CAC2025 广(guang)州(zhou)先(xian)进陶瓷论坛(tan)暨(ji)展览会(hui)
2025年5月26-28日 美丽豪酒店（广州番禺店）
采用热喷(pen)(pen)涂技(ji)术(shu)特(te)别是等离子喷(pen)(pen)涂技(ji)术(shu)，在金属(shu)基体上制(zhi)备陶瓷(ci)涂层(ceng)，能把陶瓷(ci)材(cai)(cai)料(liao)的(de)(de)特(te)点(dian)和金属(shu)材(cai)(cai)料(liao)的(de)(de)特(te)点(dian)有(you)机地(di)结(jie)合(he)起来(lai)，获得复合(he)材(cai)(cai)料(liao)结(jie)构及制(zhi)品(pin)，正成为(wei)当代复合(he)材(cai)(cai)料(liao)及制(zhi)品(pin)高科技(ji)领(ling)域的(de)(de)一个重要分枝。热喷(pen)(pen)涂技(ji)术(shu)因工艺的(de)(de)灵(ling)活性(xing)(xing)与可喷(pen)(pen)涂材(cai)(cai)料(liao)的(de)(de)广(guang)泛(fan)性(xing)(xing)，目前已经在航(hang)空航(hang)天、石油化工、电子电气、汽车、医疗、海洋、矿业等领(ling)域得到了(le)越来(lai)越多(duo)的(de)(de)领(ling)域获得广(guang)泛(fan)的(de)(de)应用。
一、热喷涂技(ji)术原理
根据(ju)国(guo)际标(biao)准(zhun)GB/T18719-2002的(de)(de)定义，热(re)喷(pen)涂(tu)技(ji)术是利用(yong)热(re)源将(jiang)喷(pen)涂(tu)材料加(jia)热(re)只溶化或半溶化状态，并(bing)以一定的(de)(de)速度喷(pen)射沉(chen)积到经过预处理(li)的(de)(de)的(de)(de)基体(ti)形成(cheng)涂(tu)层的(de)(de)方(fang)法，赋予基体(ti)表(biao)面特殊(shu)功能(neng)的(de)(de)目的(de)(de)。
影响热(re)喷涂(tu)(tu)(tu)涂(tu)(tu)(tu)层性(xing)(xing)能(neng)的(de)(de)主要因素是(shi)原(yuan)料在喷涂(tu)(tu)(tu)焰流中的(de)(de)熔融状态（温(wen)(wen)度(du)(du)）和(he)飞行速度(du)(du)（微(wei)粒(li)的(de)(de)动(dong)能(neng)）。在大气等(deng)离子(zi)(zi)(zi)喷涂(tu)(tu)(tu)之后出现的(de)(de)各种热(re)喷涂(tu)(tu)(tu)技(ji)术，无一不是(shi)通过(guo)提高微(wei)粒(li)温(wen)(wen)度(du)(du)或速度(du)(du)来获得性(xing)(xing)能(neng)优异的(de)(de)涂(tu)(tu)(tu)层。此(ci)外(wai)，由于等(deng)离子(zi)(zi)(zi)喷涂(tu)(tu)(tu)、爆(bao)炸喷涂(tu)(tu)(tu)等(deng)技(ji)术无法使用纳米粉体进料，在制(zhi)备(bei)纳米结构(gou)涂(tu)(tu)(tu)层时只能(neng)通过(guo)造(zao)粒(li)将其制(zhi)为微(wei)米级粉体用于喷涂(tu)(tu)(tu)，喷涂(tu)(tu)(tu)工艺和(he)涂(tu)(tu)(tu)层性(xing)(xing)能(neng)均(jun)受(shou)到限(xian)制(zhi)。因此(ci)，研(yan)究人员(yuan)还开发了悬浮液等(deng)离子(zi)(zi)(zi)喷涂(tu)(tu)(tu)（SSPS），以便获得特定组织的(de)(de)纳米结构(gou)涂(tu)(tu)(tu)层。
↓↓不同的喷涂工艺的优势及存在的问题
热(re)喷涂技(ji)术工艺方法(fa)很多，但无论(lun)何种工艺方法(fa)，喷涂过(guo)(guo)程(cheng)中(zhong)形成涂层的原理和涂层结构基(ji)本一(yi)致。热(re)喷涂形成涂层的过(guo)(guo)程(cheng)一(yi)般经历四个阶段(duan)(duan)(duan)：喷涂材(cai)料加(jia)热(re)溶(rong)化(hua)阶段(duan)(duan)(duan)、雾(wu)化(hua)阶段(duan)(duan)(duan)、飞行阶段(duan)(duan)(duan)、碰撞沉积阶段(duan)(duan)(duan)。
1、加热(re)溶化阶段
当(dang)喷(pen)涂材料为线(xian)(xian)（棒）材时，喷(pen)涂过程中(zhong)，线(xian)(xian)材的端部连(lian)续不(bu)断(duan)地进入热源高(gao)温区被(bei)加热溶(rong)(rong)化(hua)，形成溶(rong)(rong)滴；当(dang)喷(pen)涂材料为粉末时，粉末材料直(zhi)接进入热源高(gao)温区，在行进的过程中(zhong)被(bei)加热至溶(rong)(rong)化(hua)或半溶(rong)(rong)化(hua)状(zhuang)态。
2、雾化阶段
线（棒）材(cai)(cai)在(zai)(zai)喷涂过程中被(bei)加热(re)溶(rong)化形成(cheng)(cheng)溶(rong)滴(di)，在(zai)(zai)外(wai)加压缩气流(liu)或热(re)源自身气流(liu)动力的作用下(xia)，将线（棒）材(cai)(cai)端(duan)部溶(rong)滴(di)雾(wu)(wu)化成(cheng)(cheng)微(wei)(wei)细溶(rong)粒并加速(su)(su)(su)粒子的飞行(xing)速(su)(su)(su)度(du)；当喷涂材(cai)(cai)料(liao)为粉末(mo)时，粉末(mo)材(cai)(cai)料(liao)被(bei)加热(re)到足够高温度(du)，超过材(cai)(cai)料(liao)的熔点(dian)形成(cheng)(cheng)液滴(di)时，在(zai)(zai)高速(su)(su)(su)气流(liu)的作用下(xia)，雾(wu)(wu)化破碎成(cheng)(cheng)更(geng)细微(wei)(wei)粒并加速(su)(su)(su)飞行(xing)速(su)(su)(su)度(du)。
热喷涂(tu)技术涂(tu)层形成(cheng)原理
3、飞行(xing)阶段
加(jia)(jia)热(re)溶化(hua)或半溶化(hua)状态的(de)粒子(zi)在外(wai)加(jia)(jia)压缩(suo)气流或热(re)源自身气流动力的(de)作用下被加(jia)(jia)速(su)飞(fei)行(xing)。粒子(zi)飞(fei)行(xing)过程中喷涂粒子(zi)首先被加(jia)(jia)速(su)，随着(zhe)飞(fei)行(xing)距离的(de)增(zeng)加(jia)(jia)而减速(su)。
4、碰(peng)撞沉积阶(jie)段
具(ju)有一定温度(du)和速度(du)的(de)喷(pen)涂粒子(zi)在(zai)(zai)接触基(ji)体(ti)(ti)材(cai)料的(de)瞬(shun)间(jian)，以一定的(de)动(dong)能(neng)冲击基(ji)体(ti)(ti)材(cai)料表(biao)(biao)面(mian)(mian)，产生强烈的(de)碰(peng)(peng)(peng)撞。在(zai)(zai)碰(peng)(peng)(peng)撞基(ji)体(ti)(ti)材(cai)料的(de)瞬(shun)间(jian)，喷(pen)涂粒子(zi)的(de)动(dong)能(neng)转化为热(re)能(neng)并传递(di)给基(ji)体(ti)(ti)材(cai)料，在(zai)(zai)凹凸不平的(de)基(ji)材(cai)表(biao)(biao)面(mian)(mian)上产生形(xing)变。由于热(re)传递(di)的(de)作用(yong)，变形(xing)粒子(zi)迅速冷(leng)凝(ning)并伴(ban)随着体(ti)(ti)积(ji)(ji)收(shou)缩，其中大部分粒子(zi)呈扁平状牢(lao)固地(di)粘结在(zai)(zai)基(ji)体(ti)(ti)材(cai)料表(biao)(biao)面(mian)(mian)上，而(er)另一小部分碰(peng)(peng)(peng)撞后经基(ji)体(ti)(ti)反弹而(er)离(li)开基(ji)体(ti)(ti)表(biao)(biao)面(mian)(mian)。随着喷(pen)涂粒子(zi)束不断(duan)地(di)冲击碰(peng)(peng)(peng)撞基(ji)体(ti)(ti)表(biao)(biao)面(mian)(mian)，碰(peng)(peng)(peng)撞一变形(xing)—冷(leng)凝(ning)收(shou)缩一填充连续进行。变形(xing)粒子(zi)在(zai)(zai)基(ji)体(ti)(ti)材(cai)料表(biao)(biao)面(mian)(mian)上，以颗(ke)粒与颗(ke)粒之(zhi)间(jian)相互交(jiao)错叠加(jia)地(di)粘结在(zai)(zai)一起，而(er)最终沉(chen)积(ji)(ji)形(xing)成涂层。
涂层(ceng)形成的过程示意图
二(er)、热喷涂陶瓷涂层的应用
陶瓷(ci)是金(jin)属(shu)(shu)元(yuan)素(su)(su)和非(fei)金(jin)属(shu)(shu)元(yuan)素(su)(su)组成的晶(jing)体(ti)或非(fei)晶(jing)体(ti)化合物。它和金(jin)属(shu)(shu)材(cai)(cai)料(liao)(liao)(liao)、高分子聚合物材(cai)(cai)料(liao)(liao)(liao)一起，构成固态工程材(cai)(cai)料(liao)(liao)(liao)的三大支柱。现代材(cai)(cai)料(liao)(liao)(liao)已将金(jin)属(shu)(shu)陶瓷(ci)、其他(ta)无(wu)机非(fei)金(jin)属(shu)(shu)材(cai)(cai)料(liao)(liao)(liao)统归入(ru)陶瓷(ci)范(fan)畴(chou)，成为品(pin)种、功能(neng)极(ji)多的一个材(cai)(cai)料(liao)(liao)(liao)大家族(zu)。一般来说，凡经加热(re)能(neng)呈熔融状态或塑性(xing)状态的材(cai)(cai)料(liao)(liao)(liao)，均可作(zuo)为热(re)喷涂的涂层材(cai)(cai)料(liao)(liao)(liao)。除金(jin)属(shu)(shu)材(cai)(cai)料(liao)(liao)(liao)外，陶瓷(ci)也(ye)可用于热(re)喷涂防腐蚀涂层。热(re)喷涂常用的陶瓷(ci)材(cai)(cai)料(liao)(liao)(liao)主要为Al2O3，TiO2，Cr2O3，ZrO2等氧化(hua)物陶(tao)瓷(ci)材料，碳化(hua)物等非氧化(hua)物陶(tao)瓷(ci)通(tong)常采用金(jin)属合金(jin)作粘结剂制备成金(jin)属基陶(tao)瓷(ci)复(fu)合材料使用。由于(yu)氮化(hua)物很(hen)脆，耐氧化(hua)性能(neng)又差，它的应用甚(shen)少。
↓↓常见热喷(pen)涂材料及(ji)其(qi)特点和(he)应用
热喷涂陶瓷(ci)涂层(ceng)(ceng)根据应用领域可分为：耐磨陶瓷(ci)涂层(ceng)(ceng)、耐腐蚀陶瓷(ci)涂层(ceng)(ceng)、热障陶瓷(ci)涂层(ceng)(ceng)、生物陶瓷(ci)涂层(ceng)(ceng)和压电(dian)陶瓷(ci)涂层(ceng)(ceng)等几大类。
1、耐磨(mo)涂层
统(tong)计(ji)表明磨(mo)损与腐蚀造成的损失，在(zai)发(fa)达(da)国(guo)家(jia)约占该(gai)国(guo)家(jia)GDP的3%-5%，而发(fa)展中(zhong)国(guo)家(jia)则高达(da)至10%，由此引起零部件(jian)在(zai)加工与生产(chan)中(zhong)性(xing)能下降、最(zui)终(zhong)失效。热喷涂技(ji)术一直作为有效减磨(mo)与防腐蚀技(ji)术的最(zui)重要方(fang)法得到应用。
摩擦(ca)磨(mo)(mo)损(sun)造成(cheng)的(de)(de)能量和物质(zhi)损(sun)失均(jun)源自(zi)材料表面，因此，各类表面工程技术(shu)已成(cheng)为(wei)提(ti)高零构件材料减摩、耐磨(mo)(mo)性(xing)能的(de)(de)重(zhong)要方法。热(re)喷(pen)涂(tu)技术(shu)是应(ying)用(yong)(yong)(yong)广泛的(de)(de)表面工程技术(shu)之(zhi)一。目前，应(ying)用(yong)(yong)(yong)热(re)喷(pen)涂(tu)技术(shu)制备(bei)的(de)(de)涂(tu)层已经广泛应(ying)用(yong)(yong)(yong)在机械设(she)备(bei)中。热(re)喷(pen)涂(tu)涂(tu)层的(de)(de)耐磨(mo)(mo)性(xing)能主要取决于涂(tu)层成(cheng)分、相组(zu)成(cheng)、粒(li)度(du)(du)与(yu)其含量，还(hai)与(yu)涂(tu)层的(de)(de)结合强(qiang)度(du)(du)、硬度(du)(du)、孔(kong)隙(xi)率、涂(tu)层颗粒(li)大小等因素有(you)关。结合强(qiang)度(du)(du)高、硬度(du)(du)高、孔(kong)隙(xi)率小的(de)(de)涂(tu)层具有(you)较(jiao)好的(de)(de)耐冲蚀磨(mo)(mo)损(sun)性(xing)能。目前常用(yong)(yong)(yong)的(de)(de)耐磨(mo)(mo)涂(tu)层有(you)：Al2O3层、Al2O3+TiO2涂层、Cr2O3涂层和WC-Co涂层等。
↓↓不同热喷涂耐磨(mo)涂层的应用领域
选(xuan)择(ze)合适(shi)的(de)(de)(de)涂(tu)(tu)层(ceng)(ceng)材(cai)料(liao)以及(ji)相应(ying)(ying)的(de)(de)(de)热(re)喷涂(tu)(tu)工(gong)艺才能(neng)(neng)制(zhi)备适(shi)应(ying)(ying)工(gong)况要(yao)求(qiu)的(de)(de)(de)减(jian)摩(mo)耐(nai)磨(mo)涂(tu)(tu)层(ceng)(ceng)。基于工(gong)业(ye)与科技的(de)(de)(de)快速发展，机械设备的(de)(de)(de)工(gong)况要(yao)求(qiu)越来越高，需要(yao)研(yan)制(zhi)出(chu)性能(neng)(neng)更加(jia)(jia)优异(yi)的(de)(de)(de)减(jian)摩(mo)耐(nai)磨(mo)涂(tu)(tu)层(ceng)(ceng)。一方面(mian)，可(ke)从涂(tu)(tu)层(ceng)(ceng)材(cai)料(liao)的(de)(de)(de)组分入手，设计出(chu)具有(you)高强(qiang)度(du)(du)、硬度(du)(du)或(huo)具有(you)自(zi)润(run)(run)滑(hua)(hua)功(gong)能(neng)(neng)的(de)(de)(de)新材(cai)料(liao)体系，如在硬质的(de)(de)(de)陶(tao)瓷涂(tu)(tu)层(ceng)(ceng)或(huo)金属(shu)−陶(tao)瓷涂(tu)(tu)层(ceng)(ceng)中添加(jia)(jia)具有(you)自(zi)润(run)(run)滑(hua)(hua)作用(yong)的(de)(de)(de)润(run)(run)滑(hua)(hua)相（如石墨、二硫化钼(mu)、高分子(zi)材(cai)料(liao)等），提(ti)高涂(tu)(tu)层(ceng)(ceng)的(de)(de)(de)减(jian)摩(mo)性能(neng)(neng)。当(dang)前，大(da)多数研(yan)究(jiu)仅提(ti)出(chu)加(jia)(jia)入润(run)(run)滑(hua)(hua)相来提(ti)高涂(tu)(tu)层(ceng)(ceng)的(de)(de)(de)减(jian)摩(mo)耐(nai)磨(mo)性能(neng)(neng)，并未深入探讨(tao)最(zui)佳(jia)原料(liao)配比等条件。另(ling)一方面(mian)，工(gong)艺参数是影(ying)响热(re)喷涂(tu)(tu)涂(tu)(tu)层(ceng)(ceng)质量的(de)(de)(de)重(zhong)要(yao)因(yin)素之一，可(ke)从优化热(re)喷涂(tu)(tu)工(gong)艺入手，研(yan)究(jiu)不同(tong)体系涂(tu)(tu)层(ceng)(ceng)的(de)(de)(de)最(zui)佳(jia)工(gong)艺参数，为后续(xu)的(de)(de)(de)研(yan)究(jiu)工(gong)作奠定基础。
2、耐腐蚀陶瓷涂层
钢(gang)材应(ying)用于苛刻的(de)(de)环境(jing)（如海洋盐雾环境(jing)等(deng)）很容(rong)易发生(sheng)腐(fu)蚀、磨损而失去零部件的(de)(de)精度(du)。所进行的(de)(de)传统(tong)表面处(chu)理工艺主要为电(dian)镀(du)硬铬(ge)，即(ji)六(liu)价铬(ge)酸(suan)盐在阴极(ji)沉积形成硬度(du)较高的(de)(de)耐(nai)磨耐(nai)蚀涂(tu)层，其特点是工艺简单(dan)，成本低。但(dan)是电(dian)镀(du)铬(ge)工艺会产生(sheng)严(yan)重的(de)(de)环境(jing)污染，在很多工业(ye)领(ling)域(yu)受到限制。此外(wai)，电(dian)镀(du)铬(ge)过(guo)程中还会产生(sheng)基体的(de)(de)氢(qing)脆，显(xian)著降低基材的(de)(de)力学性(xing)能，因此，亟(ji)待寻找一种有效(xiao)的(de)(de)替代工艺。热喷涂(tu)涂(tu)层以(yi)其高效(xiao)、环保和良好(hao)的(de)(de)化学稳定(ding)性(xing)等(deng)特点开始被人们应(ying)用于防腐(fu)蚀领(ling)域(yu)。
防腐涂层材(cai)(cai)料按照(zhao)种类来分主要有铝、锌及其(qi)合金(jin)材(cai)(cai)料，镍基(ji)合金(jin)材(cai)(cai)料，不(bu)锈(xiu)钢材(cai)(cai)料以及复合陶(tao)瓷(ci)材(cai)(cai)料等。
3、热障陶瓷涂层
航(hang)空发(fa)动(dong)机(ji)涡(wo)轮叶片表面(mian)(mian)多使用陶瓷热(re)(re)障涂层(ceng)(ceng)（Thermal Barrier Coatings，简称TBCs）将(jiang)喷(pen)气(qi)(qi)发(fa)动(dong)机(ji)的(de)(de)高(gao)温(wen)部件与(yu)高(gao)温(wen)燃气(qi)(qi)隔开，以(yi)改善高(gao)温(wen)部件的(de)(de)服(fu)役(yi)条件，一方(fang)面(mian)(mian)可(ke)以(yi)提高(gao)涡(wo)轮叶片的(de)(de)服(fu)役(yi)寿(shou)命，另一方(fang)面(mian)(mian)可(ke)以(yi)节(jie)约燃料。为了(le)使陶瓷热(re)(re)障涂层(ceng)(ceng)与(yu)金属(shu)基体能(neng)够良好(hao)的(de)(de)结合(he)以(yi)具有较佳的(de)(de)隔热(re)(re)性能(neng)，陶瓷热(re)(re)障涂层(ceng)(ceng)必须具备以(yi)下性能(neng)：①较低(di)的(de)(de)热(re)(re)导率；②热(re)(re)膨(peng)胀系数(shu)与(yu)金属(shu)基体匹配；③高(gao)温(wen)下保持良好(hao)的(de)(de)相稳定性。通常选用低(di)热(re)(re)导率的(de)(de)ZrO2基陶瓷材料作(zuo)为热(re)(re)障涂层(ceng)(ceng)工(gong)作(zuo)层(ceng)(ceng)材料。
陶(tao)瓷热(re)障(zhang)涂(tu)层主要的制备(bei)技术有等离子(zi)喷涂(tu)、电子(zi)束物理气相沉(chen)积、激(ji)光熔覆、高(gao)速火焰喷涂(tu)和爆炸喷涂(tu)等，其中(zhong)最常(chang)用的两种制备(bei)方法是等离子(zi)喷涂(tu)（Plasma Spray，简称(cheng)PS）和电子束物(wu)理气相沉积（Electron Beam-Physical Vapor Deposition，简称EB-PVD）。等(deng)离(li)子喷涂涂层组织特(te)点是有大量(liang)的气孔与微裂纹‚这可以缓解热应力‚提高涂层的热疲劳寿命。
4、生物陶瓷(ci)涂(tu)层(ceng)
钛及其合金、钴铬(ge)钼合金和不(bu)锈(xiu)钢都是临(lin)床(chuang)上常用(yong)(yong)的(de)金属(shu)(shu)骨植入材(cai)料。临(lin)床(chuang)使用(yong)(yong)的(de)金属(shu)(shu)材(cai)料不(bu)具有生(sheng)(sheng)物活性，与骨组织(zhi)结合需要改(gai)善。对金属(shu)(shu)植入体(ti)进行表面改(gai)性，是改(gai)善其生(sheng)(sheng)物学(xue)性能的(de)必要途径(jing)。
热(re)喷(pen)涂技(ji)术是常(chang)用的表面改性(xing)手段(duan)之(zhi)一，其制备(bei)的生物医用涂层主要(yao)有金属氧化物涂层（Al2O3，ZrO2，TiO2等）、生物(wu)活性羟(qiang)基磷灰石（HA）涂层等。钛和羟基磷灰石涂层已广泛应用于临床实践。近年来，硅酸钙类生物陶瓷涂层的研究亦受到人们的重视。
5、压(ya)电陶瓷涂层
压(ya)(ya)电(dian)(dian)陶瓷(ci)(ci)是具备(bei)优异(yi)压(ya)(ya)电(dian)(dian)性(xing)的(de)一(yi)类铁(tie)电(dian)(dian)体，是一(yi)种将机械(xie)性(xing)能(neng)(neng)和电(dian)(dian)能(neng)(neng)相互转(zhuan)换的(de)信息(xi)功(gong)能(neng)(neng)陶瓷(ci)(ci)材料(liao)。压(ya)(ya)电(dian)(dian)陶瓷(ci)(ci)除了具有压(ya)(ya)电(dian)(dian)效(xiao)应(ying)外还具有介(jie)电(dian)(dian)性(xing)、铁(tie)电(dian)(dian)性(xing)等(deng)，已被广(guang)泛(fan)应(ying)用(yong)于医学成像、声传感器、声换能(neng)(neng)器、超(chao)声马达、显示器件等(deng)各(ge)个领域。近年来，通过(guo)应(ying)用(yong)喷涂技术制(zhi)备(bei)压(ya)(ya)电(dian)(dian)陶瓷(ci)(ci)涂层正在逐步受(shou)到人们的(de)重视。
参考来源：
1、热喷涂技(ji)术与应用(yong)，吴子健等编(bian)者；机械工业出(chu)版(ban)社。
2、热喷涂陶瓷涂层的(de)研究进展；刘英凯①、阎殿然②、路学成③、孟凡爱①、姚(yao)俊青(qing)①；①博深工(gong)具股(gu)份(fen)有限公司，②河北(bei)工(gong)业大学，③军事(shi)交通学院。
3、热喷涂制备耐磨涂层的研究(jiu)进展；党哲，高东强；陕西科技大学机电工程学院(yuan)。
4、氧化(hua)锆基陶瓷热(re)障涂层的(de)研究进展(zhan)；张巍；派(pai)力固（大连）工业有限公(gong)司质控课。
编辑：粉体圈Alpha
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