圍廣（guǎng）、經濟效益大的現代加工新技術，它可使表麵具備耐磨、防（fáng）腐、絕熱、耐熱、導（dǎo）電、絕緣、抗衝蝕、抗氧化、減摩、潤滑、防輻射等功能。不（bú）但可以用（yòng）於機械零部件的修複和表麵（miàn）強化（huà），而且可以用於製造。

由於噴塗材料的選擇範圍廣（guǎng），不受整體材料合金化的限製，可較方便地獲得超硬合金、各種陶瓷或金屬陶瓷（cí）塗層（céng）以及各種功能塗（tú）層，且塗層相（xiàng）對於整體高級材料而言材料用量少，比起（qǐ）整體提高材質無疑要經濟得多，因此可大膽使用貴重材料，其成本不會增加很多，而材料的表麵（miàn）性能卻能得到大幅提高，經熱噴（pēn）塗修複的零（líng）件使用壽命一般可以達到甚至數倍超過新品。

熱噴塗技術未來發展趨勢（shì）與展望

從（cóng）未來的（de）發展趨勢（shì）看，熱噴塗（tú）係統工程的（de）研究將越來（lái）越受到人們的（de）重視（shì）。目前許（xǔ）多國家都加強了對熱噴塗係統工程的研究，即從失效分（fèn）析入（rù）手，通過對表（biǎo）麵預處理，噴塗設備、噴塗（tú）材（cái）料及噴塗工藝（yì）的優化，製定出熱噴塗實（shí）施工（gōng）藝計劃。在發展過程中，熱（rè）噴塗技術與其他學科相互交叉滲透形成了新的表麵處理工藝（yì）。未來熱（rè）噴（pēn）塗技術可能在以（yǐ）下方麵發展：

（1）在（zài）噴塗材料的（de）選（xuǎn）擇方麵（miàn）：火焰噴塗技術、等（děng）離子噴塗技術和超音速火焰（yàn）噴塗（tú）技術所采用的粉末型噴塗材料還（hái）將是市場需求主流，電弧噴塗技術和冷噴（pēn）塗技術噴塗材料的選擇雖然有一（yī）定的局（jú）限性，但未來隨著工藝進步與更新，還將得到進一（yī）步拓展。

（2）在塗層與基（jī）體的結合強度方麵（miàn）：冷噴塗、超音速（sù）火焰噴（pēn）塗、超音速等離子噴塗和LPPS-TF塗層（céng）等與基體的結合強度相對較高的方法，將發揮更大的作用。

（3）在基礎理論的研（yán）究方麵：熱噴塗技術（shù）是一個涉及多學科，交叉性很強的邊緣性（xìng）學科。它由於受到高溫、高速以及力學非均（jun1）勻性（xìng）等參（cān）數因素的影響（xiǎng），熱噴塗技術基礎理論的研究（jiū）麵（miàn）臨很大（dà）的困難，基礎理論的研究（jiū）尤為重（chóng）要。

（4）在新型噴塗材料研發方麵：熱噴塗材料總的發展趨勢是（shì）：塗層成分的複合（hé）化和（hé）低雜質化，結構的超微化和納米化，而且納米結構複合型，多元（yuán）合金（jīn）等各種新型材料的研發為研究的熱點。

（5）在（zài）噴塗工藝和設備研發方（fāng）麵：提高塗層質量和擴展噴（pēn）塗材料的關鍵是要提高噴塗粒子（zǐ）的能量和速度，因此，熱噴塗工藝和設備的改進和開發要向著高能和高速的方向發展。

（6）在新的應用領域拓展方麵（miàn）：熱噴塗技術具有（yǒu）和其它學科彼此滲（shèn）透、相互貫通的特點（diǎn），利用這一特點不斷的（de）開發新的熱噴塗技術，並（bìng）開發出新的熱噴塗技術應用領域（yù）。熱噴塗技術與其它相關技（jì）術的結合是探索和開發熱噴（pēn）塗新應用領域（yù）的有效途（tú）徑（jìng）。