热喷涂

热喷涂技术是将熔化（或加热）的材料喷涂到表面上的涂层工艺。 原料（涂层前体）通过电（等离子或电弧）或化学方式（燃烧火焰）加热。

与电镀、物理和化学气相沉积等其他涂层工艺相比，热喷涂可以在大面积上以高沉积速率提供厚涂层（厚度范围约为 20 微米至几毫米，具体取决于工艺和原料）。 可用于热喷涂的涂层材料包括金属、合金、陶瓷、塑料和复合材料。 它们以粉末或线材的形式送入，加热至熔融或半熔融状态，并以微米级颗粒的形式向基材加速。 燃烧或电弧放电通常用作热喷涂的能源。 最终的涂层是由大量喷涂颗粒的积累制成的。 表面可能不会显着升温，从而允许涂上易燃物质。

涂层质量通常通过测量其孔隙率、氧化物含量、宏观和微观硬度、结合强度和表面粗糙度来评估。 通常，涂层质量随着粒子速度的增加而增加。

热喷涂的几种变体是有区别的：

• 等离子喷涂
• 爆炸喷涂
• 电弧喷涂
• 火焰喷涂
• 高速氧燃料涂层喷涂 (HVOF)
• 高速空气燃料 (HVAF)
• 温喷
• 冷喷涂
• 喷涂和融合

在经典（1910 年至 1920 年间开发）但仍广泛使用的工艺中，例如火焰喷涂和电弧喷涂，粒子速度通常较低（<150 m/s），原材料必须熔化才能沉积。 等离子喷涂发展于 20 世纪 70 年代，使用电弧放电产生的高温等离子射流，典型温度 >15,000 K，这使得喷涂难熔材料如氧化物、钼等成为可能。

典型的热喷涂系统包括以下部分：

• 喷枪（或喷枪）- 对要沉积的颗粒进行熔化和加速的核心设备
• 进料器 – 用于通过管道向火炬供应粉末、金属丝或液体。
• 介质供应 - 用于产生火焰或等离子射流的气体或液体、用于携带粉末的气体等。
• 机器人/人工 – 用于操纵割炬或要涂覆的基材
• 电源——通常是手电筒的独立电源
• 控制台 - 集成或单独用于上述所有内容

爆轰枪由一个长水冷枪管组成，枪管带有气体和粉末入口阀。 氧气和燃料（最常见的是乙炔）与粉末一起被送入枪管。 火花用于点燃气体混合物，由此产生的爆炸加热并加速粉末通过枪管达到超音速。 每次引爆后，使用氮气脉冲清洗枪管。 这个过程每秒重复多次。 热粉末颗粒撞击基材时的高动能导致形成非常致密和坚固的涂层。 涂层通过机械结合而粘附，这是由于高速冲击后包裹在喷涂颗粒周围的基底变形而产生的。

在等离子喷涂工艺中，待沉积材料（原料）——通常为粉末，有时为液体、悬浮液或金属丝——被引入等离子射流，从等离子炬射出。 在温度约为 10,000 K 的射流中，材料被熔化并被推向基板。 在那里，熔化的液滴变平，迅速凝固并形成沉积物。 通常，沉积物会作为涂层附着在基材上； 独立部件也可以通过移除基板来生产。

有大量的技术参数会影响粒子与等离子射流和基板的相互作用，从而影响沉积物的特性。 这些参数包括原料类型、等离子气体成分和流速、能量输入、割炬偏移距离、基板冷却等。

沉积物由大量薄饼状“薄片”组成，称为薄片，由液滴压扁形成。 由于原料粉末的尺寸通常从微米到 100 微米以上，薄片的厚度在微米范围内，横向尺寸从几微米到几百微米。 在这些薄片之间，存在小空隙，例如孔隙、裂缝和不完全结合的区域。