1 表面工程及熱噴涂技術(shù)的特點(diǎn)及發(fā)展

    表面工程是經(jīng)表面預(yù)處理后，通過(guò)表面涂覆、表面改性或多種表面工程技術(shù)復(fù)合處理，改變固體金屬表面和非金屬表面的形態(tài)、化學(xué)成份和組織結(jié)構(gòu)和應(yīng)力狀態(tài)，以獲得所需要表面性能的系統(tǒng)工程。
    表面工程綜合了多個(gè)領(lǐng)域的基礎(chǔ)理論、技術(shù)和最新成果。表面工程技術(shù)因在基體材料表面制造了一層涂層或薄膜，或通過(guò)表面改性賦予材料許多特殊性能，使材料的表面性能大大優(yōu)于材料基體，不僅能大大延伸基體材料的應(yīng)用領(lǐng)域，而且解決了許多領(lǐng)域中材料無(wú)法滿足環(huán)境要求的問(wèn)題。表面工程技術(shù)在解決人類發(fā)展中遇到資源、能源、環(huán)境等共同問(wèn)題中起著不可替代的重要作用。
    由于表面工程技術(shù)節(jié)能、節(jié)材，從而保護(hù)了人類賴以生存的寶貴資源，同時(shí)還對(duì)環(huán)境保護(hù)起到了非常關(guān)鍵的作用。21世紀(jì)表面工程技術(shù)將滲透各行各業(yè)，推動(dòng)社會(huì)文明、提高生活質(zhì)量。
    熱噴涂技術(shù)是表面工程中的一個(gè)重要分支，它是通過(guò)火焰、電弧或等離子體等熱源，將某種線狀和粉末狀的材料加熱至熔融或半融化狀態(tài)，并將加速形成的熔滴高速噴向基體形成涂層。涂層具有耐磨損、而腐蝕、而高溫和隔熱等優(yōu)異性能，并能對(duì)磨損、腐蝕或加工超差引起的零件尺寸減小進(jìn)行修復(fù)。熱噴涂技術(shù)的應(yīng)用主要包括：長(zhǎng)效防腐、機(jī)械修復(fù)及先進(jìn)制造技術(shù)、模具制作與修復(fù)、制造特殊的功能涂層等四個(gè)方面。目前，熱噴涂技術(shù)已廣泛應(yīng)用于幾乎所有工業(yè)領(lǐng)域以及家庭用品（如不粘鍋、紅外線保健電熱器等）。
    20世紀(jì)末，熱噴涂技術(shù)的發(fā)展十分迅速，并迅速被推廣使用。1980年到2000年，熱噴涂市場(chǎng)的變化見表1。到20世紀(jì)末，等離子噴涂仍然居主導(dǎo)地位。值得注意的是，高速火焰噴涂（HVOF）迅速發(fā)展，將占據(jù)25%的市場(chǎng)比例，居第二位。電弧噴涂技術(shù)，由于經(jīng)濟(jì)性好、涂層性能比火焰噴涂層優(yōu)越，將部分代替火焰噴涂技術(shù)上升到第三位。

表1  主要熱噴涂方法的應(yīng)用比例

年份

火焰噴涂

電弧噴涂

等離子噴涂

高速火焰噴涂

1980年

39%

6%

55%

-

2000年

12%

15%

48%

25%

2  熱噴涂技術(shù)的應(yīng)用

    熱噴涂技術(shù)目前已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用，其主要應(yīng)用領(lǐng)域如表2所示。

表2  熱噴涂涂層的主要應(yīng)用領(lǐng)域

領(lǐng)域

主要類型

涂層材料類型

防護(hù)涂層

陽(yáng)極性防護(hù)涂層（抗大氣壓及浸漬腐蝕涂層）

Zn、Al、Zn-Al合金、Al-Mg合金、Al-Re

陰極性防護(hù)涂層（抗化學(xué)腐蝕涂層）

不銹鋼、有色金屬及合金、氧化物陶瓷、塑料等高分子材料

#p#分頁(yè)標(biāo)題#e#抗高溫氧化涂層

Ni基、Co基合金、MCrAIY合金、氧化物陶瓷

強(qiáng)化涂層

耐磨粒磨損及沖蝕磨損

碳化物+金屬、自熔性合金、氧化物陶瓷

耐摩擦磨損涂層

Mo或Mo+合金；有色金屬及合金；自熔性合金；氧化物陶瓷

在強(qiáng)腐蝕介質(zhì)中耐磨涂層

自熔性合金、高合金、陶瓷

特殊功能涂層

熱障涂層

氧化物陶瓷

可磨密封涂層

金屬+非金屬?gòu)?fù)合材料

熱輻射涂層

氧化物復(fù)合材料

導(dǎo)電屏蔽及防輻射涂層

金屬

固體潤(rùn)滑涂層

金屬+非金屬?gòu)?fù)合材料

超導(dǎo)、耐電、高溫塑料等特殊涂層

    近年的發(fā)展趨勢(shì)和特點(diǎn)是：（1）大面積長(zhǎng)效防護(hù)技術(shù)得到廣泛應(yīng)用，對(duì)于長(zhǎng)期暴露在戶外大氣的鋼鐵結(jié)構(gòu)件采用噴涂鋁、鋅及其合金涂層，代替?zhèn)鹘y(tǒng)的刷油漆的方法，實(shí)行陰極保護(hù)進(jìn)行長(zhǎng)效大氣防腐；（2）采用熱噴涂技術(shù)修復(fù)與強(qiáng)化大型關(guān)鍵設(shè)備及進(jìn)口零部件國(guó)產(chǎn)化；（3）超音速火焰噴涂技術(shù)的應(yīng)用：（4）氣體爆燃式噴涂技術(shù)進(jìn)一步得到應(yīng)用；（5）高速、自動(dòng)氧乙炔火焰末噴涂技術(shù)發(fā)展迅速；（6）熱噴技術(shù)在化工防腐工程中得到應(yīng)用；（7）激光重熔技術(shù)開始應(yīng)用。目前，熱噴涂技術(shù)在軍事、水利、電力、化工、建筑、環(huán)保、生物等眾多工程領(lǐng)域等方面得到了日益廣泛的應(yīng)用，熱噴涂在海洋工程方面也得到了廣泛應(yīng)用。對(duì)船身、甲板、駁船、大平底船、拖船等，熱噴涂都取得了良好的長(zhǎng)效保護(hù)效果。

3  熱噴涂技術(shù)在化工、石油行業(yè)中的應(yīng)用

    在化工行業(yè)中，腐蝕尤為嚴(yán)重，它不僅造成大量材料和設(shè)備損失，而且因腐蝕造成的企業(yè)停產(chǎn)。安全事故及環(huán)境污染所帶來(lái)的損失更難以估量的。防止“跑、冒、滴、漏”是化工企業(yè)設(shè)備管理的主要任務(wù)之一。集多種工藝方法于一身、以表面強(qiáng)化為宗旨的熱噴涂技術(shù)可以噴涂所有的固態(tài)工程材料，并具有良好的化學(xué)穩(wěn)定性，目前在化工行業(yè)中已得到日益廣泛的應(yīng)用。化工介質(zhì)往往含有硫及氧，如燃料、酒精、醋酸、甲苯、甘油、糖漿的儲(chǔ)罐，原軸套機(jī)械密封和葉輪，均可通過(guò)熱噴涂解決防腐。對(duì)一般弱腐蝕介質(zhì)可以通過(guò)金屬熱噴涂鋁、鋅、不銹鋼加封閉解決，對(duì)強(qiáng)酸、堿等通過(guò)塑料火焰噴涂環(huán)氧、聚四氟乙烯等解決。效果十分顯著。熱噴涂在化工行業(yè)中的典型應(yīng)用有如下幾個(gè)方面：1、以低級(jí)材質(zhì) 和加熱噴涂層取代不銹鋼、鈦合金等高級(jí)材質(zhì)不銹鋼。2、可作為化工反應(yīng)罐、貯罐、攪拌裝置和管道的防腐涂層。3、可作為搪玻璃設(shè)備崩瓷損壞的良好修補(bǔ)層。
    熱噴涂在石油工業(yè)中也得到了廣泛的應(yīng)用。熱噴涂已成功用于石油勘探，開采等設(shè)備的修復(fù)和防護(hù)。熱噴涂涂層已成功用于石油鋼管、海洋平臺(tái)的長(zhǎng)效防腐。某井下作業(yè)公司工程安裝公司引進(jìn)的電弧噴涂技術(shù)，較好地解決了金屬防腐難題，填補(bǔ)了油田金屬防腐空白。工程安裝公司目前已將該技術(shù)應(yīng)用到線材、板材、型材及金屬設(shè)備中，噴涂后的產(chǎn)品防腐能力提高了2倍以上。