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                  中国热喷涂技术近期发展概况

全国热喷涂协作组

 

热喷涂技术是材料表面强化与保护的新技术，它在表面改性技术中占有重要地位。该项技术在我国始于50年代，70年代末形成气候。目前，无论在设备、材料、工艺、科研等方面都在迅速发展与提高，已成为表面技术一个重要组成部分。其发展趋势是：设备方面(喷枪)向高能、高焓、高速度发展；材料方面向系列化、标准化、商品化方向发展，以保证多功能高质量涂层的需要；工艺方面向机械化、自动化方向发展，如计算机控制、机械手操作等。当今，热喷涂技术在国民经济各领域里都得到了广泛应用，推广应用前景广阔。

一、热喷涂设备的新发展

近期我国加快了设备研制和生产步伐，目前已形成了完整的研制和生产体系，已有20多个单位从事热喷涂设备开发与生产，能够生产各类型的氧乙炔火焰喷涂设备、喷熔设备；新型电弧喷涂设备；成套等离子喷涂设备、喷焊设备；各类专用机床；热喷涂空气净化设备，前处理及后加工设备。单机品种已达100多个，这些产品开发与生产，保证了热喷涂技术的发展， 比较突出的有：

1、 高速火焰喷涂装置
目前从国外引进的高速火焰喷涂装置(HVOF)、(HVAF)以及超音速等离子喷涂设备，其特点是粒子飞行速度高，涂层与基体结合强度高，孔隙率低，这些设备已在航天、航空、冶金、化工和电力等行业发挥着重要作用。但是上述进口设备价格昂贵，且燃料(丙烷、丙烯)不易普及，针对上述情况，结合我国国情，三鑫科技集团和喷涂技术研究所研制成功了氧乙炔焰作热源的高速喷涂枪。由于受到乙炔压力的限制，目前虽然粒子飞行速度达不到超音速，但却比常规氧乙炔火焰粉末喷涂飞行速度提高了4～5倍，比常压等离子喷涂也提高了1～2倍，可喷涂金属及合金粉末材料有Al2O3-TiO2-Co-WC以及聚乙烯、尼龙等热塑型粉末材料。此外，三鑫科集团和技西安交通大学等单位已研制成功高速火焰(HVOF)喷涂装置，并开始应用。

2、 高速电弧喷涂装置
由于电弧喷涂具有结合强度高、耗能少、成本低等优点，所以近年来这种设备在国内越来越被人重视，并积极采用，特别是在钢铁结构件大面积长效防护工程及电站锅炉管道热腐蚀中发挥了重要作用。在普通电弧喷涂的基础上，三鑫科集团和国家产学研设备工程中心装甲兵工程学院、西安第二炮兵工程学院近期又研制成功了高速电弧喷涂枪，气流速度高达600m/s以上，其涂层结合强度、孔隙率等多项指标都优于普通电弧喷涂，目前正在进一步推广应用。

3、 氧-乙炔火焰金属粉末喷涂装置
氧-乙炔火焰金属粉末喷涂技术目前在国内推广应用范围很广，几乎所有大企业都把它作为修旧利废的一种手段。广州等地已开发生产了多种型号的喷涂、喷焊枪，已广泛为喷涂单位服务。近期在原QHT-7/h火焰喷枪的基础进行改进，采用两套喷嘴，利用两种热源：即氧乙炔焰和氧液化石油气(家用瓶装)。采用瓶装液化石油气作可燃气体，可大大降低成本，且对喷涂作业带来更大的方便。

4、 气体爆燃式喷涂装置
航天总公司六二一研究所，从60年代开始研制，现已安置了一套完整的燃气爆炸喷涂装置，为航天、航空以及其他军工部门喷涂了许多高密度优质涂层，设备已达到或接近国外同类产品水平。近年来和与乌克兰合作，建立了中外合资的新材料有限公司，引进了乌克兰的爆炸喷涂设备制造技术，现在能生产计算机控制三维行走机构的爆炸喷涂设备，除面向国内用户外，已出售到美国及台湾等地区。

5、 氧-乙炔火焰塑料粉末喷涂装置
近年来，采用氧-乙炔火焰，用沸腾送粉方法，通过特制的喷枪喷涂塑料粉末，可以得到平整光滑的塑料涂层。这对于大型工件、各种贮罐、管道涂装塑料涂层提供了一种新方法。为此，广州市热喷涂厂、武汉材料保护研究所、装甲兵工程学院等都先后研制成功了不同型号的火焰塑料粉末喷涂装置，并且进行了大面积施工，收到了良好效果。其中，武汉材料保护研究所研制成功的FSP-Ⅱ型塑料粉末火焰喷枪性能达到了UTP公司I-SPRAY-JET喷枪的水平。

6、 新型等离子喷涂枪
清华大学等单位研制成功了QZNI高能内孔等离子喷涂枪，该枪功率可达75kW，热效率、等离子射流平均焓值、射流温度、喷枪功率和粉末沉积率均达到Metco大内孔喷枪水平。近期，应用技术研究所研制成功了BT-G1、BT-G2、BT-G3型新型等离子喷枪，以及BT-NI型大内孔喷枪，同时还研制成功了BT-F1型双筒式超细粉末送粉器和物理方法冷却系统，使国产等离子喷涂设备水平又上了一个新的台阶，缩短了与国外设备水平的差距。

7、 新型喷砂设备问世 

近期已研制成功了小型可回收式喷砂设备以及大型环保喷砂设备，大大地改善了劳动条件，减少了环境污染，为推动我国热喷涂技术的发展起到了积极作用。

二、热喷涂材料的新发展

人们称热喷涂材料是热喷涂的"粮食"。喷涂材料性能、质量、品种是衡量涂层质量的重要水准之一，也是影响经济效益的关键因素。我国热喷涂材料虽然起步较晚，但进入70年代以来发展相当迅速，目前已有40多个生产厂家生产近百个品种，基本上能满足国内需要。这些研究和生产单位研制和生产的热喷涂材料大体可分为（近期的新品种）：

1、 粉末材料

北京矿冶研究总院研制成功的氧化钇部分稳定型氧化锆热隙涂层材料，以及抗高温氧化的镍铬铝钴氧化钇底层材料已在航空发动机上得到了广泛应用；重庆仪表材料研究所研制成功的空气氧化锆材料喷涂的热障涂层，其各项指标也达到要求；北京矿冶研究总院研制成功的镍铬-碳化铬复合粉末材料，已在许多电厂锅炉水冷壁管上作为抗高温耐蚀耐磨涂层，应用效果良好；沈阳砂轮厂研制成功的氧化铝、氧化铝-氧化钛粉末已广泛用于纺织机械及冶金设备上，该厂研制成功的CrB2粉末在连铸机轧辊及炉底辊上喷涂应用已初见成效；北京钢铁研究总院采用自蔓延法研制的XTiC+yCr3C2+zNi复合陶瓷材料，适于等离子喷涂，涂层硬度可达54HRC，可耐800℃高温；自贡硬质合金厂生产的Co-WC合金粉末，已经得到广泛推广应用；四川等地研制成功的钼基合金粉末，已成功地应用于汽车同步环的喷涂。

2、 丝材
北京工业大学研制成功并批量生产了含稀土元素的耐磨耐蚀热喷涂金属粉芯丝材，比较典型的有7Cr13型、3Cr13型、低碳马氏体型，适合于电弧及火焰喷涂，其涂层平均结合强度为50MPa、孔隙率小于7%、涂层平均硬度40～50HRC；北京有色金属研究总院最近研制成功了用于电弧喷涂打底用的Ni-Al合金丝，以及用于抗高温腐蚀与磨粒磨损的电弧喷涂用Ni-Cr合金丝(相当于美国TAFA公司的45CT)；装甲兵工程学院研制了SL30型Ni-Cr合金丝涂层+有机金属复合涂层，成功地代替美国TAFA公司的45CT；沈阳工业大学研制成功了铁基合金电弧喷涂打底丝，代替铝青铜丝；上海、北京、浙江、四川等地研制并生产Fe-Cr-Al丝、Al-Mg合金丝、Zn-Al合金丝以及巴氏合金丝等。

3、 塑料粉末
在开发研制供氧乙炔火焰喷涂用的聚乙烯、聚丙烯、尼龙等粉末的基础上，近期有关单位又研制成功了氯化聚醚、改性氟塑料粉末，拓宽了塑料涂层的应用范围，已在防腐工程中得到了应用。

4、棒材
引进美国的陶瓷棒材喷涂材料，已在纺织机械中得到成功应用，国内试制的陶瓷棒材及柔性陶瓷丝材已问世，不久将推向市场。上述材料，都是近期在国内出现的新品种，这些材料的开发与生产，为我国热喷涂技术的发展创造了有利条件。

三、热喷涂工艺技术的新发展

热喷涂技术目前在国内已经得到了比较广泛的推广应用，近年来发展的趋势和特点是：

(1)大面积长效防护技术得到了广泛应用 对于长期暴露在户外大气的钢铁结构件，采用喷涂铝、锌及其合金涂层，代替传统的刷油漆方法，实行阴极保护进行长效大气防腐，近年来得到了迅速发展。如电视铁塔、桥梁、公路设施、水闸门、微波塔、高压输电铁塔、地下电缆支架，航标浮鼓、竖井井筒等大型工程，都采用了喷涂铝、锌及其合金方法进行防腐。目前国内有几十个专业喷涂厂从事这方面工作，喷涂面积每年达几百万平方米以上。这项技术不仅在国内大量推广应用，而且在援外工程中也得到了较好的推广应用。

(2)采用热喷涂技术修复与强化大型关键设备及进口零部件国产化 近年来这方面已有许多成功应用实例，如：一米七轧机、高速风机转子，大型挤压机柱塞、大型齿轮、电极挤压成型嘴、大功率汽车曲轴等。这些工作的进行，一是解决了生产急需；二是节约了大量外汇。

(3)超音速火焰喷涂技术的应用 随着我国热喷涂技术的发展与提高，对喷涂层质量要求也愈来愈高。近年来美国等国家发展起来的高速燃气(HVOF)法是制备高质量涂层的一种新的工艺方法。由于超音速火焰喷涂方法具有很多优点，目前国内已先后从国外引进近十几台设备，在各工业部门发挥着重要作用。

(4)气体爆燃式喷涂技术进一步得到应用 该项喷涂技术由于粒子飞行速度可达800m/s以上，涂层与基体结合强度可达100MPa以上，孔隙率＜1%，在某些领域里应用，优于其他喷涂方法。目前国内已安装10台以上。

(5)氧乙炔火焰塑料粉末喷涂技术发展迅速 如前所述，国内近年来已有多家生产制造氧乙炔火焰塑料粉末喷涂设备，采用该项工艺技术，已在化工贮罐、管道、陶瓷行业泸泥机板框、印染行业的导布辊、煤炭行业带式运输机铸铁托轮、石油行业注聚设备，以及表面装潢等方面都得到了很好的应用，弥补了电喷塑的不足。为塑料涂层的应用，开辟了一个新的途径。

(6)热喷涂技术在化工防腐工程中得到应用 腐蚀是机械部件受周围介质的化学或电化学作用而失效的主要原因之一。它不仅使大量金属材料受损失，从而造成的停产损失更难以估计，所以人们对化工防腐工作特别重视。热喷涂层应用于腐蚀介质中，特别是强介质腐蚀，以前所以未能突破，其主要原因是封孔剂未能解决。众所周知，喷涂层是存在着孔隙的，若不进行封孔处理，各种酸、碱、有机介质就会浸入孔隙，使涂层脱落，影响防腐效果。根据防腐工程的要求，近期我国已研制成功了聚酯型、有机聚合物型、树脂型、塑料型、胶粘剂型等几十种型号的封孔剂，适用于酸、碱、盐及有机物的腐蚀环境，其使用温度80～350℃。采用陶瓷涂层、氧化物涂层或金属或合金涂层，根据不同介质，选用适当的封孔剂，已在许多化工腐蚀介质中应用，效果良好。该系列封孔剂已获专利并获国家发明奖。这些封孔剂的研究成功，使热喷涂技术在化工防腐工程中的应用有了新进展。

(7)激光重熔技术开始应用 近几年来，高频感应重熔、真空感应重熔只是在一定范围内得到应用。激光重熔技术前几年曾做过小面积试验，并未广泛应用。近期清华大学已将激光重熔技术用于阀门生产中，上海第二纺织机械厂已将激光重熔技术应用在纺织机械中。

(8)热喷涂技术在建筑装潢医疗卫生方面也得到了应用 近年来四川、上海、沈阳、云南等地采用热喷涂技术喷涂了各种雕像、饰物、大型壁面等收到了良好效果，如沈阳市国际商场的孔雀开屏大型壁画就采用了热喷涂技术。随着热喷涂技术的发展与提高，该项技术已渗透到其他领域中，如生物领域用热喷涂方法，制造人工骨骼，目前国内已临床200多例，效果很好。此外，用热喷涂方法制造的人工牙齿，也得到了初步应用。

四、进一步推广应用热喷涂技术意义重大

磨损和腐蚀是造成材料和零部件失效的主要原因。据有关资料报道，发达国家由于磨损和腐蚀造成的损失约占国民经济总产值的3%～5%，1993年我国由于腐蚀造成的损失达1000多亿元，平均每天3亿元之多。1994年我国国民经济总产值为43800亿元，若按损失4%计算则为1700多亿元，而"八五"期间推广应用热喷涂技术直接经济效益约为35亿元。随着人们对材料性能要求进一步提高，将对热喷涂设备、工艺、材料等作更深入的研究及探索。资料表明，热喷涂工艺作为一种优良的表面改性技术具有广阔的发展前景，进一步广泛深入地推广应用该项技术意义重大。

全国热喷涂协作组
组长单位为北京矿冶研究总院，另有航空工业总公司625所、天津机械涂层研究所、北京钢铁研究总院、武汉材料保护研究所，上海喷涂机械厂、上海钢铁工艺技术研究所等单位为副组长单位。协作组办公室挂靠在北京矿冶研究总院，现在本协作组有成员单位三百四十多个
堆焊与表面工程
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由单一技术向多种技术及其复合发展
表面强化、表面改性、表面防护以及表面修复已有悠久的历史，但技术手段和技术内涵却在不断发展。焊接学会成立的时候，主要技术手段是手工电弧堆焊、埋弧自动堆焊和水蒸气保护振动电弧堆焊。70年代以后等离子堆焊、低真空熔结、CO2保护堆焊、氧－乙炔喷熔以及等离子喷涂、电弧喷涂、氧－乙炔喷涂等相继发展，焊接学会对这些新技术及时组织了交流与宣传，并把焊接学会下属的专业委员会定名为“堆焊与热喷涂”即IC。进入80年代，化学气相沉积和物理气相沉积技术获得广泛应用，尤其是以激光束、电子束和离子束为代表的高能束技术趋于成熟，它以能量密度高、可控性好、加工精密等独特优点而被引用到表面熔覆、表面改性中。与此同时电刷镀、化学镀等镀覆技术以及超音速火焰喷涂技术也相继发展解决了设备制造与维修中的许多难题。
在新工艺手段不断涌现的同时，一些传统的工艺也在不断吸收新的科技成果丰富其内涵。新材料的开发为堆焊技术的发展注入了活力。70年代开发了基本性能达到钴基合金水平的无钴铁基堆焊合金，该材料成功用于国内50～300MW发电机组高温高压阀门密封面的制造及修复中，提高了产品质量，延长了阀门使用寿命，经济效益显著。80年代进一步开发了全面性能达到或超过Co基StelliteNo.6合金的无钴镍基堆焊材料，优于国内外已有的代钴材料，价格仅为钴基合金的一半，具有国际领先水平。该项目获得国家发明三等奖，并获中、美、英三国发明专利。八十年代末研究的无缝药芯焊带埋弧自动堆焊技术，不但可获得高合金堆焊材料，且熔敷效率高（>20kg/h），稀释率低（<30%），十多年来，已稳定用于要求抗高应力，强冲击磨损的水泥辊压机、混凝土泵等产品的堆焊，取得显著经济效益。
在传统的电弧喷涂枪中，采用拉瓦尔喷射技术对喷枪喷嘴进行优化设计，使雾化气流速度由传统电弧喷涂的375m/s左右，提高到550～700m/s。电弧喷涂时，Al粒子的速度由250m/s提高到342m/s，3Cr13粒子的速度由250m/s提高到388m/s。沉积率由60％提高到75％。Al涂层的拉伸结合强度提高114％，达到35MPa，3Cr13涂层的拉伸结合强度提高43％，达到43 MPa，而高速电弧喷涂涂层的孔隙率只是传统电弧喷涂的三分之一。高速电弧喷涂的发展使传统的电弧喷涂在高结合强度、低孔隙率方面上了一个台阶，大大扩展了电弧喷涂技术的应用领域。
另一方面，两种或多种表面工程技术的复合运用，通过最佳协同效应，获得了“1＋1>2”的效果，而被称为第二代表面工程技术。例如热喷涂与激光（或电子束）重融的复合，热喷涂与电刷镀的复合，化学热处理与电镀的复合，表面熔覆强化与喷丸强化的复合，表面熔覆强化与新型润滑技术的复合，多层薄膜技术的复合，热渗扩技术与离子注入的复合等等。这些技术复合已成为表面性能的“倍增器”。
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由单一学科向多学科的交叉、综合以及理论升华发展
结构焊接与表面堆焊有许多共性技术，高能三束焊接与表面熔覆、表面改性也有共同的技术基础，焊接剖口先进行刷镀镍处理可以解决高强钢焊接中的裂纹问题，通过表面技术预处理可以改善针焊接头的性能，焊接机器人研究的进展推动了表面工程自动化的进程，焊接材料的研究成果为表面堆焊、热喷涂以及三束熔覆积累了宝贵经验。这些例子说明，焊接学会既为焊接工作者展现自己的社会价值提供了重要场所，又在促进学科、技术之间的交叉、渗透方面作出了贡献。
表面工程是在表面物理、表面化学和固体力学的理论基础上融汇了现代摩擦学、腐蚀与防护、材料学、焊接学、电子学、自动控制、无损检测以及环境工程等有关成果而发展起来的。表面工程最大的优势是能够以多种方法制备出优于基体材料性能的表面功能薄层，该薄层厚度一般从几十微米到几毫米，仅是工件整体厚度的几百分之一或几十分之一。但却使工件具有比基体材料更高的耐磨性、抗腐蚀性和耐高温性能。采用表面工程措施的费用一般只占产品价格的5％—10％，却可以大幅度地提高产品的性能及附加值，从而获得更高的利润。由于表面工程在节能、节材方面的显著功效，发展表面工程已经成为我国落实可持续发展战略的重要技术措施之一。
基于纳米技术的纳米表面工程应运而生，被专家称为第三代表面工程技术。与传统表面工程相比，纳米表面工程的特点是：取决于基体性能和功能的因素被弱化，表面处理、改性和功能化的自由度扩大，表面加工技术的作用会更加突出，产品的附加值也会更高。纳米表面工程是以纳米材料（或其他低维非平衡材料）和纳米加工技术为基础，通过特定的加工技术、组装方法，使材料表面纳米化、纳米结构化或功能化，从而使材料表面得以强化、改性，或赋予表面新功能的系统工程。
当前在纳米表面工程技术方面发展较快并已取得成效的有：
——纳米颗粒复合电刷镀技术
——纳米原位、动态自修复添加剂技术
——纳米固体润滑技术
——纳米胶粘技术
——纳米热喷涂及冷喷涂技术
——纳米薄膜技术
——纳米涂装技术
以及金属材料表面纳米化加工和超精表面纳米级加工等。
下列发明创造对堆焊与表面工程的发展具有原始创新的意义：
——能源转换形式的创新（如电弧、等离子弧、激光束、电子束、离子束、微波、超声等）；
——金属或非金属元素沉积形式的创新（如电沉积、化学沉积、喷涂沉积、化学和物理气相沉积、热渗扩散等）；
——新材料的创新（如新型合金、金属间化合物、新型有机材料、纳米材料等）；
——材料的制备与加工成形一体化的创新（如运用粉芯焊丝通过堆焊与表面工程手段动态形成新型合金涂覆层。通过改进机油添加剂使运行过程中的零件表面自行、原位修复等）。

※1、爆炸喷涂在未来将与高速火焰喷涂平分秋色
　　爆炸喷涂的显著特点是粒子飞行速度高、涂层结合强度好、孔隙率低，不仅能喷涂金属陶瓷，而且还能喷涂氧化物陶瓷；不足的是对材料的粒度要求比较严格，沉积效率不太高。近几年来，高速火焰喷涂由于其工作效率高、粒子飞行速度快、涂层结合强度好、孔隙率低等优点而得到迅速发展，在不少地方取代了原来由等离子喷涂甚至低压等离子喷涂所承担的角色。然而随着高频脉冲爆炸喷涂技术的日趋完善和材料制造水平的不断提高，爆炸喷涂的沉积效率有了显著提高，加之其相对低廉的操作成本，因而有后来居上之势。这种喷涂工艺对材料的多适用性注定了其应用领域的广阔性。与等离子喷涂比较，它几乎无所不能，而且涂层质量相当优良。
2、爆炸喷涂、高速火焰喷涂、等离子喷涂、火焰喷涂特性的相互比较

热喷涂工艺	热源温度(℃)	粒子飞行速度 (米/秒)	沉积效率 (%)	涂层氧增量 (%)	涂层孔隙率 (%)	涂层结合强度	相对消耗 (%)
爆炸喷涂	3000	800-1200	40-70	0.1	0.1-1	非常非常高	60
高速火焰喷涂	2500-3100	500-800	45-75	0.2	1-10	非常高	120
等离子喷涂	5500-15000	200-800	50-75	0.1-1	1-10	非常高	100
电弧喷涂	4000-6000	240	50-80	0.5-3	10-20	高	90
火焰喷涂	2500-3000	30-180	40-70	4-6	10-30	低	40

服务理念

PHIL  DSDPHV

•精确的了解客户工程工件热喷涂技术达标要求

•为客户提供最专业热喷涂综合设计方案

•为客户提供国际一流的设备、工艺、材料、技术

•注重技术细节、追求整体技术效果

•以标准化的作业流程服务客户

•为客户提供最迅速的售后服务

客户服务准则

GUIDEL  INES

·最精确的热喷涂技术达标诊断：
·最优化的技术方案设计：
·最高的工程质量和可靠性：
·最专业最迅速的售后服务提供终身服务：