熱噴涂涂層的研究現(xiàn)狀

1 金屬涂層的研究現(xiàn)狀
　　熱噴涂金屬涂層是研究和應(yīng)用較早的耐磨涂層，常用的有金屬(Mo、Ni)、碳鋼和低合金鋼、不銹鋼和Ni-Cr合金系列涂層。一般采用火焰噴涂、電弧噴涂、等離子噴涂、HVOF及爆炸噴涂工藝，涂層具有與基體的結(jié)合強(qiáng)度較高，耐磨、抗腐蝕性能較好等優(yōu)點(diǎn)，用于修復(fù)磨損件及機(jī)械加工超差件。
　　采用鋁系合金等離子噴涂技術(shù)對(duì)活塞環(huán)、同步環(huán)及氣缸等零件進(jìn)行噴涂時(shí)，涂層具有良好的耐磨性、高結(jié)合強(qiáng)度及優(yōu)異的耐粘著磨損性，在有潤(rùn)滑油的條件下具有良好的抗咬死性和抗拉傷性能。高碳鋼絲、不銹鋼(Crl3型、 18-8型等)合金絲是常用的耐磨耐蝕噴涂材料。具有強(qiáng)度較高、耐磨性好、來源廣泛、價(jià)格低廉等特點(diǎn)。NiCr涂層具有較好的耐熱、抗腐蝕及抗沖蝕磨損的性能，可作為電站鍋爐的過熱器管和再熱器管的防護(hù)涂層，采用火焰和等離子噴涂方法可制備具有不同組織結(jié)構(gòu)的NiCr金屬耐磨涂層，涂層中孔隙率和氧化物含量較高。
　　
2 陶瓷涂層的研究現(xiàn)狀
　　熱噴涂陶瓷粉末包括氧化物、碳化物、硼化物、氮化物及硅化物等，是金屬元素和非金屬元素組成的晶體或非晶體化合物。陶瓷涂層具有高熔點(diǎn)、高硬度和良好的耐磨性、耐腐蝕性以及高溫穩(wěn)定性等特點(diǎn)。但噴涂陶瓷涂層工藝復(fù)雜，成本較高，而且涂層表面容易出現(xiàn)裂紋，抗熱疲勞性能不如金屬涂層；而且涂層的韌性較差，不能用于承受較大的沖擊載荷。目前常用的陶瓷涂層有A12O3、TiO2、Cr2O3、ZrO2、WC、TiC、Cr3C2、TiB2等，一般采用等離子噴涂、火焰噴涂、HVOF和爆炸噴涂技術(shù)制備。
　　任靖日等研究了等離子噴涂A12O3-40%TiO2和Cr2O3陶瓷粉末涂層的滑動(dòng)磨擦磨損特性，指出Cr2O3涂層的耐磨性高于A12O3-40%TiO2涂層，Cr2O3涂層的磨損機(jī)理主要為磨粒磨損，在較大載荷下，Cr2O3涂層的磨損呈現(xiàn)脆性斷裂特征。A12O3-40%TiO2涂層的磨損機(jī)理主要表現(xiàn)為塑性變形和層狀剝離。陳傳忠等研究的A12O3加TiO2加NiCrAlY復(fù)合陶瓷涂層，由于熔化的TiO2和A12O3形成了一定程度的互溶，可減小涂層的孔隙率，進(jìn)一步提高涂層的強(qiáng)度、韌性和耐磨性能。
　　Lin等研究了等離子噴涂多層金屬、陶瓷涂層的滑動(dòng)磨擦磨損特性。其噴涂順序?yàn)?，首先在基體上噴涂NiCr打底層，然后是不同比例的NiCr-Cr2O3過渡層，表面為100%的Cr2O3。發(fā)現(xiàn)適當(dāng)金屬和陶瓷比例的過渡層能夠提高涂層的耐磨性。涂層的主要磨損機(jī)理為脆性斷裂、磨粒磨損、粘著和氧化磨損。

3 金屬陶瓷涂層的研究現(xiàn)狀
　　金屬與陶瓷材料各有其獨(dú)特的優(yōu)異性能和明顯的性能弱點(diǎn)，如何把金屬與陶瓷材料各自的優(yōu)勢(shì)性能結(jié)合起來，一直是材料科學(xué)與工程界研究的方向。金屬陶瓷復(fù)合涂層技術(shù)，即在塑性的基體上均勻地分布著顆粒形狀、尺寸大小適當(dāng)?shù)奶沾上啵晒Φ貙?shí)現(xiàn)金屬和陶瓷的優(yōu)勢(shì)結(jié)合，制備既有金屬強(qiáng)度和韌性，又有陶瓷耐高溫、耐磨損、耐腐蝕等優(yōu)點(diǎn)的復(fù)合材料，大大拓寬了金屬材料和陶瓷材料各自的應(yīng)用范圍，在航空、航天、化工、機(jī)械、電力等工業(yè)領(lǐng)域得到成功應(yīng)用。在工業(yè)上應(yīng)用***廣的金屬陶瓷涂層主要有：Cr3C2-NiCr、WC-Co。大多采用HVOF、等離子及爆炸噴涂工藝。
　　Cr3C2-NiCr 金屬陶瓷涂層由難熔碳化鉻硬質(zhì)相與韌性良好的鎳鉻合金相組成，具有較高的高溫硬度、優(yōu)異的高溫耐磨性、耐蝕性、抗氧化性及較高的結(jié)合強(qiáng)度，廣泛應(yīng)用于高溫 (530～9000℃)磨粒磨損、腐蝕磨損和沖蝕磨損工況下工作的零件，如連續(xù)退火線的爐輥、軋鋼廠連續(xù)生產(chǎn)線上的芯輥、氣缸活塞環(huán)、缸襯等。TiB2基金屬陶瓷涂層具有高熔點(diǎn)、高硬度、良好的電和磁性能以及高抗腐蝕性，是一種潛在的替代Cr3C2用于高溫、耐磨的金屬陶瓷。比A12O3、Cr3C2-NiCr、WC-Co具有更高的耐磨性能。
　　WC基金屬陶瓷涂層常用于450℃以下的磨粒磨損和沖蝕磨損工況。徐向陽等研究了等離子噴涂WC/18Co涂層的微動(dòng)磨損機(jī)理。結(jié)果表明，涂層的微動(dòng)磨損開始階段以粘著磨損為主，涂層硬度高，抗粘著能力強(qiáng)，磨損輕微；穩(wěn)定階段以疲勞脫層和脆性開裂剝落為主，涂層脆性大，噴涂粒子間結(jié)合強(qiáng)度低，容易磨損。噴涂層內(nèi)部的氧化物夾雜是造成涂層抗微動(dòng)磨損能力不足的主要原因。
　　
4 非晶態(tài)涂層的研究現(xiàn)狀
　　非晶態(tài)是一種長(zhǎng)程無序，短程有序的材料。非晶態(tài)材料的物理、化學(xué)性能常比相應(yīng)的晶態(tài)材料更優(yōu)異，具有高強(qiáng)度、高韌性、高硬度、高抗蝕性能、軟磁特性等，是一類很有發(fā)展前途的新型金屬材料。熱噴涂非晶態(tài)合金涂層是近年來材料科學(xué)中廣泛研究的一個(gè)新領(lǐng)域，熱噴涂技術(shù)作為大面積非晶涂層制備方法之一已開始引起廣泛關(guān)注，常用的方法有等離子噴涂、HVOF和爆炸噴涂。
　　向興華等采用等離子噴涂工藝制備Fe基非晶合金涂層(含Si，B，Cr，Ni等)，涂層各區(qū)域的組織均勻一致，涂層致密度高，孔隙率低，氧化物含量較少，并具有很高的硬度，顯微硬度在530～790HV0.1范圍內(nèi)，涂層與基材結(jié)合良好。
　　Jin等研究了爆炸噴涂Fe-Cr-B系合金涂層的微觀組織和耐磨性。結(jié)果表明，涂層具有很好的抗磨損和防腐性能，涂層在滑動(dòng)磨損過程中動(dòng)態(tài)產(chǎn)生非晶態(tài)表面膜，使涂層的耐磨性顯著提高，同時(shí)磨擦系數(shù)顯著下降。
　　綜上所述，采用HVOF、等離子噴涂、電弧噴涂、爆炸噴涂等方法噴涂金屬、陶瓷、金屬陶瓷和非晶態(tài)等耐磨涂層，可以有效地提高基體材料的耐磨性。深入研究熱噴涂層的磨損機(jī)理及涂層組織結(jié)構(gòu)對(duì)磨損特性的影響，為改善涂層組織、優(yōu)化噴涂工藝以及開發(fā)新型耐磨涂層提供理論依據(jù)。