噴涂材料是熱噴涂技術的重要組成部分。它與熱噴涂工藝及熱噴涂設備共同構成熱噴涂技術的主體。整個熱噴涂技術的發展,實際上受設備與材料的進展而被推動與牽引的。
一、歷史的回顧
迄今,熱噴涂材料的發展大體跨分三個階段。第一階段是以金屬和合金為主要成份的粉末和線材,主要包括鋁、鋅、銅、鎳、鉆和鐵等金屬及它們的合金。這些材料制成粉末,是通過破碎及混合
等初級制粉方法生產的,而線材則是用拉拔工藝制作出一定線徑的金屬絲或合金絲。這些材料主要供火焰粉噴、線噴及電弧噴涂等工藝使用,涂層功能較單一,大體是防腐和耐磨損,應用面相對較小;第二階段始于五十年代中期。人們發現,要解決工業設備中存在的大量磨損問題,十分有必要改進工藝,制取更耐磨的涂層。經過幾年的努力,自熔合金問世并發展了火焰噴焊工藝,這就是著名的硬面技術.自熔合金是在Ni、Co和Fe基的金屬中加入B、Si、Cr這些能形成低熔點共晶合金的元素及抗氧化元素,噴涂后再加熱重熔,獲得硬面涂層。這項技術在某種程度上是受焊接堆焊工藝的啟發。由于這些涂層具有高硬度、高冶金結合及很好的抗氧化性,從而在耐磨及抗氧化性方面邁出了一大步。自熔合金的出現,對熱噴涂技術起了巨大的推動作用。這一階段另一項技術突破是等離子噴涂設備的問世。等離子焰高達1萬度,幾乎可以噴涂一切材料。于是,人們打開了思路,先后發展了一系列的陶瓷材料和金屬陶瓷材料。實際上,只有進入七十年代中期,1976年邁阿密第八屆國際熱噴涂會議之后,在航空工業迅速發展的需求與推動下,這些材料才真正找到了用武之地,相繼出現了高性能、高技術的耐磨、耐高溫、抗燃氣腐蝕及隔熱等表面工程涂層材料,使熱噴涂技術開始從簡易的維修車間步入宇航和飛機等高技術產業領域,并解決了大量令冶金工程師頭痛的材料問題。不僅使那些擔心采用這項技術會使飛機從天上掉下來的飛機設計師放下了心,而且自那時起,一架航空發動機有成百件以上的零件納入了技術規范,必須采用熱噴涂技術才得以達到設計師們的要求。第三階段是以七十年代中期出現了一系列的復合粉和自粘一次噴徐粉末,直至八十年代夾芯焊絲作為電弧噴涂材料進入市場為主要標志。其特征是材料在成份與結構的復合,達到噴涂工藝的改進和涂層性能的強化。鎳包鋁和鋁包鎳復合粉取代了傳統的Mo絲,改善了打底層粘結性;自粘一次粉綜合了打底粉與工作粉雙重功能,簡化了噴涂工藝。不少怕氧化或氮化的金屬或陶瓷被Ni或Co這些金屬包裹之后,不僅保護了核心成份,同時又會與核心發生化學或冶金方面的反應,賦于涂層更好的性能。復合材料不局限于粉末,在線材方面也出現了復合噴涂絲。尤其是填充型復合線材,已開始擁入市場,這些復合絲可以用火焰線材噴槍,但主要用電弧噴槍噴涂,使這些原來只能形成金屬一合金涂層的工藝,可以噴涂帶有陶瓷一類的硬質耐磨材料,使涂層的應用面大為拓展
二、傳統的制粉方法居主要噴涂粉末在整個熱噴涂材料中占據十分重要的地位。除電弧和線材火焰噴涂外,其它所有噴涂工藝都是以粉末為噴涂材料的。粉末材料包羅萬象、適應性強、工藝可靠,提供各種涂層功能,在高技術領域中應用成熟,這些特點是其它形式的材料無法比擬的。經過多年的發展與創新,對各種化學組成的材料都建立了相當完善的制粉方法:金屬、合金、自熔合金通常采用霧化法,即水霧化-水冷,氣霧化-氣冷和氣霧化-水冷三種方式。
霧化工藝自六十年代初問世以來,給熱噴涂材料開創了新局面,同時當兩種或兩種以上的粉末在比重上相近的情況下,混合法仍不失為一種經濟而實用的制粉手段,至今,仍有不少生產廠家供應各種混合粉。第三種,是熔煉一燒結再經破碎與篩分的制粉工藝,它是制造陶瓷或金屬陶瓷的主要方法;第四種是團聚法與噴霧干燥法,此法是生產團聚型復合粉的手段,包括某些陶瓷粉,如A12O2-TiO2,ZrO-Y2O:等常見粉末,也可采用此法生產。第五種是加壓氧還原法,源于加拿大一家鎳公司發展的提鎳工藝,演變為包覆型復合粉的生產方法,包覆金屬為Ni、Co或Cu,而核心材料可以是各種固體材料。以上這些工藝是當今熱噴涂粉末的主要生產方法。盡管還有等離子霧化法、氣相沉積法、置換法、鋁熱法、機械熔化法、化學沉積法、共沉淀法等技術,但沒有形成生產規模,其中原因有技術問題,也有經濟問題。