[科普中国]-火焰喷涂法

火焰喷涂法是指在氧乙炔焰中，粉末以50m/s左右的速度通过喷枪口的高温区，受热成为熔融或半熔融状态，喷至被预热的表面上，直到所需的厚度。粉末火焰喷涂工艺比较简单，可用于导轨面的喷涂，以及机械磨损修复工作。1

丝材丝材火焰喷涂是利用氧乙炔燃烧的热源，将连续、均匀送入火焰中的喷涂丝材加热、熔融，再通过高压气体雾化成微粒状，直接喷射到预先处理过的工件表面，连续沉积形成金属、合金涂层。这种工艺方法是目前国内最常用的热喷涂技术之一，主要喷涂锌、铝、锌铝合金材料，用于大型钢结构件的长效防腐蚀。

构造丝材火焰喷涂由丝材火焰喷涂枪进行喷涂。喷涂源为喷嘴，金属丝经过喷嘴中心，通过围绕喷嘴和气罩形成的环形火焰，金属丝的尖端连续地被加热到其熔点，然后，由通过气罩的压缩空气将其雾化成喷射粒子，依靠空气流加速喷射到模具基体材料上，从而熔融的粒子冷却到塑性或半熔化状态，也发生一定程度的氧化。粒子与基体撞击时变平并粘接到基体上，随后与基体撞击的粒子也变平并粘接到基体的粒子上，从而堆积成涂层，如下图所示。

特点丝材的传送靠喷枪中的空气涡轮或电动机旋转，其转速可以调节，以控制送丝速度。采用空气涡轮的喷枪，送丝速度的微调比较困难，而且其速度受压缩空气的影响而难以恒定，但喷枪的质量轻，适用于手工操作；采用电动机传送丝材的设备，虽然送丝速度容易调节，也能保持恒定，喷涂自动化程度高，但喷枪笨重只适用于机械喷涂。

丝材火焰喷涂效率高，但喷出的熔滴大小不均，使得涂层结构不均匀，孔隙率也较大，且拉丝喷涂材料的成形工艺受到限制。2

粉末粉末火焰喷涂是以氧乙炔火焰为热源，把自熔剂合金粉末喷涂在经过预处理的工件表面上，在保证工件不熔化的前提下，加热涂层，使其熔融并润湿工件，通过液态合金与固态工件表面的相互溶解、扩散，形成呈冶金结构并具有特殊性能的表面熔覆层。

粉末火焰喷涂与丝材火焰喷涂的原理基本相同，而且设备装置也基本与丝材火焰喷涂相类似。不同之处是喷涂材料不是丝材而是粉末。粉末火焰喷涂只是将送丝机构改为与喷枪固定规格的送粉装置，粉末材料可以是金属粉、合金粉、复合粉、碳化物粉、陶瓷粉。

粉末火焰喷涂中一般没有压缩空气参与雾化、加速，喷涂粒子的推动力直接来自燃料气的作用，故喷涂粒子飞行速度较小，涂层结合强度较低，孔隙率较高。中性焰是最常用的热喷涂火焰，中性焰喷涂时，喷涂材料既不易被氧化，也不会由于过剩乙炔的分解而带来增碳，能较好地保证喷涂层的质量，适用于任何金属及其合金的喷涂。粉末火焰喷涂喷枪喷出的颗粒速度较高，火焰温度低，因此涂层的结合强度及涂层本身的综合强度都比较低，且比其他喷涂方法得到的孔隙率高。3

优缺点火焰喷涂技术的基本特点是：①一般金属、非金属基体均可喷涂，对基体的形状和尺寸通常也不受限制，但小孔目前尚不能喷涂；②涂层材料广泛，金属、合金、陶瓷、复合材料均可为涂层材料，可使表面具有各种性能，如耐腐蚀、耐磨；耐高温、隔热等：③涂层的多孔性组织有储油润滑和减摩性能，含有硬质相的喷涂层宏观硬度可达450HB，喷焊层可达65HRC；④火焰喷涂对基体影响小，基体表面受热温度为200～250℃，整体温度约70℃～80℃，故基体变形小，材料组织不发生变化。

火焰喷涂技术的缺点：①喷涂层与基体结合强度较低，不能承受交变载荷和冲击载荷；②基体表面制备要求高；③火焰喷涂工艺受多种条件影响，涂层质量尚无有效检测方法。

本词条内容贡献者为:

曹慧慧 - 副教授 - 中国矿业大学