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 采用熱噴涂技術(shù)不僅能提高機(jī)器設(shè)備的耐磨損性、耐腐蝕性、耐侵蝕性、熱穩(wěn)定性和化學(xué)穩(wěn)定性，而且能賦予普通材料特殊的功能，諸如高溫超導(dǎo)涂層、生物涂層、金剛石涂層、固體氧燃料電池（SOFCs）電極催化涂層等，因此，熱噴涂技術(shù)必然會愈來愈引起人們的重視，并在各個工業(yè)領(lǐng)域獲得越來越廣泛的應(yīng)用。實(shí)際零部件因其材質(zhì)、形狀、大小及其應(yīng)用環(huán)境、服役條件等存在很大差別，要想成功采用熱噴涂涂層來解決所面臨的技術(shù)問題，必須遵循特定的過程，其中，最重要的有以下五個關(guān)鍵過程。 

1．準(zhǔn)確分析問題所在，明確涂層性能要求； 
2．合理進(jìn)行涂層設(shè)計，包括正確選擇噴涂材料、設(shè)備、工藝及遵循嚴(yán)格的涂層質(zhì)量性能評價體系等； 
3．優(yōu)化涂層制備工藝； 
4．嚴(yán)格控制涂層質(zhì)量； 

粘結(jié)底層材料選擇

   當(dāng)需要在金屬基體上噴涂陶瓷涂層工作層時，由于陶瓷涂層材料在化學(xué)鍵、晶體結(jié)構(gòu)和熱物理性能等方面與金屬材料存在相當(dāng)大的差別，有必要先在金屬基體上噴涂一層合金粘結(jié)底層，提高表面陶瓷涂層與基體金屬之間結(jié)合強(qiáng)度的同時，還可以緩解兩者之間熱物理性能的差別。在基體尺寸形狀或結(jié)構(gòu)難于進(jìn)行噴砂或粗化處理時，也推薦采用粘結(jié)底層。此外，對于工作層雖然為金屬，但其熱物理性能與基體金屬相差較大，或兩者的潤濕性很差時，也推薦采用粘結(jié)底層。

1.常用粘結(jié)底層材料的性能要求

一般來講，作為粘結(jié)底層噴涂材料應(yīng)具有以下四方面的性能特點(diǎn)：

 1與基體表面結(jié)合強(qiáng)度高，甚至能產(chǎn)生微區(qū)冶金結(jié)合。特別是具有“自粘結(jié)”效應(yīng)的Ni-Al型復(fù)合粉末，在熱噴涂過程中，Ni與Al能發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生成金屬間化合物，并釋放出大量熱量，甚至這一反應(yīng)過程能夠持續(xù)到粉末碰撞到基體表面時仍在進(jìn)行，該效應(yīng)十分有利于變形粒子與基體表面形成微區(qū)冶金結(jié)合，從而提高粘結(jié)合底層與基體之間的結(jié)合強(qiáng)度。

2具有抗氧化耐腐蝕能力。特別是作為陶瓷涂層的粘結(jié)底層，當(dāng)在高溫下工作時，環(huán)境中的氧氣和腐蝕介質(zhì)能夠通過陶瓷涂層的孔隙侵入到粘結(jié)底層，這就要求粘結(jié)底層在高溫下能形成致密的氧化物保護(hù)膜，以保護(hù)基體金屬不被氧化和環(huán)境介質(zhì)的腐蝕。

3 涂層表面具有合適的粗糙度，它不僅能為噴涂工作層提供良好的粗化表面，有利于提高工作層與粘結(jié)底層之間的結(jié)合強(qiáng)度，而且對工作層表面的粗糙度也有直接影響。

4具有合適的熱物理性能，特別是熱膨脹系數(shù)、熱導(dǎo)率等，最好介于基體材料和工作層之間，以減小兩者之間的熱膨脹不匹配性，降低涂層內(nèi)的熱應(yīng)力和體積應(yīng)力，有利于提高涂層的使用壽命。

  鑒于粘結(jié)底層的重要性，在進(jìn)行涂層設(shè)計時，應(yīng)綜合考慮基材熱物理特性和具體工況條件謹(jǐn)慎選擇。

2.粘結(jié)底層材料選擇方法

在進(jìn)行涂層設(shè)計時，針對粘結(jié)底層的選擇，主要考慮以下兩方面因素的影響。

 1粘結(jié)底層與基體材料的相容性。當(dāng)基材為普通碳鋼、合金鋼、不銹鋼、鎳鉻合金、鋁、鎂、鈦、鈮等材料時，可選用具有“自粘結(jié)”效應(yīng)的噴涂粉末作為粘結(jié)底層材料，涂層十分致密，孔隙率低，能顯著提高表面工作層與基體之間的結(jié)合強(qiáng)度（熱噴涂與再制造） 。但要注意，該類粘結(jié)底層在酸性、堿性和中性鹽的電解液中不耐腐蝕，不易在該類液態(tài)化學(xué)腐蝕條件下用作粘結(jié)底層。 
   當(dāng)基材為銅及銅合金時，應(yīng)優(yōu)先選用鋁青銅作粘結(jié)底層，由于Cu和Al之間在熱噴涂過程中也會發(fā)生放熱反應(yīng)，生成金屬間化合物，因此，鋁青銅在銅及銅合金表面具有一定的自粘結(jié)性，有利于提高涂層與基體之間的結(jié)合強(qiáng)度，且該涂層具有良好的抗熱沖擊性和抗氧化性。 
   當(dāng)基材為塑料及聚合物類基體時，為避免基材表面被高溫粒子燒焦而出現(xiàn)“焦化”，從而影響工作層與塑料基體之間的結(jié)合，常常選擇低熔點(diǎn)金屬（如Zn、Al等）或塑料加不銹鋼復(fù)合粉末作為粘結(jié)底層材料（熱噴涂與再制造）。塑料加不銹鋼復(fù)合粉末是由塑料粉末和不銹鋼粉末復(fù)合而成的粉末，主要用作塑料類基體上噴涂高熔點(diǎn)金屬、陶瓷或金屬陶瓷涂層時的粘結(jié)底層材料。其中的塑料組分質(zhì)軟，且流平性好，使涂層與基體塑料有良好的粘結(jié)強(qiáng)度，并使塑料基體的受熱減至最小；而不銹鋼組分則具有良好的耐化學(xué)腐蝕性能（熱噴涂與再制造） ，可形成鑲嵌在塑料涂層中的硬質(zhì)顆粒，有利于形成粗糙表面，為噴涂工作層提供比較理想的“錨固”結(jié)構(gòu)，此外，不銹鋼組分還有利于把噴涂焰流的熱量散開，從而避免塑料基體產(chǎn)生局部過熱或焦化，對提高粘結(jié)底層與基體的結(jié)合強(qiáng)度有利。 
   當(dāng)基材為石墨基體時，為防止石墨和鎢在高溫下發(fā)生反應(yīng)生成碳化鎢，引起石墨脆化，可噴涂鉭作為粘結(jié)底層。此外，鉭涂層與鋼基體之間也能形成自粘結(jié)結(jié)合。 
   值得注意的是，在熱噴涂技術(shù)中，鉬（Mo）也被作為一種具有自粘結(jié)效應(yīng)的粘結(jié)底層來廣泛使用。這是因?yàn)镸o在400℃下，會迅速發(fā)生氧化，生成具有揮發(fā)性的MoO3，產(chǎn)生急劇升華，裸露出的鉬的熔滴對大多數(shù)金屬及其合金的干凈平滑表面有極好的潤濕鋪展性能，從而形成自粘結(jié)效應(yīng)。除金屬外，它還能夠粘結(jié)在陶瓷、玻璃等非金屬表面，但在銅及銅合金、鍍鉻表面、氮化表面和硅鐵表面等除外。 
  此外，具有優(yōu)異的抗高溫氧化性能和耐蝕性能的確NiCr合金，雖然不具有自粘結(jié)效應(yīng)，但也是廣泛使用的一種粘結(jié)底層材料。

2粘結(jié)底層與工況條件。作為整個涂層的一部分，粘結(jié)底層的選用也必須滿足工況使用要求。由于應(yīng)用涉及的工況環(huán)境很多，也很復(fù)雜，下面僅從工作溫度和腐蝕環(huán)境兩個方面進(jìn)行闡述。
  1)工作溫度。每一種粘結(jié)底層材料都有其適宜的工作溫度范圍，熱噴涂技術(shù)中常用粘結(jié)底層材料的特性及最高使用溫度如表所示。

粘結(jié)底層特性及最高使用溫度

   2) 腐蝕介質(zhì)。對于在腐蝕介質(zhì)中工作的涂層，進(jìn)行涂層設(shè)計時要特別注意，粘結(jié)底層及工作層均應(yīng)首先具備抵抗工作介質(zhì)腐蝕的能力，此時，選擇粘接底層時，應(yīng)以耐工作介質(zhì)腐蝕作為優(yōu)先考慮條件，在此基礎(chǔ)上，再考慮盡可能提高結(jié)合強(qiáng)度，如果粘結(jié)底層選擇不當(dāng)，涂層壽命很難滿足使用需求。例如，某醋酸泵軸套防腐耐磨涂層選用Al2O3-TiO2陶瓷涂層作工作層，當(dāng)采用Ni-Al型粘結(jié)底層時，其使用壽命很短，大約只有兩周時間，有時甚至出現(xiàn)“脫殼”現(xiàn)象；而當(dāng)選用Mecto 700（Ni20Cr10W9Mo4Cu1C1B1Fe）時，其使用壽命可長達(dá)1.5-2年（熱噴涂與再制造）。由表中所列的常用粘結(jié)底層特性可知，Ni-Al型粘結(jié)底層均不耐電解質(zhì)溶液腐蝕，Ni-Cr(80/20)可耐多種化學(xué)介質(zhì)腐蝕及氣體腐蝕的能力，而Mo可耐多種強(qiáng)腐蝕介質(zhì)腐蝕。一些金屬涂層與所適應(yīng)的環(huán)境介質(zhì)如表所示。

部分金屬涂層及其適應(yīng)的介質(zhì)

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