一(yī)文讀懂熱噴塗技術

熱噴塗的發展曆程

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

最初，熱噴塗主要用于噴塗裝飾塗層，以氧-乙炔火(huǒ)焰或電(diàn)弧噴塗鋁線和鋅線爲主。上世紀30~40年代，随着火(huǒ)焰和電(diàn)弧線材噴塗設備的完善及火(huǒ)焰粉末噴槍的出現，熱噴塗技術從最初的噴塗裝飾塗層發展爲用鋼絲修複機械零件，噴塗鋁或鋅作爲鋼鐵結構的防腐蝕塗層。

50年代爆炸噴塗技術及随後等離(lí)子噴塗技術的開(kāi)發成功，熱噴塗技術在航天航空等領域獲得了廣泛的應用。同一(yī)時期研制成功了自熔合金粉末，使通過塗層重熔工(gōng)藝消除塗層中(zhōng)的氣孔、與基體(tǐ)實現冶金結合成爲可能，擴大(dà)了熱噴塗技術的應用領域。

80年代初期開(kāi)發成功超音速火(huǒ)焰噴塗技術，90年代初期得到廣泛應用，使WC-Co硬質合金塗層的應用從航天航空領域大(dà)幅度擴大(dà)到各種工(gōng)業領域。功率高達200kW的高能等離(lí)子噴塗技術、超音速等離(lí)子噴塗技術、及軸向送粉式等離(lí)子噴塗技術的、尤其是高效能超音速等離(lí)子噴塗技術的出現，爲在各個工(gōng)業領域進一(yī)步有效地利用熱噴塗技術提供了有力的手段。

電(diàn)弧噴塗和豁然噴塗

我(wǒ)國熱噴塗技術是從20世紀50年代開(kāi)始的，當時由吳劍春等人在上海組建了國内第一(yī)個專業化噴塗廠，研制氧乙炔焰絲材噴塗及電(diàn)噴裝置，并對外(wài)開(kāi)展金屬噴塗業務。

60年代少數軍工(gōng)單位開(kāi)始研究等離(lí)子噴塗技術（如北(běi)京航空工(gōng)藝技術研究所、航天公司火(huǒ)箭技術研究院703所、航空部門410、420、430廠等單位），在我(wǒ)國軍工(gōng)部門開(kāi)始得到應用。

到了70年代中(zhōng)後期出現了許多品種的氧乙炔火(huǒ)焰金屬粉末噴塗（熔）設備和各種鎳、鐵、钴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發展打下(xià)了一(yī)個堅實的基礎。熱噴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，将直接提高塗層質量。

值得提出的是北(běi)京礦冶研究總院等單位在這一(yī)階段研制并開(kāi)發了鎳包鋁等放(fàng)熱型噴塗材料和多種複合粉末材料，拓寬了塗層應用範圍，給我(wǒ)國熱噴塗技術帶來生(shēng)機，這一(yī)階段可以說是我(wǒ)國熱噴塗技術發展的初級階段，盡管這一(yī)階段有了一(yī)定的進展，但總的來說進展緩慢(màn)，隻是到了70年代中(zhōng)後期80年代初才獲得了較快的發展。特别是原國家經委将熱噴塗技術作爲國家重點推廣項目以後，發展速度更快并取得了顯著的經濟效益。

1981年10月21～27日由國家經委、國家科委主持在北(běi)京召開(kāi)了首屆全國熱噴塗會議，會上宣布在國家經委領導下(xià)成立了全國熱噴塗協作組，挂靠北(běi)京礦冶研究總院。協作組對上聯系國家經貿委，對下(xià)聯系各省市、自治區經委科技處各部門科技局，以及大(dà)中(zhōng)型企業、大(dà)專院校、科研單位等，形成了跨地區、跨行業、跨部門推廣應用熱噴塗技術網絡體(tǐ)系。

1991年國家機電(diàn)部武漢材料保護研究所向國家民政部申請成立了中(zhōng)國表面工(gōng)程協會熱噴塗專業委員(yuán)會，現挂靠中(zhōng)國農機院。這兩個噴塗行業組織的先後成立，大(dà)大(dà)地促進了我(wǒ)國熱噴塗技術的發展，從業單位由20世紀80年代初的幾十家到目前已經發展到近2000家專業噴塗廠家，可以說這一(yī)階段我(wǒ)國熱噴塗技術發展到了一(yī)個繁榮昌盛階段，應用範圍逐漸擴大(dà)。

在機械、冶金、石化、電(diàn)力、鐵路、造紙(zhǐ)、輕紡、醫療衛生(shēng)、軍工(gōng)和國防等國民經濟許多部門得到了廣泛應用。上世紀90年代發展到一(yī)個嶄新階段，這一(yī)階段的發展特點是：設備方面向高能、高焓、高速度方向發展；材料方面向系列化、标準化、商(shāng)品化方向發展，以保證多功能高質量塗層的需要；工(gōng)藝技術方面向機械化、自動化方向發展，如計算機控制、機械操作等；

推廣應用的着重點是：

（1）緊緊抓住推廣應用中(zhōng)的主要問題。各行業、各地區抓好量大(dà)面廣的典型件進行推廣應用，如：冶金行業的高爐風口、連鑄機軋輥、爐底輥，電(diàn)力行業的鍋爐四管，煤炭行業的刮闆機中(zhōng)部槽、液壓支柱，機械行業的閥門，造紙(zhǐ)行業的烘缸，紡織行業的羅拉、過絲輪，石油行業的鑽杆、柱塞，制糖行業的底梳、面梳等。

（2）抓大(dà)型關鍵設備的維修與強化，如：冶金行業的萬噸油壓機柱塞、煉鐵廠的高爐大(dà)料鍾、寶鋼的高溫爐輥、獨山子煉油廠的燃氣輪機葉片以及濰坊純堿廠的二氧化碳壓縮機汽缸，這些設備其價值都在百萬元以上，甚至每天創造價值都在百萬元以上，修複意義重大(dà)。

（3）抓好進口零部件的維修與強化。近年來許多部門進口設備比較多，采用熱噴塗技術進行修複與強化既可解決生(shēng)産急需又(yòu)可節約大(dà)量外(wài)彙。

（4）開(kāi)展社會主義大(dà)協作，對重大(dà)設備采取專家會診，協作攻關。如包鋼引進德國6500m3引風機大(dà)軸、北(běi)京東方紅煉油廠引進日本的關鍵設備、武鋼1.7m軋機、西南(nán)鋁加工(gōng)廠号稱“國寶”的萬噸油壓機柱塞、貴州鋁廠的碳素電(diàn)極擠壓成形嘴等大(dà)型進口關鍵設備都組織專家會診，協作攻關，成功地進行了修複，既解決了企業生(shēng)産中(zhōng)的難關，又(yòu)爲國家節約了大(dà)量外(wài)彙，其經濟效益和社會效益重大(dà)。

（5）加強國内外(wài)的交流與合作，僅全國熱噴塗協作組就已經召開(kāi)了16屆年會和各種類型的國内外(wài)技術交流活動，舉辦了兩屆中(zhōng)、日熱噴塗技術研讨會以及多次國際間的技術交流活動。近年來和國際上有影響的相關組織和企業保持着密切的聯系，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）、蘇爾壽美科公司（SULZER METCO，SWITZERLAND）、普萊克斯公司（PRAXAIR，USA）以及愛羅普拉斯瑪株式會社（AEROPLASMA，JAPAN）等。

借鑒國外(wài)的先進熱噴塗技術，爲我(wǒ)國熱噴塗技術的發展與提高作出了重要舉措。還舉辦6次大(dà)型技術講座、30多次普及型和專業型技術培訓班，召開(kāi)7次大(dà)型現場技術經驗交流會，出版印刷10餘種論文集。“八五”期間熱噴塗技術的推廣應用獲國家“高效優質的熱噴塗技術”的推廣獎。

超音速噴塗和等離(lí)子噴塗

進入21世紀以來，我(wǒ)國的熱噴塗技術已經有了飛快的發展，設備與材料經過幾十年的自主開(kāi)發和引進、借鑒國外(wài)先進技術，目前，中(zhōng)國已能開(kāi)發和生(shēng)産真空等離(lí)子、大(dà)氣等離(lí)子（高能等離(lí)子）、爆炸噴塗、等離(lí)子堆焊、電(diàn)弧噴塗及火(huǒ)焰粉末噴塗及火(huǒ)焰線材噴塗設備，生(shēng)産金屬粉末(Ni、Co、Fe基)、各種複合粉、陶瓷、金屬陶瓷粉末、各種合金絲材和粉芯絲材等，基本上可以滿足國内熱噴塗市場的需要。有些品種已經達到國際先進水平。

冷噴塗和爆炸噴塗

應該特别指出的是，最早問世的火(huǒ)焰噴塗技術、電(diàn)弧噴塗技術在飛速發展的熱噴塗技術中(zhōng)，不但沒有被淘汰，而是經過不斷改進在适應各類材料的噴塗中(zhōng)繼續發展。

各種新型噴塗材料的出現，進一(yī)步擴大(dà)了火(huǒ)焰噴塗技術的使用範圍。新型火(huǒ)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(lí)子和HVOF/HVAF超音速以及爆炸噴塗的塗層優于常規火(huǒ)焰噴塗和電(diàn)弧噴塗，但由于投資(zī)大(dà)、操作控制系統複雜(zá)、設備笨重、無法現場施工(gōng)等缺點，應用範圍受到極大(dà)限制，在防腐和維修市場難以推廣普及。

新型火(huǒ)焰噴塗設備與技術和超音速電(diàn)弧噴塗設備與技術在工(gōng)業防腐和零件修複市場中(zhōng)永遠是主要技術力量。特别值得指出的是，電(diàn)弧噴塗既是一(yī)種古老的噴塗技術，又(yòu)是一(yī)種嶄新的噴塗技術。該技術産生(shēng)于20世紀初，當時由于受噴塗設備性能的限制，隻能噴塗一(yī)些低熔點的金屬材料來防止鋼鐵表面鏽蝕。随着熱噴塗技術的發展與提高，電(diàn)弧噴塗技術也在不斷進步。到了20世紀中(zhōng)期，電(diàn)弧噴塗技術已經占據了重要地位。後來由于等離(lí)子、爆炸等噴塗技術的出現，能滿足航空、航天、火(huǒ)箭等尖端技術的需要，在某種程度上限制了電(diàn)弧噴塗技術的發展。

進入90年代，由于北(běi)京工(gōng)業大(dà)學研制成功粉芯絲材，給電(diàn)弧噴塗技術帶來了生(shēng)機。粉芯絲材既克服了高合金成分(fēn)難以拔絲的困難，同時還能使一(yī)些不導電(diàn)的顆粒材料（陶瓷及碳化物(wù)）填充到粉芯絲材中(zhōng)，在電(diàn)弧噴塗上得以應用，如Al2O3、TiO2、TiB2和Cr3C2等。由于粉芯絲材成分(fēn)易調節、生(shēng)産周期短、選材便利、成本較低等優點，因此促進了電(diàn)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(diàn)弧噴塗技術發展得更快。随着電(diàn)弧噴塗材料的品種不斷增加，性能不斷提高，電(diàn)弧噴塗設備又(yòu)向精密化、自動化方向發展。如超音速電(diàn)弧噴塗、高速脈沖電(diàn)弧噴塗、複合電(diàn)弧噴塗、保護氣體(tǐ)電(diàn)弧噴塗和真空電(diàn)弧噴塗等，這些新的電(diàn)弧噴塗工(gōng)藝技術的出現，大(dà)大(dà)地提高了噴塗效率，改善了塗層質量，拓寬了電(diàn)弧噴塗技術的應用領域。當前這項技術很受青睐，在國民經濟許多部門發揮了重要作用，使古老的電(diàn)弧噴塗技術煥發了青春。

激光噴塗和HVAF超音速噴塗

熱噴塗設備與材料經過幾十年的自主開(kāi)發和引進、借鑒國外(wài)先進技術，目前，中(zhōng)國已能開(kāi)發和生(shēng)産真空等離(lí)子、大(dà)氣等離(lí)子、爆炸噴塗、等離(lí)子堆焊、電(diàn)弧噴塗、火(huǒ)焰粉末噴塗、火(huǒ)焰線材噴塗設備，生(shēng)産金屬粉末(Ni、Co、Fe基，合計約300t/年)、陶瓷、金屬陶瓷粉末(Al2O3、Al2O3+TiO2、Cr2O3、WC—Co等，合計約200t/年)，絲材(Al、Zn、Cu、不鏽鋼等，合計約1000t/年)。

盡管設備總體(tǐ)還沒有達到世界先進水平，材料方面仍有許多改進之處，但是，中(zhōng)國已成爲世界上少數幾個能在熱噴塗設備和材料上自給自足的國家之一(yī)，基本滿足熱噴塗行業需要。同時，約有10%的設備和材料仍需進口。

熱噴塗技術的應用現狀

熱噴塗技術作爲一(yī)種技術涉及面廣、加工(gōng)工(gōng)藝相對簡單靈活、應用範圍廣、經濟效益大(dà)的現代加工(gōng)新技術，它可使表面具備耐磨、防腐、絕熱、耐熱、導電(diàn)、絕緣、抗沖蝕、抗氧化、減摩、潤滑、防輻射等功能。不但可以用于機械零部件的修複和表面強化，而且可以用于制造。

由于噴塗材料的選擇範圍廣，不受整體(tǐ)材料合金化的限制，可較方便地獲得超硬合金、各種陶瓷或金屬陶瓷塗層以及各種功能塗層，且塗層相對于整體(tǐ)高級材料而言材料用量少，比起整體(tǐ)提高材質無疑要經濟得多，因此可大(dà)膽使用貴重材料，其成本不會增加很多，而材料的表面性能卻能得到大(dà)幅提高，經熱噴塗修複的零件使用壽命一(yī)般可以達到甚至數倍超過新品。

熱噴塗技術未來發展趨勢與展望

從未來的發展趨勢看，熱噴塗系統工(gōng)程的研究将越來越受到人們的重視。目前許多國家都加強了對熱噴塗系統工(gōng)程的研究，即從失效分(fēn)析入手，通過對表面預處理，噴塗設備、噴塗材料及噴塗工(gōng)藝的優化，制定出熱噴塗實施工(gōng)藝計劃。在發展過程中(zhōng)，熱噴塗技術與其他學科相互交叉滲透形成了新的表面處理工(gōng)藝。未來熱噴塗技術可能在以下(xià)方面發展：

（1）在噴塗材料的選擇方面：火(huǒ)焰噴塗技術、等離(lí)子噴塗技術和超音速火(huǒ)焰噴塗技術所采用的粉末型噴塗材料還将是市場需求主流，電(diàn)弧噴塗技術和冷噴塗技術噴塗材料的選擇雖然有一(yī)定的局限性，但未來随着工(gōng)藝進步與更新，還将得到進一(yī)步拓展。

（2）在塗層與基體(tǐ)的結合強度方面：冷噴塗、超音速火(huǒ)焰噴塗、超音速等離(lí)子噴塗和LPPS-TF塗層等與基體(tǐ)的結合強度相對較高的方法，将發揮更大(dà)的作用。

（3）在基礎理論的研究方面：熱噴塗技術是一(yī)個涉及多學科，交叉性很強的邊緣性學科。它由于受到高溫、高速以及力學非均勻性等參數因素的影響，熱噴塗技術基礎理論的研究面臨很大(dà)的困難，基礎理論的研究尤爲重要。

（4）在新型噴塗材料研發方面：熱噴塗材料總的發展趨勢是：塗層成分(fēn)的複合化和低雜(zá)質化，結構的超微化和納米化，而且納米結構複合型，多元合金等各種新型材料的研發爲研究的熱點。

（5）在噴塗工(gōng)藝和設備研發方面：提高塗層質量和擴展噴塗材料的關鍵是要提高噴塗粒子的能量和速度，因此，熱噴塗工(gōng)藝和設備的改進和開(kāi)發要向着高能和高速的方向發展。

（6）在新的應用領域拓展方面：熱噴塗技術具有和其它學科彼此滲透、相互貫通的特點，利用這一(yī)特點不斷的開(kāi)發新的熱噴塗技術，并開(kāi)發出新的熱噴塗技術應用領域。熱噴塗技術與其它相關技術的結合是探索和開(kāi)發熱噴塗新應用領域的有效途徑。

來源：CTSA熱噴塗技術平台