1. 涂层材料选择范围极其广泛:
•几乎可以喷涂任何具有熔点的材料:金属及合金、陶瓷、金属陶瓷、塑料、复合材料等。
•可以制备具有特殊性能(耐磨、耐蚀、耐高温、隔热、导电、绝缘、可磨耗密封、生物相容性等)的功能涂层。
2. 基体材料限制小:
•几乎可以在任何固体材料(金属、陶瓷、玻璃、水泥、石膏、木材、塑料等)表面制备
涂层
•基体受热影响小:由于热源集中在喷涂材料上,且颗粒撞击基体后快速冷却,基体温度通常可控制在较低水平(一般不超过150-200°C),避免了基体变形、组织变化和性能下降,适合处理精密零件、薄壁件及低熔点材料。
3.工艺灵活,适应性强:
•可在现场对大型构件(如船体、桥梁结构、储罐、大型轧辊等)进行局部喷涂修复或防护,无需拆卸。
•喷涂方向灵活,可对复杂形状工件(如内孔)进行喷涂(需特殊喷枪或工装)。
•涂层厚度范围宽:通常从几十微米到几毫米,甚至更厚。
4. 生产效率相对较高:
•沉积速率快(尤其是电弧喷涂、火焰喷涂),适合大面积涂覆或快速修复。
5. 涂层功能多样:
•可制备多种功能性涂层,满足不同需求:
•耐磨涂层:如碳化钨、氧化铬、镍基/钴基合金等,提高零件耐磨寿命。
•耐腐蚀/抗氧化涂层:如锌、铝及其合金用于钢结构防腐;镍铬合金、MCrAIY合金用于高温防护。
• 热障涂层:如氧化钇稳定氧化锆,用于航空发动机涡轮叶片等高温部件隔热。
•修复/ 尺寸恢复涂层:修复磨损或加工超差的零件。
•导电/绝缘涂层:如铜、铝导电;氧化铝绝缘。
•生物医学涂层:如羟基磷灰石用于植入体。
•可磨耗密封涂层:用于航空发动机压气机
等部位。
•特殊功能涂层:如远红外辐射、催化等。
6.经济性:
•相对于整体使用昂贵材料制造零件,在廉价基体上喷涂高性能涂层更具成本效益。
•修复失效零件比更换新件成本低得多,延长了设备使用寿命。
然而,热喷涂技术也存在一些劣势(局限性):
1.涂层结构特性:
•层状结构:涂层由无数变形粒子堆叠而成,存在层间界面,导致涂层性能(尤其是强度和韧性)通常表现出各向异性。
•孔隙率:粒子凝固收缩、未完全熔融、夹杂气体等原因导致涂层不可避免地存在孔隙(通常在百分之几到十几)。孔隙降低涂层致密度、强度、耐蚀性(需封孔处理)和绝缘性,但有时也可利用孔隙(如储油润滑、隔热)。
•氧化物夹杂:高温熔融粒子在飞行过程中易与空气发生反应,形成氧化物夹杂,降低涂层纯度、结合强度和韧性(惰性气体保护或真空环境可显著改善)。
•内应力:熔融粒子撞击基体后快速冷却收缩会产生残余应力(通常是拉应力),过大的应力可能导致涂层开裂、翘曲甚至剥落。工艺控制和涂层设计需考虑应力问题。
2. 涂层结合强度:
•主要依靠机械嵌合(抛锚效应),部分可能发生局部治金结合或物理结合。结合强度通常低于熔焊或钎焊(一般在20-70MPa范围,具体取决于工艺和材料)。良好的基体预处理(喷砂)对提高结合强度至关重要。
3. 对基体预处理要求高:
•基体表面必须严格清洁(除油、除锈)并进行粗化处理(通常为喷砂),以获得新鲜、高能、粗糙的表面,确保良好的机械结合。预处理质量直接影响涂层结合强度和使用寿命。
4. 工艺过程控制复杂:
• 影响涂层质量的参数众多:热源功率、喷涂距离、喷枪移动速度、送粉速率、气体流量/压力、基体温度等。需要精确控制以获得稳定、可重复的涂层性能。
5. 材料利用率和沉积效率:
•并非所有喷涂材料都能有效沉积到基体上,存在“过喷”现象(粉未未沉积到工件上),材料利用率通常在50%-70%左右,需要粉尘收集系统。
•沉积效率(沉积在基体上的材料质量与消耗材料总质量之比)因工艺和材料而异。
6. 涂层表面状态:
•涂层表面呈粗糙的层状结构(“桔皮”状),通常需要后续机械加工(车削、磨削)才能达到所需尺寸精度和表面光洁度。这增加了工序和成本,且加工过程中可能损伤涂层。
7. 健康、安全和环保:
•涉及高温、高速气流、噪音、粉尘(特别是细颗粒和可能有害的材料粉末)、有害气体(如臭氧、氮氧化物)和强光辐射(特别是等离子喷涂)。需要严格的防护措施(通风、除尘、防护服、护目镜、耳塞)和环保处理。
8.设备投资和运行成本:
•高端喷涂设备(如真空等离子喷涂、超音速火焰喷涂)及其辅助设施(除尘、水冷、气体供应)投资较大。运行成本包括气体、电力、粉未消耗、设备维护等。