热喷涂粉末简介

热喷涂粉末(thermal spraying powders)

热喷涂硬面技术中常用的金属、合金和复合粉末。利用氧一乙炔火焰、等离子火焰或氧一乙炔爆炸火焰等热喷涂(焊)方法使这些独具特性的粉末瞬间受热、在熔化或半熔化状态下，随高速热流而被喷射沉积在冷的或热的工件表面上，形成表面强化层，以达提高工件表面的耐磨、耐蚀、耐热、抗氧化或修复外形尺寸等目的。这是一项经济、实用和高效的工艺技术，已得到广泛应用。

简史 热喷涂技术最早起源于1910年，由瑞士M V Schoop博士率先用氧一乙炔火焰喷枪进行金属喷涂。发展到四五十年代，随着新喷涂设备的问世，喷涂材料也由金属丝逐步发展为用金属粉末，其中特别是雾化预合金粉末和包覆复合粉末的应用更为广泛和成功。

种类 热喷涂粉末分为自熔合金、自粘结合金、耐蚀和耐氧化合金、陶瓷、金属陶瓷和复合粉末等。每种粉末都必须考虑其粒度组成、颗粒形状、流动性和成分的影响。一般在热喷涂过程中粉末的沉积率应在80%～95%之间。

自熔合金粉末 这种粉末熔点很低，可在正常大气中被熔融或重熔而与工件表面结合成一层本质上无-孔隙的致密层。自熔合金含有硼和硅熔剂，起“吸气剂”的作用，防止镍铬基体合金氧化，并形成一种抗氧化的硅酸硼“玻璃”。硼是镍的强化剂，又可降低镍基合金的熔点(可低至1040～1120℃)。硼硅熔剂可显著提高液态合金的流动性和表面张力，有利于形成致密涂层，涂层硬度范围为HRC30～50，其抗磨损、磨蚀性比相同硬度的钢高20倍。自熔合金又分为镍基、钴基、铁基和含碳化钨等种类粉末，几乎均用雾化法制取。常用于需要耐磨、耐蚀薄涂层和表面精整度高的工件。

耐磨、耐蚀、耐高温合金粉末 这是一种在以铬与钨合金化的钴基基体中含有共晶碳化物的合金粉末。例如各种成分的钴一铬一钨合金粉末。它可同时满足耐磨、耐腐蚀和耐高温的使用要求。但随着含碳化物重量百分数减少，其耐磨性和耐蚀性降低。这种喷涂粉末价格昂贵。现已研制出少钴或无钴的廉价替代品。

耐氧化合金粉末 耐氧化合金不能自熔，且总是以喷涂态使用。例如与316型相似的优质不锈钢、高铬不锈钢、镍铬合金以及高纯度球形铜粉等。它们几乎由雾化法生产，可用于制取光亮致密、高光洁度涂层或修复工作表面。

复合粉末 随着喷涂设备的发展，已研制出一类品种繁多、应用面广的新型热喷涂材料，即复合粉末。它往往以放热性白粘结合型的粉末面世。从此，各种高熔点的金属、合金、氧化物、碳化物及其他非金属材料均可以进行热喷涂。复合粉末可将各种材料进行不同的组合，由两种或更多种不同材料相结合而成为多相非均质颗粒，按粉末结构可分为包覆型和非包覆型两大类。前者是一种核心材料的颗粒表面完整而均匀地包覆一种或多种、一层或多层其他材料；后者则是由两种以上的细小的材料颗粒组成的较粗的二次粉末，多采用高能球磨机械合金化方法生产。复合粉末是非均质的，但颗粒之间的成分和各种组分的分布大体上是相对均匀的。

包覆型复合粉末是一种极为良好的热喷涂材料，具有广阔的发展前景，按其材质、性能和用途可大体分为如下类型：(1)自结合型。该种粉末以金属铝、钛、锆、铬及其合金为核心，外表包覆镍或钴，成为镍(钴)包铝、包钛、包锆等自粘结合金粉末。这种复合粉末的制取方法有液相沉积法、气相沉积法和固相热扩散粘结法等，其中湿法生产镍或钴包覆的复合粉末可直接从镍或钴的生产过程中制取；气相沉积的羰基法生产镍包铝粉也颇为成功。(2)耐磨损型。如以WC、TiC、BN、Cr3C2、SiC、TiN、金刚石为核心，其表面包覆金属镍、

钴、铜或合金Ni—Cr—Al、Co—Cr—Al—Y等，可用于制作加工工具或耐磨涂层。(3)可密密封型。如以一种可磨耗的、相对较软的粉末(石墨、硅藻土、氟化钙等)为核心，表面包覆金属，经处理或热喷涂等加工后形成一种可磨耗的涂层或部件，达到润滑与密封的目的。这种粉末有镍包石墨、铜包石墨、镍包硅藻土、镍一铜一铝包氟化钙等。(4)耐磨蚀型。如以钛、锆、铬、氧化铬为核心包覆镍、钴、铜、银、金等复合粉末，用于耐磨蚀件的表面涂层。(5)隔热耐热型。如以具有良好隔热或耐热性能的氧化锆、氧化铝和氧化钛等颗粒为核心，包覆作为粘结剂的金属，经热喷涂后可改善这些氧化物、矿物自身和工件基体的粘结而形成良好的隔热、耐热涂层，以提高工件表面的抗热耐磨耐冲刷性。这种涂层已广泛应用于航空发动机和宇宙飞船上。2100433B

(1)镍-铬系合金热喷涂粉末：该种热喷涂粉末的种类较多，例如镍-铬耐热合金，它是在镍中加入20%的铬制成的。镍-铬耐热合金在高温下几乎不氧化，是典型的耐热、耐蚀和耐高温氧化的涂层材料。涂层致密，与基体金属的粘结性能良好，是陶瓷、软金属等材料的涂层与基体的的过渡层材料，既能增加基体防高温气体侵蚀的能力，又能改善涂层与基体材料的粘结强度。

(2)镍-铬-铁系合金热喷涂粉末：此类热喷涂粉末是在镍-铬中加入适当的铁，其耐高温氧化性能比镍-铬系合金稍差一些，其他性能基本上与镍-铬系合金接近，突出的优点是价格比较便宜，因此可用作耐蚀工件的修补，也可做过渡层热喷涂粉末用。

(3)镍-铬-硼系合金热喷涂粉末：此系合金由于含有硼、铬和碳等元素，硬度比较高，韧性也适中，用喷涂后，其涂层耐磨、耐蚀、耐热性较好，可用于轴类、活塞等的防腐修复。

(4)镍-铝合金热喷涂粉末：镍-铝合金热喷涂粉末常用来打底层，它的每个微粒都是由微细的镍粉和铝粉组成。当喷涂时，热喷涂粉末通过火焰被加热到600摄氏度以上，镍和铝之间产生强烈的化学反应，生成金属间化合物，并放出大量的热，同时，部分铝还会氧化，产生更多的热量。在此高温下，镍可扩散到基材金属中去，可以使涂层的结合强度显著提高。镍-铝复合热喷涂粉末的另一显著特点是喷涂之后形成的涂层表面粗糙，因此提供了一个连接其他喷涂材料的理想表面。镍-铝复合热喷涂粉末的膨胀系数与大多数钢材的膨胀系数接近，因此也是一种理想的中间涂层材料。