熱噴涂技術(shù)與陶瓷涂層的應(yīng)用

陶瓷涂層技術(shù)的特點與整體結(jié)構(gòu)陶瓷材料相比，陶瓷涂層技術(shù)具有如下特點：1.能有機(jī)地把金屬材料的強(qiáng)韌性、易加工性等和陶瓷材料的耐高溫、耐磨和耐腐蝕等特性結(jié)合起來。2.合理選擇涂層材料和適宜的噴涂工藝，可以獲得各種功能的表面強(qiáng)化涂層。3.不受基體的限制：用于熱噴涂的基體材料可以是金屬、陶瓷、水泥、耐火材料、石料、石膏等無機(jī)材料，也可以是塑料、橡膠、木材、紙張等有機(jī)材料。4.不受工件尺寸和施工場所的限制。5.涂層沉積速率快，厚度可控，工藝簡單。6.陶瓷涂層的可加工性好，且涂層損壞后可再進(jìn)行噴涂。
熱噴涂陶瓷涂層技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域十分廣泛，主要有：1.熱障涂層。航空發(fā)動機(jī)的關(guān)鍵部件是高溫合金渦lun葉片和渦lun盤，這些受熱部件處于高溫、氧化和高速氣流沖蝕等惡劣環(huán)境中。對于承受溫度高達(dá)1100℃的燃?xì)鈒un機(jī)部件，已超過了鎳基高溫合金使用的溫度限（1075℃），有效的解決辦法是涂敷絕熱性好的高熔點陶瓷涂層，稱熱障涂層。熱障涂層主要用于航空、艦船及陸用燃?xì)鈒un機(jī)的受熱部件以及民用內(nèi)燃機(jī)、增壓渦lun、冶金工業(yè)用噴氧槍等器件。2.抗高溫黏著磨損涂層：熱處理爐輥、支承輥、燒結(jié)爐輥等高溫輥子多在800℃－1200℃高溫下運行，采用熱噴涂技術(shù)，在高溫爐輥表面噴涂特種陶瓷或金屬陶瓷涂層，具有良好的耐高溫、抗氧化、抗黏著、防節(jié)瘤和自清理凈化功能，既可顯著提高爐輥使用壽命，又能制作表面光潔質(zhì)量優(yōu)良的鋼材。3.耐磨損耐腐蝕涂層:化工廠用高壓往復(fù)式計量泵柱塞，采用噴涂Al2O3-TiO2復(fù)合涂層代替?zhèn)鹘y(tǒng)的鍍鉻工藝，其使用壽命提高了6倍。在低應(yīng)力滑動磨損和磨蝕工況下，幾乎所有原有鍍鉻的制品都可以用熱噴陶瓷涂層代替。4.功能涂層：等離子噴涂超音速噴涂超導(dǎo)陶瓷涂層都已應(yīng)用成功。超導(dǎo)陶瓷涂層在磁屏蔽、微波元件、各類傳輸器、量子電子器件等方面顯示出良好的應(yīng)用前景。在0.1mm的鐵片上噴涂30μm的BaTiO3涂層，其介電常數(shù)超過了6000，已廣泛應(yīng)用于陶瓷片式電容器。等離子噴涂形成的Al2O3涂層在厚度不到1mm時，能夠在1300℃的高溫下耐電壓2500℃以上，滿足了高溫電絕緣的要求。在鈦合金基體上噴涂50-75μm羥基磷灰石等生物活性陶瓷，提供了良好的化學(xué)相容性，因此，可作為比較理想的人工骨骼材料加以利用。
油田鉆井和采油工程中，存在大量腐蝕和磨損問題，可以預(yù)計熱噴涂技術(shù)和陶瓷涂層有著廣泛的應(yīng)用前景。
熱噴涂技術(shù)是材料科學(xué)領(lǐng)域內(nèi)表面工程學(xué)的重要組成部分，它是一種表面強(qiáng)化和表面改性的技術(shù)，通過在金屬基體表面噴涂一層涂層使金屬具有耐磨、耐蝕、耐高溫氧化、電絕緣、隔熱、防輻射、減磨和密封等性能。熱噴涂技術(shù)主要用于高溫、耐磨、耐腐蝕等部件的預(yù)保護(hù)、功能涂層的制備及對失效部件的修復(fù)等。
熱噴涂工藝方法中應(yīng)用較廣泛的有火焰噴涂、電弧噴涂、等離子噴涂、爆炸噴涂和超音速噴涂技術(shù)?；鹧鎳娡渴峭ㄟ^火焰噴槍實現(xiàn)的，噴槍通過氣閥分別引入乙炔、氧氣或壓縮空氣，乙炔和氧氣混合后在噴嘴出口處產(chǎn)生燃燒火焰，引入的粉狀或棒狀涂材在火焰中被加熱熔化后，在焰流的作用下形成霧狀小液滴被噴射到基體表面形成涂層。電弧噴涂所用的兩根線狀材料涂層材料由送絲lun自動導(dǎo)入，當(dāng)在兩線狀材料之間通過大電流時將產(chǎn)生電弧，線狀材料在電弧的高溫作用下迅速熔化，并由壓縮空氣作用成小液滴被噴射到基體表面形成涂層。等離子噴涂適用于粉狀涂層材料，等離子噴槍將電能轉(zhuǎn)化為熱能，產(chǎn)生高溫高速的等離子焰流，其等離子焰流溫度可高達(dá)50000℃，能熔化所有的噴涂材料。爆炸噴涂是利用可燃性氣體與氧氣混合物點火爆炸提供的能量，將粉體噴射到基體表面而形成涂層。超音速火焰噴涂方法因具有很高的粒子撞擊速度，使得涂層結(jié)合強(qiáng)度、硬度、致密性、耐磨性都得到了改善。
大多數(shù)陶瓷材料具有離子鍵或共價鍵結(jié)構(gòu)，鍵能高，原子間結(jié)合力強(qiáng)，表面自由能低，從而賦予了陶瓷材料高熔點、高剛度、高化學(xué)穩(wěn)定性、高絕緣絕熱能力、熱膨脹系數(shù)小、摩擦系數(shù)小等特性；但與金屬材料相比，其塑性變形能力差、對應(yīng)力集中和裂紋敏感。顯然，用陶瓷作為機(jī)械結(jié)構(gòu)材料，其可靠性比金屬材料差，機(jī)械加工困難，成本高。然而，采用熱噴涂技術(shù)，在金屬基體上制備陶瓷涂層，能把金屬材料的特點和陶瓷材料的特點有機(jī)地結(jié)合起來，獲得復(fù)合材料結(jié)構(gòu)。由于這種復(fù)合材料結(jié)構(gòu)具有異常優(yōu)越的綜合性能，使得熱噴涂技術(shù)迅速從高尖領(lǐng)域擴(kuò)展應(yīng)用到能源、交通、冶金、輕紡、石化、機(jī)械等民用工業(yè)領(lǐng)域。
陶瓷涂層技術(shù)的特點與整體結(jié)構(gòu)陶瓷材料相比，陶瓷涂層技術(shù)具有如下特點：

1. 能有機(jī)地把金屬材料的強(qiáng)韌性、易加工性等和陶瓷材料的耐高溫、耐磨和耐腐蝕等特性結(jié)合起來。

2. 合理選擇涂層材料和適宜的噴涂工藝，可以獲得各種功能的表面強(qiáng)化涂層。

3. 不受基體的限制：用于熱噴涂的基體材料可以是金屬、陶瓷、水泥、耐火材料、石料、石膏等無機(jī)材料，也可以是塑料、橡膠、木材、紙張等有機(jī)材料。

4. 不受工件尺寸和施工場所的限制。

5. 涂層沉積速率快，厚度可控，工藝簡單。

6. 陶瓷涂層的可加工性好，且涂層損壞后可再進(jìn)行噴涂。

熱噴涂陶瓷涂層技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域十分廣泛，主要有：

1.熱障涂層。航空發(fā)動機(jī)的關(guān)鍵部件是高溫合金渦lun葉片和渦lun盤，這些受熱部件處于高溫、氧化和高速氣流沖蝕等惡劣環(huán)境中。對于承受溫度高達(dá)1100℃的燃?xì)鈒un機(jī)部件，已超過了鎳基高溫合金使用的溫度限（1075℃），有效的解決辦法是涂敷絕熱性好的高熔點陶瓷涂層，稱熱障涂層。熱障涂層主要用于航空、艦船及陸用燃?xì)鈒un機(jī)的受熱部件以及民用內(nèi)燃機(jī)、增壓渦lun、冶金工業(yè)用噴氧槍等器件。

2.抗高溫黏著磨損涂層：熱處理爐輥、支承輥、燒結(jié)爐輥等高溫輥子多在800℃－1200℃高溫下運行，采用熱噴涂技術(shù)，在高溫爐輥表面噴涂特種陶瓷或金屬陶瓷涂層，具有良好的耐高溫、抗氧化、抗黏著、防節(jié)瘤和自清理凈化功能，既可顯著提高爐輥使用壽命，又能制作表面光潔質(zhì)量優(yōu)良的鋼材。

3.耐磨損耐腐蝕涂層:化工廠用高壓往復(fù)式計量泵柱塞，采用噴涂Al2O3-TiO2復(fù)合涂層代替?zhèn)鹘y(tǒng)的鍍鉻工藝，其使用壽命提高了6倍。在低應(yīng)力滑動磨損和磨蝕工況下，幾乎所有原有鍍鉻的制品都可以用熱噴陶瓷涂層代替。

4.功能涂層：等離子噴涂超音速噴涂超導(dǎo)陶瓷涂層都已應(yīng)用成功。超導(dǎo)陶瓷涂層在磁屏蔽、微波元件、各類傳輸器、量子電子器件等方面顯示出良好的應(yīng)用前景。在0.1mm的鐵片上噴涂30μm的BaTiO3涂層，其介電常數(shù)超過了6000，已廣泛應(yīng)用于陶瓷片式電容器。等離子噴涂形成的Al2O3涂層在厚度不到1mm時，能夠在1300℃的高溫下耐電壓2500℃以上，滿足了高溫電絕緣的要求。在鈦合金基體上噴涂50-75μm羥基磷灰石等生物活性陶瓷，提供了良好的化學(xué)相容性，因此，可作為比較理想的人工骨骼材料加以利用。
油田鉆井和采油工程中，存在大量腐蝕和磨損問題，可以預(yù)計熱噴涂技術(shù)和陶瓷涂層有著廣泛的應(yīng)用前景。