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摘要：国内外的喷涂技术得到了非常快地发展，应用也非常广泛。各种新能源、新技术的发展以及高新技术的要求，会使热喷涂技术得到迅猛发展，促进表面工程的进步。热喷涂技术在我国现代化的进程中，对实施国民经济的可持续发展战略，节约资源以及环境保护等方面有着非常重要的作用。
关键词：表面工程；热喷涂技术
表面工程是经过表面预先加工后，通过表面涂覆等技术进行处理，改变固体金属表面的形态以及应力状态，以得到所需要的表面性能的工程。改良材料的表面性能，能够很好地延长它的使用时间。
1 高速火焰喷涂
爆炸喷涂因为焰流速度非常高，使得涂层和基体的结合强度非常高，涂层性能非常好，在航天航空领域得到了普遍的应用，虽然高速火焰喷涂已经发明出来，但直到82年才实现了商业化。当前，高速火焰喷涂关键是指超音速火焰喷涂，虽然有的时候也会把爆炸喷涂看作是GVOF的一种。超音速火焰喷涂，因为火焰速度非常高，能够达到1500m/s以上，把喷涂粒子加热到熔化或半熔化的状态，并加速到300~500m/s，甚至更高的速度，这样可以得到结合强度高、非常致密的涂层。和等离子弧比较，超音速火焰因为温度不高，速度大，对于WC-Co系硬质合金，能够很好地抑制WC在喷涂时候的分解。涂层不仅结合强度非常高，能够达到150MPa，且涂层非常致密，非常耐磨，有着非常广泛的应用。
随着Jet-Kote的应用，超音速火焰喷涂层性能的优越性渐渐凸显出来。所以，在90年代初期，先后又有很多HVOF喷涂系统研制出来，在这些超音速喷涂系统中，TOP-gun系统可以使用压力不高的燃气，如乙炔气体。通过使用乙炔气体，提高火焰的温度，能够实现高熔点材料如氧化物陶瓷，难熔金属如钼的喷涂。
通过提高燃烧室的压力，能够提高WC-CO涂层的硬度以及致密度。这关键是通过提高粒子的速度来实现的，但燃烧室压力的提高对于喷涂系统提出了耐高压的要求，还会使操作非常困难，高速火焰撞击熔融喷涂要求喷涂材料加热到接近熔点，通过把部分动能变成热能来进行喷涂，但应该严格掌握粒子的温度。对于这个方法，可以使用价格低的液体燃料与压缩空气产生火焰进行喷涂，能够减少成本，可以实现长期运行，这些高速火焰喷涂技术的开发以及改良，为热喷涂技术扩大了市场[1]。
2 电弧喷涂技术
电弧喷涂技术应用范围非常广，受到很多部门的关注，电弧喷涂设备也在快速发展，成为当前热喷涂技术中非常重要的技术之一。
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2.1 电弧喷涂技术的特点
良好的涂层性能：应用电弧喷涂技术，能够在不提高工件温度、不使用昂贵的底材的条件下得到高结合强度。在电弧喷涂铝青铜的时候，呈现出涂层的自结合的性能，使结合强度进一步得到提高。
经济：能源利用率比较高，因为电能的价格非常低廉，使用成本一般是火焰喷涂的1/10，设备投资通常是等离子喷涂设备的1/3以下。
2.2 电弧喷涂技术应用取得的成效
我国的南海地区因为温度高、非常潮湿，船舶腐蚀非常严重，中修舰船的钢结构使用电弧喷涂铝合金涂层进行防腐，经过多年考核，防腐效果非常好，使用时间可以达到15年以上，所以，可以节省材料以及经费，延长舰船的使用时间。
煤矿井筒处在非常潮湿的环境中，腐蚀非常厉害，使用油漆进行防腐，使用时间仅仅是3~5年，所以，在井筒服役期间需要频繁更换新件，价格非常高，使用电弧喷涂技术进行防腐，在国际上也得到了普遍地应用[2]。
3 塑料粉末火焰喷涂技术
要得到非常厚的塑料喷涂层，塑料喷涂技术有着非常好的优势，所以，这几年来塑料喷涂技术已经成为一个非常重要的项目，尤其是在防腐、装饰方面的应用越来越广泛。
塑料涂层的优势是：非常好的化学稳定性，对很多腐蚀性溶液有着非常好的抗腐作用，有着非常好的耐酸作用、减小摩擦力的作用。塑料火焰喷涂技术应用到大型钢结构的难处是，喷涂的时候需要预热到100℃以上，所以喷涂效率不高，应用不广泛。
这种技术的工作原理是：用压缩空气把塑料粉末通过喷枪的中心管道喷出，在塑料粉末的外围喷出冷却用压缩空气，这样可以形成内幕帘。在最外层是可燃气体形成的火焰。这样，加热火焰隔着压缩空气把塑料粉末加热到熔融状态以形成涂层。
这个技术在国外有很长的历史，在我国则处在起步阶段。
塑料粉末火焰喷涂技术研究在我国开始的时间不长，但在一些关键的工程领域已经得到了良好的效果，这表明这个技术已经非常成熟[3]。
塑料粉末火焰喷涂是一个非常良好的、价格不高的表面新技术。尤其是在大型容器、机械方面有着非常广的前景。以后需要注意开发良好的喷涂设备，研究新的塑料粉末，减少预热温度或不预热的塑料粉末。
4 热喷涂技术基础研究
在热喷涂技术的应用中，涂层和基体的结合是非常重要的问题，通常以机械结合为主，所以结合强度不高。关于结合机理的研究，这几年来，没有获得显著的进步。HVOF涂层和基体的结合，尤其是金属陶瓷涂层的结合强度能够达到150MPa以上，仅机械结合能不能达到这样的结合强度，在这种情况下是不是还有别的形式的结合存在，这些问题都是需要进行研究的。当使用HVOF喷涂金属的时候，在粉末没有达到完全熔化的状态下，尽管涂层的性能非常好，但涂层的结合强度无法提高，考察HVOF喷涂层的结合强度是40MPa，铁基涂层是50~60MPa，所以涂层和基体的结合强度不仅和方法有关系，还和材料的类型有关系。
5 结语
表面工程的最好的特点是可以以很多方法制造出比本体材料性能好的表面功能薄层，它的厚度通常是几微米到几毫米，仅仅是结构尺寸的几百分之一，但使零件有了比本体材料更高的耐磨性，有了非常耐高温的特点。所以，即使使用性能非常好的昂贵的元素也不会增加成本，使用表面工程技术的经济效益以及社会效益是非常好的。
参考文献
[1]徐滨士,谭俊,陈建敏.表面工程领域科学技术发展[J].中国表面工程,2011,2402:1-12.
[2]谭俊,陈建敏,刘敏,李长久,蒋百灵.面向绿色制造与再制造的表面工程[J].机械工程学报,2011,4720:95-103.
论文作者:崔斌
论文发表刊物:《防护工程》2017年第24期
论文发表时间:2018/1/12
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