熱噴涂通過賦予材料表面優異的功能，從而滿足更高性能的使用需要或顯著延長零部件的服役壽命，并通過零部件的循環修復使用顯著延長材料的總體壽命。因而，減少了資源消耗，提高了資源利用效率。在我國大力推進循環經濟、建設節約型社會的今天，進一步推廣熱噴涂技術的應用意義重大。腐蝕與磨損是造成材料和零部件失效的主要原因，據報道發達國家因此造成的經濟損失約占國民經濟總產值的3%～5%。我國每年因腐蝕、磨損造成的損失已達幾千億元，這其中應有相當部分可以通過熱噴涂防護而挽回。因此熱噴涂技術在國民經濟發展中應用空間廣闊、潛力巨大。

    1.  材料組成的復合化與低雜質化

    各類噴涂材料隨著應用對涂層性能需求的提高，單一或少組元的材料、雜質含量高的材料難于滿足要求。合金粉末向多元素合金化方向發展，而不同組份的復合趨向多組元化。針對冶金行業大量消耗使用的各種規格大型爐底輥，由于最高使用溫度超過1100℃，抗氧化、耐磨性要求苛刻，為了達到使用壽命需要，必須在MCrAlY基礎上進一步開發多組元的合金粉末。北京礦冶研究總院研究采用真空惰氣霧化法研究開發了CoCrAlTaYCA系7組元的合金粉末，合金粉末含8%～10%Ta，控制其氧含量低于0.1%，并將其與純Al2O3混合后進行爆炸噴涂，涂層結合強度可達100MPa，這種多元合金粉與氧化物陶瓷的復合材料高溫性能優異，使爐底輥壽命延長至一年。

    針對航空應用的高溫封嚴涂層，要求涂層700℃以上保持良好可磨耗性能的同時具有較強的綜合性能，在Ni/Cg基礎上結合NiCr/Al進一步研究開發的“金屬/合金/非金屬”型NiCrAl/NiCg材料的等離子涂層滿足了嚴格的使用要求。

    適用于常規機械部件表面強化或修復的低成本、一步噴涂耐磨涂層材料是將FeCrBSi合金粉末、碳化鎢、鎳鋁三種材料結合的新型熱噴涂材料。使重型車輛軸等磨損部件的壽命較之單獨采用FeCrBSi合金粉末噴涂提高顯著，且綜合成本降低，在生產中獲得了很好的應用效果。

    在實芯、粉芯復合絲材中多組元的使用，充分發揮了涂層的綜合性能，如北京工業大學開發的FeCrNiBSiRE粉芯絲材電弧噴涂涂層的耐磨性為3Cr13的兩倍，具有良好的抗沖擊磨損性能，在電站鍋爐“四管”防護上獲得應用；北京有色金屬研究院開發的Ni-Cr-Ti合金絲電弧噴涂涂層性能達到TAFA公司的45CT水平，而價格僅為其1/3。

    2.材料結構的超微與納米化

    采用納米材料制備新型噴涂材料或添加納米材料對熱噴涂材料進行改性日益受到關注。納米材料的使用，有助于使涂層的組織結構細化、均勻化，從而獲得更高的涂層性能。目前我國研究較多的納米熱噴涂材料包括納米WC/Co、ZrO2、ZrO2·Y2O3、Al2O3·TiO2、NiAl等，制備途徑多是先獲得原始納米粉末，再通過造粒獲得適宜噴涂的顆粒。北京礦冶研究總院采用離心噴霧干燥以平均粒徑為60nm的Cr2O3粉末為主要原料研制出Cr2O3·5%SiO2·3%TiO2團聚粉末，經熱處理后粉末松裝密度達到1.30g/cm3、流動性達到21.5s/50g，滿足了噴涂需要。武漢理工大學采用晶粒尺寸為60～80nm、造粒后平均粒徑為29nm的WC·12%Co粉末進行HVOF噴涂，結果顯示納米WC·12%Co材料比常規的微米WC·12%Co材料噴涂后涂層的顯微硬度明顯提高、沖蝕失重明顯減少。武漢材料保護研究所采用晶粒尺寸20.3nm的ZrO2·8%Y2O3納米氧化鋯團聚粉末，經合適的等離子噴涂工藝獲得了晶粒尺寸為46.9nm的涂層。涂層在鎳基高溫合金表面制取，底層NiCrAlY厚度0.09～0.11mm，面層厚度0.25mm。與微米ZrO2·8%Y2O3涂層相比，涂層的孔隙率增加，涂層的熱震性能提高約50%，熱導率低約36%，1200℃時的隔熱溫度為162℃，比噴涂熱障涂層提高31℃。

    等離子噴涂過程當涂層為0.6～0.9mm厚時，涂層的結合強度由微米鋁包鎳的32.2MPa提高到納米鋁包鎳的35.8MPa；0.06～0.15mm厚時由44.0～51.5MPa提高到48.7～55.0MPa，相對耐磨性顯著提高。制備的復合粉末包括Ni/Al、NiCr/Al、NiCr/AlCoY2O3及FeCrNiWC/Al等。納米鋁粉包覆的鋁包鎳、鎳鉻鋁適用于不同的條件的粘結底層或工作面層，鎳鉻鋁鈷氧化釔用于高溫熱障涂層底層，鐵鉻鎳鋁碳化鎢作自粘結耐磨工作涂層使用，幾種涂層材料產品在性能上優于國外同類材料水平、成本低，均已獲得工業應用。

    3.材料性能的高端化

    隨著涂層性能的不斷追求，需要材料適應單一性能的高端發展或綜合性能的充分配合。如WC/Co在許多使用中著重中低溫抗磨損性能，而對某些則需要保持較高抗微動磨損性能的同時涂層具有更高的結合力、韌性及較低的摩擦系數，為此發展了一種含鈷量較高的WC·25%Co材料，并使其適應爆炸噴涂的工藝要求。對ZrO2·Y2O3隔熱涂層一直追求材料應具有最高的隔熱效果，即最低的導熱系數。NiAl材料有多種形式，適應不同的噴涂工藝、不同部件或基材的底層應用，結合力則是最重要的技術指標。為了使冶金行業的沉沒輥表面獲得更高的耐金屬液熱蝕特性，采用的強化相由WC到Cr3C2，再到MoB2。為了最終應用，材料性能的追求必須以可接受的成本為限。

    4.用途的專業化、系列化

    熱噴涂材料的不斷發展，為應用提供了越來越多的選擇，也使材料本身進一步走向專業化、系列化。封嚴涂層材料已發展成聚苯脂、氮化硼、石墨、硅藻土和膨潤土等為主要可磨組份的數十種材料，如AlSi/聚苯脂、Al/BN、Cu/Cg、Ni/Cg、CuAl/Cg、NiCrAl/Cg、Ni/硅藻土、NiCrAl/膨潤土等，適應不同使用溫度、耐磨性以至基材、部件形狀等使用要求。NiCrBSi則根據涂層硬度要求發展成系列化的合金粉末品種，還通過加入不同含量的WC系組份延伸品種數量。WC/Co也根據Co含量的不同、碳化鎢形態的差異形成多個品種。各類絲材、棒材也已逐步走向系列化。如用于電站鍋爐“四管”的電弧噴涂面層粉芯絲材7Cr13、3Cr13、NiCr/ Cr3C2、NiCrBSi等，底層NiAl合金絲、NiCr合金絲、NiCrTi合金絲、FeCrAl合金絲等。我國目前已有百種以上的熱噴涂材料在工業生產中應用。

    民用與軍工兩大應用領域需求的牽引及包括新型熱噴涂材料在內的自身科技水平的不斷推進，使我國熱噴涂行業近年來發展速度顯著加快。民用市場的高速發展刺激了材料用量規模的增長，而軍工需求則從實質上帶動了高質量、新型熱噴涂材料走向實用化。我國熱噴涂行業已形成規模，據估計國內目前從事熱噴涂技術研究開發或生產的單位約1500家。各類熱噴涂材料的應用已隨著熱噴涂技術的推廣滲透到航空航天、冶金、機械、石化、電力和汽車等國民經濟及國防軍工的幾乎各個工業領域，目前已進入了新的快速發展階段，應用領域不斷拓展，在各類工業部件的新件制造與舊件修復、延長部件或材料的服役壽命或賦予材料特殊性能等方面發揮越來越重要的作用。

    結語

    （1）經過多年的發展，我國熱噴涂材料的品種繁多，百種粉末、絲材、棒材產品已隨著熱噴涂技術應用到各個工業領域。對一系列金屬合金、陶瓷粉末、復合等粉末材料，合金、粉芯絲材，氧化物陶瓷棒材產品均已形成成熟的生產技術。

    （2）熱噴涂材料總的技術發展趨勢在于：組成的復合化與低雜質化，結構的超微或納米化，性能的高端化，用途的專業化、系列化。納米結構、復合型、多元合金等各種新型材料成為研究開發熱點并迅速走向應用。

    （3）我國熱噴涂行業已形成規模，熱噴涂材料隨著熱噴涂技術的發展進入了新的快速發展階段，應用不斷拓展，在大力倡導節約型社會的今天，發展前景廣闊。

更多關于材料方面、材料腐蝕控制、材料科普等等方面的國內外最新動態，我們網站會不斷更新。希望大家一直關注中國腐蝕與防護網http://www.ecorr.org 

責任編輯：龐雪潔

《中國腐蝕與防護網電子期刊》征訂啟事
投稿聯系：編輯部
電話：010-62313558-806
郵箱：ecorr_org@163.com
中國腐蝕與防護網官方 QQ群：140808414