热喷涂技术发展史-材料、设备发展

随着喷涂技术的发展，新的涂层材料不断地出现。20世纪50年代初，研制出自熔性合金粉末材料，随后出现了粉末火焰喷焊技术。自熔性合金粉末材料的研究成功，对热喷涂技术在工业领域内的应用起到了有力的推动作用。将热喷涂技术由原来的表面防护与修复，发展到机械零部件的表面强化，不仅用于废旧零件的修复，同时也用于新品零件的预保护强化涂层的制备，开创了热喷涂技术应用的新领域。

20世纪50年代末期，美国联合碳化物公司研制成功燃气重复爆炸喷涂技术，用于制备高质量碳化物涂层和氧化物陶瓷涂层，并首先应用到航空工业中。燃气爆炸喷涂粒子速度高，可制备出十分优秀的碳化物金属陶瓷涂层，但温度较低，对制备氧化陶瓷涂层依然存在不如人意的地方。随着航空事业的发展，对航空发动机的性能要求越来高，发动机零件不仅要有高温强度，并且必须具备高温隔热的性能，以达到提高有效利用发动机热效率的目的。陶瓷热障涂层是提高航空发动机热效率的关键技术之一。基本原理是陶瓷具有高的熔点和低的热导率，同时陶瓷涂层含有-定的孔隙率，能够将发动机和燃气轮机的高温部件与高温燃气隔离开来，因而陶瓷涂层成为很好的高温隔热涂层材料。为解决陶瓷涂层的应用，美国Plasmadyne公司和Metco公司相继成功研究出等离子喷涂设备、工艺成套技术，从此开拓了等离子喷涂应用技术。等离子喷涂技术的应用有效地改变了热喷涂技术领域的面貌，解决了难熔金属材料和陶瓷材料的喷涂技术问题，提高了涂层的结合强度和降低涂层空隙率，大幅度地提高了涂层质量，促进热喷涂复合材料的迅速发展，在制备特殊涂层功能方面开辟了新的应用领域，极大地加速了热喷涂涂层材料的开发和扩展了涂层技术的应用范围。到20世纪60年代，等离子喷涂技术已在工业中得到十分广泛的应用，成功地应用于飞机发动机零部件热障涂层的制备，并取得十分显著的成效。60年代中期，美国联合碳化物公司又研究成功等离子喷焊技术，补充和扩展了热喷涂技术的内涵。至此，热喷涂技术已包含了氧乙炔火焰喷涂、喷焊；电弧喷涂，燃气爆炸喷涂，等离子喷涂、喷焊等工艺技术方法，从设备、工艺、涂层材料到应用形成了较为完整的热喷涂技术体系。

随着工业技术的发展，人们对高速、高效、高质的不断追求，对零部件的表面性能要求越来越高，这些都促进了热喷涂技术的发展。20 世纪70~90年代热喷涂技术向着高能、高速、高效发展。美国metco公司20世纪70年代末开始，逐步研究成功的80kVA高能等离子喷涂成套设备、可控气氛(低压或真空)等离子喷涂设备、JP2600系列燃气高速火焰喷涂设备:联合碳化物公司成功推出D-gun喷涂工艺方法， Stellite公司成功推出JetKote系列高速火焰喷涂设备、系列等离子喷焊设备捷克国家材料保护研究所研制出200kVA水稳等离子喷涂成套技术，美国TAFA公司研究推出8830、9000系列电弧喷涂设备和Plazjet250kVA高能高速等离子喷涂设备，JP5000、 JP8000燃油高速火焰喷涂设备;加拿大Northwest Mettech公司和美国Metco公司研究成功AxialIII三电弧轴向送粉等离子喷涂系统，极大地提高喷涂效率和涂层材料的沉积效率，美国UniqueCoat公司推出的Inelli-Jet SB250、SB500系列高速活性燃气喷涂(HVAF)设备，喷涂粒子速度可高到达900m/s，俄罗斯成功推出活性高速电弧喷涂技术;俄罗斯发明冷气动力喷涂技术以来，德国林德公司已推出冷气动力喷涂成套设备技术。

随着等离子喷涂及技术的应用，等离子电弧的惰性和高温射流特性提供了更加广泛的涂层材料和涂层应用机会，极大地丰富了热喷涂涂层材料(特别是高熔点陶瓷材料)的发展和涂层质量的提高。可控气氛等离子喷涂技术可控制喷涂工艺过程中的环境因素，可得到真空、低压或惰性气体等环境条件，制备的涂层密度超过98%，涂层含氧量低于400＊10-6。迄今为止，航空发动机和燃气轮机的热端部件采用热喷涂技术的零件已达到6000多个，其关键零部件的使用寿命提高3-4倍。如JT8发动机采用热喷涂技术后，其大修期由原来4000h提高到16000h。等离子喷涂电弧温度高，喷涂碳化物(WC/Co) 等材料时，不可避免地使碳化物分解产生脱碳，涂层硬度指标下降，而高速燃气喷涂技术正好弥补了这一缺陷。高速燃气喷涂技术，如JP5000焰流速度高达200m/s，粒子速度高达700m/s,涂层结合强度≥70MPa, WC/Co 涂层硬度高达1200HV，具有十分优异的性能，在许多应用领域已取代或部分取代等离子喷涂涂层。