几种常见热喷涂技术在耐磨涂层应用中的差异

几种常见热喷涂技术在耐磨涂层应用中的差异

1.大气等离子喷涂

大气等离子喷涂(APS)是应用最早、最广的一种热喷涂技术，整个喷涂过程在大气环境下进行。APS通常利用Ar、N2和He作为工作介质，其核心部件是等离子喷枪，工作原理是在阳极和阴极之间通入上述工作气体作为介质，使其电离并产生等离子弧，通过等离子弧的作用进一步将喷涂材料加热至熔融或半熔融状态后进行喷涂。

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APS制备的涂层因具有较高的结合强度等特点而成为摩擦学界研究的热门，具有较高的温度，但其喷涂过程中微粒的飞行速度较低（约300m/s），导致微粒在焰流中易泛起氧化、分解或过热等题目，难以知足较高的工况要求。因此，研究职员在其基础上研究出微粒飞行速度更高的超音速等离子喷涂。

2.超音速等离子喷涂

超音速等离子喷涂(SPS)技术是利用等离子弧与高速气流混合时泛起的“扩展弧”可以得到不乱会萃的超音速等离子射流，比拟于大气等离子喷涂，微粒飞行速度更高，微粒以更大的动能撞击基体，有利于产生更强烈的钉扎作用和更好的铺展，涂层致密度和结合强度也就更高。

采用SPS技术制备出的涂层具有致密的层状结构、较高的粘接强度等优异机能，它不仅合用于制备高熔点陶瓷喷涂涂层，还合用于制备金属-陶瓷喷涂复合涂层和常规金属涂层。目前，SPS已经成为较前沿的热喷涂技术，并得到市场认可。

一个比较典型的应用是热喷涂Mo涂层，Mo具有高熔点(2620℃)、高硬度、高强度、抗高温粘结等长处，热喷涂Mo涂层作为耐磨涂层被广泛应用于材料表面强化或尺寸修复，Mo也可以作为热喷涂耐磨涂层的增强相。因为Mo熔点高，以往主要采用APS制备，但APS钼涂层易泛起的孔隙降低了它的硬度和耐磨性。不外SPS技术虽可制备出结构致密且结合强度高的涂层，但是在喷涂过程中仍存在碳化物脱碳、粉末氧化等题目。

3.超音速空气燃料喷涂

超音速空气燃料喷涂(HVAF)是在超音速火焰喷涂(HVOF)技术的基础上发展起来的，两种喷涂技术的主要不同点是HVAF采用压缩空气为燃料代替氧气，两者在火焰温度和粒子飞行速度方面也都有一定差异。

HVOF被广泛用于金属-陶瓷喷涂耐磨涂层的制备，包括WC-Co、WC-Co-Cr、NiCr-CrgCz等涂层；但是HVOF工艺中，碳化物在喷涂焰流中易发生脱碳而天生脆性相，极大地影响了涂层的耐磨性。

HVAF工艺火焰温度较低（低于2000°C），但粒子喷射速度更高，较低的火焰温度改善了原始粉末的过熔和过度氧化的题目，涂层中氧化物含量显著减少，也有利于按捺喷涂原料中纳米微粒在喷涂过程中的长大，在很大程度上改善了HVOF技术导致喷涂原料热退化的现象。因此，比拟HVOF技术，HVAF技术能以较高的沉积效率，制备出孔隙率低、与基体结合强度高的涂层。

HVAF较低的焰流温度有助于进一步按捺喷涂过程中非晶材料的过热和结晶，在制备铁基非晶涂层方面有着显著的上风。铁基非晶材料具有低本钱、高强度、高耐磨性等长处，并且热喷涂过程中熔融粒子冷凝速度极高，利于非晶的形成，所以热喷涂铁基非晶涂层是硬质耐磨涂层的研究热门。

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