热喷涂技术的发展方向

2018-05-25 1079

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     热喷涂技术经过近一个世纪的发展,从简单的喷涂工展成完整的工业体系,已成为表面工程的关键技术和先进制造技术的重要组成部分。如今,热喷涂技术经过多学科之间的不断渗透、交叉与整合,已发展成为集机械、材料、热动力、高新技术和生物工程等专业为一体新兴交叉学科。热喷涂技术发展的方向主要集中于新技术的发现、喷涂材料的创新、涂层质量控制体系的完善等方面,具体体现在以下几个方面。

    (1)新的热喷涂工艺技术和新的应用领域不断涌现。热喷涂涂层的质量很大程度上依赖于熔于熔融粒子的速度,提高热喷涂射流和喷涂粒子的速度成为当今国际热喷涂技术发展的新趋势。例如相继出现的燃气爆炸喷涂技术、超声速火焰喷涂技术、高速电弧喷涂技术、超声速等离子喷涂技术、冷喷涂技术等,这些技术均着眼于提高粒子的飞行速度,从而降低了涂层的孔隙率,提高了涂层的结合强度。
    其中,超声速等离子喷涂技术,由于可以在大范围内调节等离子射流的温度与速度,且喷涂气氛较为纯净,其在制备高性能陶瓷涂层与金属陶瓷涂层上具有其他技术无法替代的优势。
    (2)  热喷涂技术的发展,推动了新材料的发展。纳米涂层材料(纳米氧化锆、纳米碳化钨钴等)、多功能复合涂层材料(功能梯度热障涂层材料)、生物功能涂层材料、金属间化合物材料、微晶和非晶涂层材料的制务,成为如今人们日益关注的重点。
    (3)涂层质量控制体系不断完善。在喷涂工艺方法确定的前提下,喷涂工艺参数的重现性和稳定性是保证涂层质量的基本环节。通过喷涂过程的在线检测,可以适时监测喷涂热源的温度场的分布、喷涂粒子的飞行状态,例如芬兰Oseir公司研制的Spray Watch热喷涂粒子在线监测系统,是以CCD数字相机为基础研究设计 的,适应大多数热喷涂工艺的监测,为优化并稳定涂层的制备工艺提供基本的保障。
    (4)  涂层制备基础理论研究和涂层性能检测方法。涂层制备基础理论研究方面主要集中在热喷涂物理基础研究(热源特性、喷涂粒子的传热加速行为、熔融粒子的氧化行为等),常采用数值模拟的方法进行。另外,采用神经网络、试验设计等方法来确定热喷涂涂层制备艺参数与涂层性能之间的关系。研究建立喷涂粒子受热状况、运动形式与喷嘴出口条件之间的数学模型等。
    在涂层检测方法发展方面,主要探求如何采用光学显微镜、电子显微镜、X射线衍射仪、高速成像等检测技术,准确表征涂层的微观组织特性,准确分析喷涂艺对涂层结构和涂层性能的影响,并预测涂层的使用性能。