1、热喷涂涂层工业应用介绍随着涂层新材料和新工艺的不断涌现，热喷涂涂层已在国民经济各个工业部门广泛地应用。加之现代计算机技术、传感测试技术、自动化及机器人技术、真空技术与热喷泉涂技术的结合和渗透，使得热喷涂技术的深入发展和工业规模化生产均有大幅度的进步和提高。对未来热喷涂发展的方向以及市场与工业规模的预测为：技术附加值高、效益好的如生物工程，航空航天，工、模具，电子工业等，但规模相对较小；要求成本低的大规模产业如汽车工业和钢结构，但技术附加值低；应用面最广的仍是机械工业，包括石油化工、轻纺、能源、冶金、航空、汽车等也均属此范畴。 热喷涂技术能赋予各类机械产品，特别是关键零部件许多特种功能涂层，形成
2、复合材料结构具有的综合作用，真正做到了 “ 好钢用在刀刃上 ” ，是材料科学表面技术发展的一个方向。但热喷涂技术仅通过涂层在机械产品基体表面获得一定的特殊功能，而不能代替基材或提高产品的结构性能。 钢铁长效防腐蚀涂层 由于锌、铝、锌铝、铝镁涂层的电极电位均负于钢铁，故对钢铁结构能起到阴极保护作用。从 20 世纪 40 年代起，国外已将它们喷涂于钢铁构件上作为长效抗腐涂层。国内自 70年代起开始推广应用，迄今成功的实例不胜枚举。目前大面积钢结构喷涂锌、铝涂层一般采用电弧喷涂工艺，局部辅助以氧乙炔火焰线材喷涂补遗。现在国内每年采用热喷涂大面积施工工程均在数百万平方米以上。 钢结构喷锌、铝长效防护涂
3、层的应用 应用领域 应用实例 钢结构塔架 广播电视发射塔，高压输电铁塔，微波通讯发射塔，海上导航灯塔，钢结构建筑塔架等 水工钢结构 大型水闸门，大坝钢结构预埋件，防污栅栏，供水塔，高层建筑饮用水箱，码头钢桩，大型水处理塔等 桥梁 钢结构桥梁，钢管混凝土拱桥，斜拉索桥梁钢筋、钢绳及鞍座，立交桥钢厢梁，桥梁的拉杆、护栏 石油储运 罐车，罐船，球罐，储槽，油箱 化工 碳化塔，热交换器，循环水槽及管道，烟囱等 大型机械 龙门吊车，电站风机、除尘器，消声器，原子反应堆外围设备，标谁件退火钢包，煤矿井筒框架等 舰船及海洋 舰船船体及甲板，烟囱，舰载炮塔，雷达天线，船内动力机房，油舱，淡水舱，海洋平台，桅杆
4、等 城市设施 人行天桥，高速公路隔离护栏，大型体育馆钢结构，灯杆，钢制门窗，给排水地下球铁铸管，天然气管道等 锌、铝、锌铝、铝镁涂层用于长效防护虽然均能大幅度提高钢结构抗环境腐蚀能力，但根据涂层材料的性能以及所应用的环境对象也有所选择。如锌在常温下电位负于钢铁、可作为牺牲阳极的阴极涂层保护钢铁。但当环境温度高于 60 时，锌的电极电位发生了逆转，仅而比钢铁正，失去了阴极保护作用。其次，仅用喷涂层保护钢铁是不够的，由于喷涂层存在孔隙，腐蚀介质的侵蚀，缩短了涂层应有的防护寿命。在喷涂层表面施加与其性能匹配又能适应环境的有机涂层进行封孔和复合保护，使金属基体完全与环境腐蚀介质隔离，能成倍地延长钢结构
5、的使用寿命。典型应用事例如下。 （1）大型水工钢结构闸门 水工闸门及其钢结构辅助设施是热喷涂大面积防护应用最广的对象。基于美国焊接学会 19年的环境腐蚀试验和我国正在进行尚未完成的 30 年大气腐蚀试验已表明；热喷涂锌、铝及其合金涂层是迄今对钢铁抗蚀防护寿命最长的工艺技术。法国塞纳河上的拦水坝钢结构自 1930 年喷锌防护至今已历经大半个世纪，效果十分明显。我国江苏三河闸钢结构闸门自 1950 年采用喷锌防护，至今完好无损。 大型水利枢纽葛洲坝工程建设至 1984 年开始对其闸门钢结构及预埋件采用热喷涂技术防护。例如大江冲砂弧形闸门以及船闸内浮桶滑道预埋件，喷涂面积达 3000 多平方米，涂层
6、设为“喷涂锌、铝途层（ 120um）+WHD8401(90um),环氧改姓聚氨脂漆+环氧沥青涂料（90um),“至今历时 17 年之久，喷涂层依然完好无损。举世瞩目的三峡工程达 28 万 t，基本上采用电弧喷涂和高压无气喷涂保护，施工保护面积十分巨大，目前处于干湿交替环境的闸门已固定采用热喷涂技术防护。 （2）桥梁钢结构 桥梁所处环境基本上属大气腐蚀环境，大部分桥梁钢结构在建设时期所有的部件均可在工厂内进行喷涂预保护，仅少量拼装部分在现场进行喷涂再保护。大部分钢结构桥梁，尤其是公路桥梁维修周期长。且现场维修难度大，故要求达到 15-20 年的一次防护寿命。 1993 年经专家反复审查并通过验收
7、的三峡对外交通专用公路钢管混凝土拱桥钢结构件长效防护复合涂层， 一致认为：拱桥钢管采用喷涂铝涂层（约 12 0m ） +WHD8406 环氧 * 性聚氨胺底漆（约 40 m ） +WH8401 环氧 * 性聚氨脂面漆（约 60 m ）构成的长效防腐蚀复合涂层经过拉压高变应力 6max/6min=50.4/-0.155.3mpa 条件下 100 万次疲劳实验后，其结合强度、耐腐蚀性能与指标仍然满足 GB/T9793-1997 标准的要求。可预计该涂层系统有效使用年限可达 20 年以上，此复合涂层体系和电弧喷涂施工工艺可用于现场涂层施工。 目前国内许多钢结构公路桥的桁梁、钢厢梁及其他钢结构件采用了
8、上述方案。 （3）海洋钢结构 海洋环境是自然条件下金属腐蚀最严酷的环境之一。在海洋大气中钢的平均腐蚀速率为 0.13-0.23mm/a,在海水飞溅率为 0.3-0.5mm/a.同一种钢在飞溅区与全浸区内的腐蚀速率相差10 倍.舰船、海洋石油平台以及灯塔航标等就是在腐蚀速率最大的飞溅区与全浸区下服役、使用。尤其是舰船防护更为复杂：舰船具有能度，船体的杂散电流在海水介质的作用下，会形成对钢铁和导电涂层的电介腐蚀；舰船的防污外涂层一般为含 Cu 及 CuO 涂料，涂层设计与匹配如果不当，会在每个层间形成加速腐蚀。作战舰船应考虑可能遇到袭击的情况，涂层的高阻燃、低毒性烟雾应是涂层选用的必要条件。喷涂铝
9、涂层是舰船防护可行方案，我国自 1987 年至今，采用喷涂长效防护涂层试验在数艘舰船上进行实用考核。提出了喷涂铝涂层+WRL9028 复合型封闭剂+高阻抗无机微片掺入的中间层和面层涂料+低电位或仿生涂料的防污面层。 不仅可增加涂层体系的电绝缘性，而且还可增强其抗海水渗透性、耐磨性和海水冲刷能力。 新近开发研制的电弧喷涂 AL+10%（质量）AL2O3 复合线材和芯材，用作舰船甲板和海洋石油平台的耐磨耐蚀防滑涂层，已在我国大型科学考察船 “ 远望号 ” 上使用，效果良好，极具有推广价值。 （4）塑料热喷涂层 氧乙炔火焰喷涂的塑料涂层在大型容器、塔罐内应用，弥补了其他工艺制备塑料涂层的不足。塑料涂
10、层化学稳定性好，涂层致密无孔，与绝大多数常温下的溶液不产生反应。能有效地隔离金属罐体与溶液的接触，同时，塑料涂层绝缘性好，不会形成电化学腐蚀。 1991 年，对北京葡萄酒厂多个储酒罐内壁进行喷塑防腐处理。目的是解决不锈钢储罐中铬离子渗入高级葡萄酒内，造成变色降低酒类档次。工艺采用氧乙炔火焰喷涂环氧树脂塑料涂层，并用高压火花检漏仪进行孔隙检查，施工面积达 1000 多平方米，至今使用完好。 汽车与造船工业中的应用 为了提高汽车的性能,减少汽车的能耗和适应环保要求 ,热喷涂技术在汽车制造行业有了较大的发展.由于汽车工业属大工业化生产 ,一个成熟的工艺技术 ,往往形成的批量生产是很可观的.目前已形成
11、批量产品的有同步环、活塞环 ,发动机的气门挺杆以及氧敏传感器探头等部件的热喷涂，其他许多部件仍在工业性试验中，或尚未形成批量生产，下表给出汽车工业零部件采用涂层材料和工艺。 表 汽车零部件涂层工艺和材料 零部件名称 基材 涂层材料 喷涂工艺 功能与作用 铝合金气门挺杆 铝合金 Fe-0.8% 电弧喷涂 减轻质量/减摩抗擦伤 发动机缸体 A1-Si 合金 铝合金 等离子喷涂 减轻质量/减摩、抗擦伤 增压器壳 铝合金 抗磨涂层 等离子喷涂 抗磨、提高工作效率 同步环 钢 A1-Si+50%Mo 等离子喷涂 搞磨、比 Mo 成本低 活塞环 合金钢、铸铁、不锈钢 Cr3C2-20%NiCr HVOF
12、代替镀 Cr 层 刹车盘 钢 氧化锆 等离子喷涂 抗磨、高隔热性 分电器转子 钢 A1 2 O 3 -TiO 2 等离子喷涂 低噪音、低成本 转矩传感器 铝合金 Fe 3 O 4 等离子喷涂 磁性传感材料 氧敏传感器 铂+氧化锆 A1 2 O 3 +MgO 等离子喷涂 保护探头/环保 排气管 钢 铝 电弧喷涂 耐高温烟气腐蚀 排气阀 钢 CoCrWBSi 等离子喷焊 耐高温燃气腐蚀 从表中可见，为了减轻整车质量达到降低能耗，逐步采用铝合金取代传统金属材料，同时还要保持或提高原设计和选用材料的性能。因此，在铝合金上制备不同涂层的热喷涂技术，目前正针对不同需求开展研究，其次，非传统的功能性涂层，如
13、高隔热涂层、低噪声涂层、磁性传感功能涂层、高精度抗蚀涂层、代铬涂层均有较好的应用前景。再者，等离子喷涂工艺在汽车制造工业中仍有强劲的生命力，且对其自动化、智能化、高精度、高效率要求越来越高，其原因是应适合汽车零部件生产大批量、低成本、高质量的要求。 造船工业的应用，除了船用动力系统的排气阀，活塞环、缸套等部件按类似汽车工业的要求进行热喷涂处理强化外，典型的应用是采用低压等离子喷涂镍钛合金制备螺旋桨抗空蚀涂层。使用寿命比铝青铜提高了 4 倍，已在海军用小型船舶螺旋桨上获得应用。 船舶的维修和关键的尺寸修复，在工艺上是可行的，且附加值高，值得特别重视。例如大型船舶的艉轴、轴承座，发电机、舵机、锚机
14、等辅机轴，各种阀门密封面、泵轴套、柱塞、机械密封坏等运动部件。往往由于关键部位磨损超差，不能使用，针对部件材质、磨损形式和使用条件，采取适当涂层进行修复，经济效益十分可观。航道疏浚用的挖泥船，大量零部件如泥斗、耙头、铰刀、铲刀、铲齿、泥泵叶轮等被泥沙磨损需修复，较原部件提高寿命达数倍，效果十分明显。 航空、航天工业中的应用 热喷涂技术在航空、航天工业中应用历史久，范围广，涂层品种多，而且技术含量高。尽管航空、航天中飞机发动机、宇宙火箭等工作条件十分恶劣，对涂层可靠性要求非常苛刻，但当代航空发动机中一半以上的零件都有涂层，主要用耐磨、耐腐蚀、抗氧化、封严。下表给出热喷涂技术在航空航天中的部分应用
15、。 热喷涂在航空航天中的应用 领域 零部件 喷涂工艺 涂层材料 涂层用途 火箭技术 火箭头部和喷管 等离子喷涂 A1 2 O 3， ZrO 2 ，W 耐热、抗冲蚀 宇宙飞行器 喷气推进弹体整流罩 宇宙研究装置 超短波天线 等离子喷涂 等离子喷涂 等离子喷涂 ZrO 2， A1 2 O 3 A1 2 O 3， ZrO 2， W 金属，氧化物及碳化物 绝热 防粘连、绝热、热辐射性能 绝热、绝缘 航空 喷气发动机蜗轮及压气机 叶片 燃气蜗轮叶片 燃烧室内衬 起落花流水架轴颈 机翼及机身承力结构 前整流舱 机匣 等离子喷涂 等离子 ,HVOF 等离子喷涂 等离子喷涂 等离子,HVOF 等离子喷涂 等离
16、子喷涂 等离子喷涂 Co-WC，TiC，Cr 203 Ni-A1，NiCrBSi Ni-A1，A1，A1 2O3 CoCrA1Y，MgO.ZrO 2 硬质碳化物及其合金纤维增强复合材料,聚苯酯、硅铝 镍包石墨、镍包硅藻土 耐冲蚀 耐热 耐热 耐热 耐磨 强度、刚度 滑动、封严 耐磨、润滑可磨、封严 对于发动机的绝热涂层，过去一般采用稳定型的 zro 2, 面层材料和 CONICRALY 高温粘结底层材料，通过等离子喷涂，制备两层或数层阶梯结构涂层。自 20 世纪 80 年代末至 90 年代初，由于新的涂层技术-电子束物理气相沉积技术的开发成功，制备的热障涂层为柱状晶结构，与粘结底层结合牢固，涂
17、层表面光洁，使用寿命高于等离子喷涂层一个数量级。关于热障涂层的粘结底层加陶瓷涂层结构，我国目前主要采用二层涂层结构，并已应用在新型发动机燃烧室，加力燃烧室等热部件上。目前对热障涂层的改进主要从多层或梯度功能涂层的设计，粘结底层的预氧化处理，热障陶瓷面层的渗铝处理，陶瓷面层激光改性处理等方面研究和发展。 发动机封严涂层随着热端高温气流温度的逐级提高，使用温度从 300到 1100，目前最高温度可达 1350。A1Si- 聚苯酯，镍- 石墨，镍-硅藻土等复合粉末涂层，已获得成功应用。其中，尤以高温封严涂层制备和工作条件最困难。要求其厚度达 2-3mm，喷涂时必须严格控制涂层应力的产生。另外，要承受
18、 1000-1350高温，遭受 2-3 倍音速的高温气流冲刷，受到超过 300m/s 线速度叶片尖部刮削而不发生剥落。故涂层必须耐高温、抗氧化、耐热震、结合强度高，化学惰性，而且质软，多孔（孔隙率达 25%-30%）。 航空发动机某些零部件的磨损总是也是十发严重的，在服役期间，有的发动机低压转子转速 5000r/min；并在极高负载和各种频率的振动下工作，从而产生各种机理的磨损，这些磨损仅靠改变基体材料是达不到要求的。据英国 RR 公司统计， 1976 年前发动机零部件 60%因磨损而报废，采用耐磨涂层后报废率降到 30%，目前采用爆炸喷涂和 HVOF 喷涂涂层已有 50 多种在航空产品零件上
19、获得应用，如高低压压气机叶片、蜗轮叶片、轮毂封严槽、齿轮轴、火焰筒外壁、衬套、副翼滑轨、制动装置等。目前国内开发的某新机种上，规定采用十几种热喷涂层（主要是耐磨涂层）数百个零件，其中四种最关键的耐磨涂层必要采用结合强度好、涂层致密度高的爆炸喷涂和 HVOF 喷涂工艺制备。下表为爆炸喷涂在国内航空方面的应用。 爆炸喷涂在国内航空方面的应用 零件名称 涂层种类 应用特性效果 发动机蜗轮轴 NiCrBSi-Ni-A1 磨损报废，重新使用 蜗轮叶片叶冠 X-40 磨损超差，重新使用 发动机燃油导管 NiCrSi 耐磨、延长使用寿命 压气机叶片阻尼台 Co-WC 耐微振磨损 三叉戟发电机轴 Co-WC
20、耐磨一年以上 三叉戟襟翼滑轨 Ni 3 A1-WC 磨损、喷涂后使用 三叉戟前轮轴、套筒 Co-WC 磨损、喷涂后使用 4.钢铁工业中的应用 热喷涂技术在钢铁工业的应用已有相当长的历史.从西方发达国家钢铁工业中喷涂技术应用的对象来看,各式各样的辊子占全部热喷涂部件的 85%以上,取得极显著的技术经济效果.如CO-WC 喷涂的张紧辊 ,其寿命由镀硬铬使用的两个半月延长到 5 年,停机检修时间和费用仅为原费用的 1/10.退火炉导辊,过去平均每月停机 300min 进行检修,喷涂后则可保持 3 年内不检修,并极大地提高带钢的品质。日本钢铁公司热喷涂退火炉辊的比率，从 1982 年的 20%上繁荣昌
21、盛到 1989 年的 100%，而带钢因辊面结瘤引起的废品率则由 80%下降到零。各国热喷涂钢铁用辊类部件见表 4-68。 表 各种辊类部件的热喷涂应用 部件名称 喷涂材料 喷涂方法 涂层厚度/mm 涂层硬度 最高工作温度 中间层材料 结合强度/MPa 炉辊（CAL ，CGL） 50%SiO- ZrO 2 CoCrA1Y- A1 2 O 3 CoCrA1Y-Y 2 O 3 + CrB 2 等离子喷涂 爆炸喷涂 1.0 400HV 700HV 1000HV 40 100 100 镀锌导辊（CGL） Co-WC HVOF 1.0 1300HV 炉辊(APL) 5.5BN/Ni-14Cr-8Fe-3
22、.5A1 21Bentonite/Ni-4Cr-4A1 20SiO 2 -80CoNiCrA1Y 44SiO 2 -28CaO-17MgO-MnO 火焰喷涂 火焰喷涂 火焰喷涂 火焰喷涂 1/2.5 1/2.5 0.2 0.2 炉辊（CAL W-Co-C W-C-Cr-Ni 爆炸喷涂 540(无氧) 450(有氧) 炉辊（CAL CrC+Ni-Cr CrC+MCrA1Y Co-Cr-Ta-A1-Y+氧化物( A1 2 O 3 ) CO-Ni-A1-Y+氧化物( A1 2 O 3 ) 100%(氧化物) 爆炸喷涂 850(无氧) 750(有氧) 1200(有氧) 850(有氧) 1250(有氧)
23、 1300(有/无氧) 炉辊（CAL Co-25Cr-10Ta-8A1-0.8Y 爆炸喷涂 1000HV 炉辊（CAL CO-Ni-Cr-A1-Ta-Y-（ A1 2 O 3- Cr 2 O 3 ）CO- ZrO 2 SiO 2 等离子喷涂 350HV 1100 1000 CoNiCrA1 TaY 100 炉辊（CAL ） Co 基-氧化物-碳化物金属陶瓷 Cr 3 C 2 -25NiCr ZrO 2 SiO 2 Cr 3 C 2 -20NiCr A1 2 O 3 -50Cr 2 O 3 ZrO 2 -8% Y 2 O 3 等离子喷涂 等离子喷涂 等离子喷涂 等离子喷涂 等离子喷涂 等离子喷涂
24、 700HV 700HV 776HV 270HV 1050 950 900 950 无 无 NiCrA1Y NiCrA1Y 100 95 95 7.4 2.0 注：CAL-连续退火炉辊（continuous annealing line ）；CGL-连续热镀锌生产线辊（continuous galvanizing line ）APL-不锈钢带退火酸洗生产线辊（stainless steal strip annealing-picking line） 连续退火炉辊 汽车用外壳薄板和硅钢片板材表面质量要求极高，不允许有任何划痕和缺陷。故生产中各个工艺环节对与钢板接触传动的炉辊表面状态提出严格要求。
25、在宝钢薄板生产线上采用 HVOF 技术在连续退火炉辊表面喷涂作抗积瘤涂层，该涂层具有耐磨、耐高温、自清洁作用。使用效果达到日本同类产品水平。在武钢硅钢片生产线上采用等离子喷涂 NiCr-8%Y2O3/ZrO2 涂层用于硅钢片高温连续退火炉辊防积瘤。该辊长 2700mm，工作部位长 1500mm，辊径 120mm，工作温度 860-920 ，工作介质为氮氢还原性气氛并具有不同露点。使用结果证明：陶瓷涂层炉底辊寿命超过 6 个月，最长达 2 年。涂层抗积瘤效果明显，硅钢片表面质量达到武钢设计要求。 热浸镀生产线沉没辊 采用森吉米尔法时行薄板钢带连续热浸镀锌（CGL）和热浸镀铝、锡等金属熔液生产线中
26、。熔液坩埚中工作的沉没辊和稳定辊等均遭受 694-800铝熔液和 452-570锌熔液侵蚀，同时钢带由辊面带动的运动速度高达 35-40m/s。合金辊一般在铝熔液中寿命仅 2-3 天，锌熔液中则仅 10 天左右就会产生很深的磨痕和蚀坑，划伤带钢表面使废次品率增加。采用等离子喷涂与 NiCrALY 形成的梯度涂层，以及用 HVOF 喷泉涂涂层作为沉没围绕和稳定辊工作层。由于涂层材料与铝、锌熔液不润湿和不产生化学反应。上述两种工艺涂层分别在连续热浸镀铝、锌生产线坩埚中运动的寿命提高 3-4 倍。该类涂层还可用在熔融 Cu、钢液方面作锭模、运输槽、坩埚内壁涂层和电偶套管、搅拌器、支架等保护层。 热轧
27、工具 大口径无缝钢管自动轧管机所用的轧管机顶头，传统采用 Cr17Ni2Mo 整体铸造的耐热马氏体不锈钢制造，顶头与 970-1050，使顶头高温硬度和强度急剧下降，表面氧化烧伤，产生 “ 结瘤 ” ，撕裂、拉伤、凹陷。其消耗量为每轧制千吨钢管耗顶头 16t。采用等离子喷焊技术，在锻制的 45#钢顶头基体上喷焊 Ni 基高温合金+35%碳化钨焊层，厚度为 1.2-1.5mm.经包钢无缝钢管厂 3 年的实际生产验证,喷焊顶头平均使用寿命提高 3-5 倍. 轧制每千吨钢管耗顶头降至 3t。年增效益达 1000 万元以上。 其他工模式的应用，还有结晶器，高炉风机、热剪刃、压铸和挤压模具等等。 5.印
28、刷、造纸工业中的应用 随着科技的发展，对纸张和印刷的技术要求越来越高，苛刻特殊的性能要求恰恰好是热喷涂涂层发挥其作用的领域。 （1）印刷机械 等离子喷涂陶瓷涂层技术在印刷机辊子上已成功应用多年，其应用领域正日益扩大。陶瓷涂层的许多特点正适合印刷机辊子的需要，它们包括：高耐磨性；高耐蚀性；绝热性；防粘性；可刻蚀性；可维修性；选择性润湿性、亲水性；电绝缘性、亲水性；咬人性、适度粗糙度的保持性。 晕光辊：聚乙烯塑料薄膜电刻蚀用电晕处理机辊，辊长达 500mm，其典型外径为 250-500mm，需要在辊面等离子喷涂层为易吸潮的 r- A1 2 O 3 结构，涂层的介电常数取决于涂层中的干燥度，一般喷涂
29、的氧化铝涂层要用硅酮树脂封孔。 彩色胶印辊： 彩色胶印辊由印刷辊、辊、输送油墨、传统的辊组成，工作面一般采取镀铜或铬后电刻蚀成型。自 20 世纪 80 年代后，采取喷涂陶瓷涂层-磨光或抛光- 激光刻蚀-抛光成型成套工艺制备。经刻蚀后的辊面能精确地向印刷辊输送油墨，因而能获得图像清晰的彩色胶印画面，不串色。 采用等离子喷涂氧化铬涂层能满足彩色胶印辊使用要求。涂层制备时，要求孔隙率低和涂层不失氧，一般采取在等离子喷涂送粉气中加氧，功率在 50KW 以上进行喷涂作业。制备的涂层经适当磨光后，用激光进行刻蚀，刻蚀形成的窝状熔池最佳半径应为 1-3um，典型深度为 10-15um，但一般商品化制作均大于
30、要求的数倍，如激光刻蚀的密度为 140 线/cm。国内进行该方面的研究，已达到大面积、长时间喷涂的涂层无任何缺陷，涂层经精密加工达到 Ra0.1um 以下,满足激光刻蚀 400 线/cm 的要求. 激光刻蚀的熔池不规则平整,涂层应进行表面最后抛光才能应用。目的是使刮刀与辊面完全接触，有效控制油墨输送量，形成清晰的印刷效果。 （2）造纸机械 造纸工业中，从纸浆生产到成品纸张成型的整个工序过程，采用热喷涂涂层的主要零件有：压光辊、烘缸、木材输送盘磨损板、风机叶轮、输送螺杆、蒸煮锅、黑液锅炉管道、腭形夹爪，纸张脱水板、泵轴及轴套、机械密封环等十几种。针对具体使用环境，可采用各种涂层进行腐蚀保护和提供
31、特殊功能表面，延长工件的服役寿命和降低成本。目前，热喷涂涂层在下面几个部件上的应用效果十分突出。1. 烘缸 造纸烘缸基体一般均用铸铁铸造而成，烘缸直径有 1.5m，2.0m，3.0m 等等，最大的可达 6m 以上。烘缸内通入压力为 1Mpa 的过热蒸汽用于干燥烘缸表面的纸张。由于烘缸材质为铸铁，连续的纸带巾于缸面干燥，并以高速（最高可达 30m/s）从缸面揭去，加之刮纸刀相对于烘缸运动（功能为刮揭纸张），故烘缸表面同时受到自身缺陷、纸浆中所含碱液、松香、明矾等介质的腐蚀和刮刀的磨损，需要施加涂层。传统方法是在烘缸表面镀硬铬、电弧喷涂铝青铝+1Cr18Ni9Ti涂层和等离子喷涂 Mo 和含 MO
32、 的镍基涂层。 最近推出用高速氧燃料喷涂（HVOF ），在我国又称为超音速火焰喷涂，这种工艺喷涂 Co-WC 层和氟化乙丙烯聚合物层，可使烘缸表面的释放性能显著提高, 因为在 HVOF 中喷涂粉末度只有 5-50um，粒子飞行速度达 600-900m/s 因而产生硬度（1100-1200HV ）的无孔隙涂层。在喷涂操作时，每启蒙喷涂厚度为 0.10-0.15mm,不存在层间缺陷, 而涂层在使用期间磨损是均匀的,故可保证涂层在任何剩余厚度下都具有相同性能.Co-WC 涂层可抛光到相当低的粗糙度,氟化乙烯拥有与温度低于 200 时的特氟隆一样的抗粘连特性和耐腐蚀性,且 CoCr-WC 涂层有更好的
33、粘连性 ,能更有效地改善纸张的表面效果. 2、压光辊 典型的压光辊要求有非常光滑的表面，用来加工高档光板纸。传统的表面处理方法是镀硬铬后抛光，由于工作运行时表面与刮刀接触，易产生划痕磨损。辊的寿命 3-6个月。先后采用电弧和等离子喷涂 Ni-A1+高铬不锈钢后用酚醛清漆封闭，但涂层表面粗糙度达不到要求。 采用 HVOF 和 SB-HVOF 喷涂 100um 厚度的耐磨 CoCr-WC 或 Co-WC 涂层，然后抛光精蚀到 Ra0.01-0.03um，压光辊的寿命可达 2 年。 黑液锅炉管道 纸浆碱回收用的黑液锅炉，在使用过程中，燃烧的黑液和无机物对锅炉水冷壁管道有严重的腐蚀和冲刷磨损作用。采用
34、美国 TAFA 公司研制的 45CT 电弧喷涂单层涂层，取代过去采用的多层涂层体系使用寿命可达 4 年以上。由于 45CT 属高镍铬材料，成本贵且制成丝材工艺要求高，随后相继研制了 Fe-22Cr-6A1 合金线材等，采用电弧喷涂涂层基本达到 45CT 丝材性能指标，而成本大大降低。 6 能源、核工业中的应用 能源工业主要包括热能、水力、核能及太阳能等。热喷涂涂层在火力发电锅炉，水轮机、核反映堆、太阳能吸收和转换上均能发挥特殊作用。 锅炉 “ 四管 ” 保护 除了造约工业黑液锅炉的保护涂层。什对电站、化工及其他行业的工业锅炉水冷壁管、过热管、再过热和、省煤气管的保护庆用进行了研究和开发。 目前
35、全国数家单位研究出适用电弧喷涂的高 CrNi、FeCrNi 及 FeCrA1 合金涂层线材，喷涂的涂层质量达到 45CT 涂层指标。成本低廉适合我国国情。另一种新型粉心丝材，电弧喷涂后可形成 Fe3A1+WC 金属陶瓷涂层。具有优异的抗高温冲蚀防腐蚀作用，可以替代美国超音速火焰喷涂 DS200 涂层。同时开发出先进的高速、超音速电弧喷涂设备，大大提高了涂层的结合强度和致密性。目前，我国各地喷涂 20 万 Kw，30 万 KW 和 60 万 KW的发电机组锅炉水冷壁管达二十多家，几十台锅炉，使用寿命成倍提高。 水轮机过流部件的抗气蚀 气蚀是造成水轮机叶片等部件失效的主要原因之一。我国长江，尤其是
36、黄河水中含有大量泥少，对水轮机过流面造成一定的冲刷磨损，使气蚀在磨损面上更加剧烈。调研表明；我国水轮机气蚀破坏量数倍于国外同类机组。 由于制造工艺等方面的局限，水轮机整体材质的选择受到一定的限制。表面保护和强化技术显示出较大的优越性，研制成功的试水 Ni-46，试水 Ni-67 两种自熔性合金粉末采用氧乙炔火焰喷焊的焊层与奥 102 不锈钢堆焊层在模拟气蚀试验条件下，线速度为 46m/s；水压为 0.1MPA,试验时间为 44h,耐气蚀性能比较列于表 4-69 表 4-69 几种焊层耐气蚀性能比较 焊层材料 SH.F102 试水 Ni-46 试水 Ni-67 奥 102 不锈钢 耐气蚀系数 0
37、.97 10.03 10.22 1 耐气蚀系数=奥 102 堆焊层平均失重/ 喷焊层平均失重 Ni-46、Ni-67 分别采用氧乙炔喷焊在清水电站（气蚀）水轮机过流部件和浑水电站（磨损+气蚀）水轮机过流部件使用效果均高出原件 1 倍以上寿命。现已在小型电站水轮机导水叶、转轮、叶片、迷宫环上推广使用。 我国小浪底电站水轮机组现已采用 HVOF 喷涂硬质耐磨涂层进行保护，使用效果有待进一步观察。 核电工程功能涂层 核聚变装置大致可分成磁约束聚变反应堆（MCF）和惯性约束聚变反应堆（ ICF）两大类。B 4 C 是一种能吸收高深度 X 射线而表面受热量小的低 Z 材料，它不会被中子激活，并且有较高的
38、硬度和汽化温度，ICF 反应堆可采用 B 4 C 涂层作为第一级保护墙。另外，在封闭磁场中维持燃料连续核聚变，使 MCF 反应堆长期运行，选用高 Z 材料是有利的，如钨，可用作 Tokamac MCF 反应堆和其中的 Toraid 燃料装置（等离子产生装置）的保护。B 4 C 和 W 涂层性能见表 4-70 涂层均采用低压等离子喷涂（VPS）制备。 核反应堆循环系统的高温截止阀、控制阀是为了防止钴合金受核辐射对水回路造成污染，对其密封面材料提出喷焊无钴少硼自熔性合金粉末。研制的 Ni-Cr-W-C 基自熔性合金粉末与传统的自熔性 Ni-Cr-B-Si 相比，硼硅含量相对低，且含钨、铬、和碳均较
39、高。开成的等离子喷焊层为韧性好的 Ni 基固溶强化的奥氏体中镶嵌初晶态或共晶态硬质相组织。焊层有较好的抗裂性和耐热冲击性，磨擦系数小，耐磨性好，高温硬度和强度高，已投入使用。 表 4-70 B 4 C 和 W 涂层的性能 材料纯度/% W 99.9 B 4 C 99 涂层厚度/um 100 土 25 500 土 50 孔隙率/% 2000 粘结强度/MPa 35 25-30 新能源工业中，目前出现的钇钡铜氧（Yba 2 Cu 3 O 7 ）铋锶钙铜氧（BiSrCaCuO ）高温超导陶瓷涂层，固体燃料电池涂层，储氢材料涂层以及太阳能吸收与转换涂层均已有雏形或正在深入研究，工业化应用前景广阔。 7
40、.纺织、化纤工业中的应用 现代纺织机械特别是化纤机械，正向高速、轻质、节能方向发展。许多耗能的高速运动零部件一般尽可能采用轻质合金基体（如铝）+表面强化及功能涂层复合制造。 纺织部件要求有一个轮廓分明的表面形状，这是由于在与纤维接触中这些部件必须起导向、卷绕、纺丝和拉丝并缠绕纤维作用所要求的。特殊的表面有的供设计要求的张力，同时又对纤维不造成拉毛和擦伤，同时自身还必须有足够的耐磨性，以满足纺机长时间稳定工作的要求，尤其是纺织行业规模化生产，这种要求更显突出。上述种种通过热喷涂功能性涂层的设计和制备方能满足。目前在纺织行业成套设备数千个受力点所用的部件大部分采用功能涂层复合部件，零件涂层性能见表
41、 4-71 从表 4-71 中可知，纺织工业中使用 AL 2 O 3 +TiO 2 涂层范围较广，尽管这类涂层有很好的耐抗蚀性能。但由于 AL 2 O 3 和 TiO 2 以及其他氧化物可与不同比例组成新的陶瓷涂层材料，经等离子喷涂后用不同的后处理技术如抛磨、刷磨、磨削和砂光等加工方法，可获得不同硬度与不同表面状态的涂层，以适应各种纤维纺织性能的需要。其特点如下。 部分纺织零件表面涂层及性能 零件名称 表面涂层 喷涂工艺 应用特性 丝束切断刀片 Co-WC、TiC 等离子、HVOF 耐磨、较无涂层寿命提高 4-10 倍 牵伸罗拉 Cr 2 O 3 、A1 2 O 3 + TiO 2 等离子喷涂
42、 橘皮表面、纤维松脱性好 卷曲罗拉 Co-WC 等离子、HVOF 与纤维亲合性好、耐磨咬合性好 加捻磨擦盘 Cr 2 O 3 等离子喷涂 磨擦力一定、加捻纤维性好 高速纺织机槽筒 Cr 2 O 3 基涂层 等离子喷涂 低磨擦表面、耐磨 倍捻机锭杯 A1 2 O 3 + TiO 2 等离子喷涂 耐磨减摩、导静电 上油辊 A1 2 O 3 + TiO 2 等离子喷涂 橘皮表面、耐磨 测长轮、鼓、盘 A1 2 O 3 + TiO 2 等离子喷涂 耐磨损、减磨 紧缩辊 Cr 2 O 3 、A1 2 O 3 + TiO 2 等离子喷涂 耐磨损、减磨 挤压机、计量螺杆 Co-WC、TiC 等离子、HVOF
43、 抗腐蚀和气蚀 导丝辊 Cr 2 O 3 、A1 2 O 3 + TiO 2 等离子喷涂 耐磨损、适当的表面轮廓 槽形罗拉 Cr 2 O 3 、A1 2 O 3 + TiO 2 等离子喷涂 耐磨损、适当的表面轮廓 具有优异的耐高速纤维磨损性能，氧化物陶瓷涂层硬度高和低表面能性质，决定其必备耐磨和减摩性，这一点不容易被其他材料所取代。 不同的陶瓷涂层后加工方法使表面具有不同的轮廓，因而会有不同的磨擦力。能对纤维施以适度的 “ 捻力 ” ，使纤维达到必要的强度和韧度。 利用喷涂表面无数微粒凸起的喷涂态（可经适当的加工消除尖利的峰顶），提供适度的表面粗糙度，与纤维作用时使纤维表面获得必要的 “ 绒度
44、 ” ，达到染色性好，有一定的吸湿性等。 cr2o3 比 Al2o3 硬度值更高且具有耐化学腐蚀作用。碳化涂层主要提供耐应性能，在纺织行业中均有特殊的作用。大多数纺机零件均需要制备表面极平整、细腻、均匀的薄型陶瓷涂层表面。喷涂过程中必须把握以下三个环节：一是用0.25mm 的细粒度刚玉进行表面粗化喷砂：二是采用粒度范围 5-45um 的粉末喷涂；三是涂层厚度一般为 0.15-0.20mm。 这些应用已在我国形成系统化、规模化和规范化。纺织化纤工业陶瓷涂层的应用占全国陶瓷涂层大部分市场。 电子工业中的应用 金属-陶瓷复合材料结构是微电子工业基板材料的一种理想材料。在金属板（如科伐合金、铜、铝、钢
45、）上热喷涂高介电常数的陶瓷涂层，具有高热导率的金属能将强电流所产生的热发散开，而陶瓷涂层则提供很好的介电绝缘性能。以铜板上喷涂 AL 2 O 3 陶瓷涂层为例，其总热导率比在相同厚度铜板上烧结氧化铝层的总热导率高 5 倍，而传统作为介电导热的 BeO 的热导率仅较氧化铝涂层高 1 倍，故可通过适当减薄涂层厚度，用作集成电路板的介电散热。提高集成电路的功率。美国已能喷涂 25mm*25mm 的介电陶瓷涂层复合电路板，一批次生产可达 5 万件规模。 热喷涂技术是生产厚膜电路的有效方法，这种电路比印刷电路可承受较高的电流。其制造过程是：在非导电基体上（如塑料、陶瓷或玻璃等）喷涂金属。电路模型喷涂前需
46、遮蔽，喷涂后腐蚀去不需要的部分即可。或用塑料注模法来制作，对塑料表面全部喷涂后，磨出凸出部分则凹陷部分为所要的电路模型。厚膜电路常用的喷涂金属为铜、铝、锌和银，在制造电阻器、电容器和电感器方面已得到应用和发展。 在热处理后的玻璃上热喷涂铝等涂层已制成电加热板。在大型闸刀开关的接触面，1500A/60V 直流电源开关导电触头上喷涂导电涂层，经 2000 次开关寿命试验表明：紫铜涂层制触头耐电蚀性最差；银或银钨合金涂层的触头耐电蚀性较好；等离子喷涂 AgW 或 CuW 涂层的触头各种性能均最佳。 锌涂层可提供高能级的电磁波衰减范围，可用于屏蔽电磁波和无线电频率的干扰，同时可清除静电放电火花。这方面的应用包括计算机终端装置、电子办公设施、感光电子设备等。 9.化学工业中的应用 化学工业中最大的问题是腐蚀，各种材料在不同腐蚀介质、腐蚀环境、腐蚀温度中形成的腐蚀机理也是千差万别的。热喷涂涂层抗腐蚀的作用是：将耐蚀性能优异的合金、陶瓷、塑料等材料在需保护的基体上形成一定厚度的涂层或多重涂层，再对涂层的微孔采用合适的封孔剂进行封闭，用隔离形式保护基体免受腐蚀。由于上述耐蚀材料形成涂层时，由于相变或部分元素烧损等原因，耐蚀性会略有下降。同时封孔剂的选配和封闭技术的差异，有时也达不到 100%的封孔效果，故防蚀是一项系统而艰巨的工作，需要认真分析腐蚀原因，科学设计防腐涂层体系，
