熱噴涂的基本原理是用特種熱源（燃燒火焰、電弧、等離子焰流、激光等）或一定溫度的高溫、高壓、高速氣體（冷氣動力噴涂）將涂層材料熔化或半熔化，或?qū)⒐虘B(tài)粒子加速至數(shù)倍聲速，高速度噴射并牢固粘結(jié)在零件基體表面，形成設(shè)定組織性能的連續(xù)涂層。

    燃燒火焰噴涂，可以噴涂塑料、金屬、合金、氧化鋁陶瓷等多種粉末和絲材，現(xiàn)代飛機(jī)樹脂基復(fù)合材料部件表面防靜電抗雷擊涂層即為火焰噴涂鋁涂層。

    電弧噴涂，熱效率高、生產(chǎn)率高、噴涂成本低，廣泛用于鋼鐵結(jié)構(gòu)表面鋅、鋁及鋅鋁合金防腐涂層，對鋼鐵結(jié)構(gòu)進(jìn)行長效防護(hù)。在大型鍋爐內(nèi)壁噴涂耐高溫、耐腐蝕材料，可減少維護(hù)、延長使用壽命。

    等離子噴涂，是熱噴涂技術(shù)中最重要的一種，幾乎可以噴涂從低熔點(diǎn)塑料到高熔點(diǎn)金屬鎢、鉬、鉭、氮化物及碳化物金屬陶瓷、氧化物陶瓷等任何材料，用途極其廣泛。

    上世紀(jì)80年代超聲速火焰噴涂（HVOF）從美國推出，90年代開始廣泛應(yīng)用，目前已是WC-Co、WC-CoCr類涂層的最佳制備工藝方法，廣泛應(yīng)用于飛機(jī)起落架及直升機(jī)旋葉軸等關(guān)鍵部件耐磨涂層的制備，已經(jīng)大范圍取代飛機(jī)起落架電鍍硬鉻工藝，在避免了由電鍍硬鉻造成的六價(jià)鉻污染和部件氫脆的同時，還大幅度提高了部件耐磨性能。

    熱噴涂技術(shù)在航空發(fā)動機(jī)上的應(yīng)用

    由于熱噴涂材料來源廣泛、制備工藝穩(wěn)定、涂層成分結(jié)構(gòu)可設(shè)計(jì)性強(qiáng)、涂層質(zhì)量可控、可制備多種功能及防護(hù)涂層，并可自動化生產(chǎn)，使熱噴涂技術(shù)在航空制造技術(shù)領(lǐng)域獲得了廣泛的應(yīng)用。航空發(fā)動機(jī)及飛機(jī)的關(guān)鍵零部件——壓氣機(jī)葉片榫頭、機(jī)匣、封嚴(yán)篦齒、燃燒室、渦輪葉片、導(dǎo)向葉片、軸頸、軸承座、封嚴(yán)環(huán)、噴管等數(shù)以千計(jì)的零件需進(jìn)行熱噴涂制備涂層（見圖1），涂層的應(yīng)用是航空發(fā)動機(jī)可靠性及服役壽命大幅度提高。

    高溫可磨耗封嚴(yán)涂層等離子噴涂技術(shù)    

    高溫可磨耗封嚴(yán)涂層作為發(fā)動機(jī)部件的重要涂層之一，用來調(diào)控高壓渦輪轉(zhuǎn)子部件與機(jī)匣之間的間隙，對保持發(fā)動機(jī)的效率十分關(guān)鍵。中航工業(yè)制造所高能束流加工技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室研制開發(fā)的添加陶瓷減摩自潤滑材料及聚苯酯的高溫可磨耗封嚴(yán)涂層，涂層摩擦系數(shù)低，可磨耗性能優(yōu)異，同時抗高溫氧化性能及燃?xì)鉀_刷性能優(yōu)良。高溫可磨耗封嚴(yán)涂層厚度一般超過1.5mm，必須采用機(jī)器人自動等離子噴涂技術(shù)，噴涂參數(shù)計(jì)算機(jī)閉環(huán)控制、涂層厚度在線監(jiān)測，這樣有利于涂層組織結(jié)構(gòu)及厚度均勻，穩(wěn)定涂層冶金質(zhì)量。

    熱障涂層等離子噴涂技術(shù)    

    熱障涂層廣泛用于航空發(fā)動機(jī)及地面燃?xì)廨啓C(jī)，保護(hù)發(fā)動機(jī)高溫部件，如燃燒室、渦輪葉片、火焰噴管等（見圖2），可大幅度提高部件壽命、提高發(fā)動機(jī)效率、降低部件溫度或提高燃?xì)鉁囟取?/p>

    熱障涂層的制備方法主要有等離子噴涂法和電子束物理氣相沉積法。熱沖擊壽命和熱導(dǎo)率為熱障涂層的兩個關(guān)鍵技術(shù)指標(biāo)。沒有優(yōu)異的抗熱沖擊性能，熱障涂層就不能在可靠性要求極高的航空發(fā)動機(jī)上獲得成功應(yīng)用。把涂層壽命做到數(shù)千、數(shù)萬小時是熱噴涂涂層成功應(yīng)用于商用飛機(jī)發(fā)動機(jī)的關(guān)鍵所在。

    由于氧化釔穩(wěn)定氧化鋯在1200℃以上工作、在隨后的冷卻過程中相變，相變過程中材料體積將膨脹約4%，這種體積效應(yīng)使涂層產(chǎn)生裂紋甚至剝落。國內(nèi)外學(xué)者對兩種或兩種以上稀土氧化物復(fù)合穩(wěn)定氧化鋯的多元體系進(jìn)行了較多研究，取得了明顯進(jìn)展，美國科學(xué)家開發(fā)的氧化釓、氧化鐿、氧化釔三元稀土復(fù)合穩(wěn)定氧化鋯工作溫度可達(dá)1500℃，并已商品化。

    制造所高能束流加工技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室研制開發(fā)的多元稀土氧化物復(fù)合穩(wěn)定氧化鋯超高溫?zé)嵴贤繉?，隔熱性能及抗熱沖擊性能優(yōu)異，1500℃長期工作、在隨后的冷卻過程中也沒有有害的相變發(fā)生，使用溫度達(dá)到國際先進(jìn)水平。

    熱噴涂技術(shù)發(fā)展趨勢   

    熱噴涂技術(shù)經(jīng)過100余年的發(fā)展，技術(shù)日益成熟，用途涉及航空航天、工業(yè)燃?xì)廨啓C(jī)、汽車、電力、燃料電池與太陽能、醫(yī)療衛(wèi)生、造紙與印刷等諸多領(lǐng)域。

    要實(shí)現(xiàn)航空發(fā)動機(jī)在高推重比和高效能上的重大突破，就必須提高發(fā)動機(jī)中燃?xì)鉁囟?，這必然造成高壓渦輪熱端部件表面溫度的大幅度提高。碳化物、氮化物陶瓷SiC、Si3N4是最有可能取代鎳基高溫合金作為在更高溫度下工作的發(fā)動機(jī)高溫結(jié)構(gòu)材料，制約其應(yīng)用的重要因素是其在發(fā)動機(jī)高溫燃?xì)猸h(huán)境中的材料組織結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性不足，碳化物、氮化物陶瓷能夠和水蒸汽等反應(yīng)生成揮發(fā)性的產(chǎn)物造成陶瓷材料結(jié)構(gòu)及性能嚴(yán)重退化。在陶瓷表面采用氣相沉積與等離子噴涂復(fù)合技術(shù)制備環(huán)境障涂層，可以有效阻止高溫燃?xì)鈿夥蘸吞沾苫w的接觸，提高陶瓷基體的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。

    在某些重要應(yīng)用領(lǐng)域需要高的涂層結(jié)合強(qiáng)度，甚至需要涂層與零件基體間冶金結(jié)合。為克服熱噴涂涂層界面機(jī)械結(jié)合的不足，激光等離子復(fù)合噴涂技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生（見圖3）。激光等離子復(fù)合噴涂涂層界面為冶金結(jié)合，涂層結(jié)構(gòu)致密均勻，可用于發(fā)動機(jī)刷式封嚴(yán)跑道的制造。目前要解決的主要問題：一是控制熱輸入，避免涂層成分過度稀釋及材料組分的分解；二是降低應(yīng)力，避免涂層中出現(xiàn)裂紋。

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