熱噴涂技術(shù)在國(guó)家標(biāo)準(zhǔn) GB/T18719—2002 《熱噴涂 術(shù)語(yǔ)、分類》中定義：熱噴涂技術(shù)是利用熱源將噴涂材料加熱***溶化或半溶化狀態(tài)，并以一定的速度噴射沉積到經(jīng)過(guò)預(yù)處理的基體表面形成涂層的方法。熱噴涂技術(shù)在普通材料的表面上，制造一個(gè)特殊的工作表面，使其達(dá)到：防腐、耐磨、減摩、抗高溫、抗氧化、隔熱、絕緣、導(dǎo)電、防微波輻射等一系多種功能，使其達(dá)到節(jié)約材料，節(jié)約能源的目的，我們把特殊的工作表面叫涂層，把制造涂層的工作方法叫熱噴涂。熱噴涂技術(shù)是表面過(guò)程技術(shù)的重要組成部分之一，約占表面工程技術(shù)的三分之一。
熱噴涂技術(shù)具有的優(yōu)點(diǎn)：
1 、設(shè)備輕便，可現(xiàn)場(chǎng)施工。
2 、工藝靈活、操作程序少?？煽旖菪迯?fù)，減少加工時(shí)間。
3 、適應(yīng)性強(qiáng)，一般不受工件尺寸大小及場(chǎng)地所限。
4 、涂層厚度可以控制。
5 、除噴焊外，對(duì)基材加熱溫度較低，工件變形小，金相組織及性能變化也較小。
6 、適用各種基體材料的零部件、幾乎可在所有的固體材料表面上制備各種防護(hù)性涂層和功能性涂層。
熱噴涂工藝技術(shù)近年發(fā)展趨勢(shì)與特點(diǎn)
    熱噴涂技術(shù)目前在國(guó)內(nèi)已經(jīng)得到了比較廣泛的推廣應(yīng)用，近年來(lái)發(fā)展的趨勢(shì)和特點(diǎn)是：
(1) 大面積長(zhǎng)效防護(hù)技術(shù)得到了廣泛應(yīng)用 對(duì)于長(zhǎng)期暴露在戶外大氣的鋼鐵結(jié)構(gòu)件，采用噴涂鋁、鋅及其合金涂層，代替?zhèn)鹘y(tǒng)的刷油漆方法，實(shí)行陰極保護(hù)進(jìn)行長(zhǎng)效大氣防腐，近年來(lái)得到了迅速發(fā)展。如電視鐵塔、橋梁、公路設(shè)施、水閘門、微波塔、***輸電鐵塔、地下電纜支架，航標(biāo)浮鼓、豎井井筒等大型工程，都采用了噴涂鋁、鋅及其合金方法進(jìn)行防腐。目前國(guó)內(nèi)有幾十個(gè)專業(yè)噴涂廠從事這方面工作，噴涂面積每年達(dá)幾百萬(wàn)平方米以上。這項(xiàng)技術(shù)不僅在國(guó)內(nèi)大量推廣應(yīng)用，而且在援外工程中也得到了較好的推廣應(yīng)用。
(2) 采用熱噴涂技術(shù)修復(fù)與強(qiáng)化大型關(guān)鍵設(shè)備及進(jìn)口零部件國(guó)產(chǎn)化 近年來(lái)這方面已有許多成功應(yīng)用實(shí)例，如：一米七軋機(jī)、高速風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)子，大型擠壓機(jī)柱塞、大型齒輪、電極擠壓成型嘴、大功率汽車曲軸等。這些工作的進(jìn)行，一是解決了生產(chǎn)急需；二是節(jié)約了大量外匯。
(3) 超音速火焰噴涂技術(shù)的應(yīng)用 隨著我國(guó)熱噴涂技術(shù)的發(fā)展與提高，對(duì)噴涂層質(zhì)量要求也愈來(lái)愈高。近年來(lái)美國(guó)等國(guó)家發(fā)展起來(lái)的高速燃?xì)?(HVOF) 法是制備高質(zhì)量涂層的一種新的工藝方法。由于超音速火焰噴涂方法具有很多優(yōu)點(diǎn)，目前國(guó)內(nèi)已先后從國(guó)外引進(jìn)近十幾臺(tái)設(shè)備，在各工業(yè)部門發(fā)揮著重要作用。
(4) 氣體爆燃式噴涂技術(shù)進(jìn)一步得到應(yīng)用 該項(xiàng)噴涂技術(shù)由于粒子飛行速度可達(dá) 800m/s 以上，涂層與基體結(jié)合強(qiáng)度可達(dá) 100MPa 以上，孔隙率＜ 1% ，在某些領(lǐng)域里應(yīng)用，優(yōu)于其他噴涂方法。目前國(guó)內(nèi)已安裝 10 臺(tái)以上。
(5) 氧乙炔火焰塑料粉末噴涂技術(shù)發(fā)展迅速 如前所述，國(guó)內(nèi)近年來(lái)已有多家生產(chǎn)制造氧乙炔火焰塑料粉末噴涂設(shè)備，采用該項(xiàng)工藝技術(shù)，已在化工貯罐、管道、陶瓷行業(yè)瀘泥機(jī)板框、印染行業(yè)的導(dǎo)布輥、煤炭行業(yè)帶式運(yùn)輸機(jī)鑄鐵托輪、石油行業(yè)注聚設(shè)備，以及表面裝潢等方面都得到了很好的應(yīng)用，彌補(bǔ)了電噴塑的不足。為塑料涂層的應(yīng)用，開辟了一個(gè)新的途徑。
(6) 熱噴涂技術(shù)在化工防腐工程中得到應(yīng)用 腐蝕是機(jī)械部件受周圍介質(zhì)的化學(xué)或電化學(xué)作用而失效的主要原因之一。它不僅使大量金屬材料受損失，從而造成的停產(chǎn)損失更難以估計(jì)，所以人們對(duì)化工防腐工作特別重視。熱噴涂層應(yīng)用于腐蝕介質(zhì)中，特別是強(qiáng)介質(zhì)腐蝕，以前所以未能突破，其主要原因是封孔劑未能解決。眾所周知，噴涂層是存在著孔隙的，若不進(jìn)行封孔處理，各種酸、堿、有機(jī)介質(zhì)就會(huì)浸入孔隙，使涂層脫落，影響防腐效果。根據(jù)防腐工程的要求，近期我國(guó)已研制成功了聚酯型、有機(jī)聚合物型、樹脂型、塑料型、膠粘劑型等幾十種型號(hào)的封孔劑，適用于酸、堿、鹽及有機(jī)物的腐蝕環(huán)境，其使用溫度 80 ～ 350 ℃ 。采用陶瓷涂層、氧化物涂層或金屬或合金涂層，根據(jù)不同介質(zhì)，選用適當(dāng)?shù)姆饪讋?，已在許多化工腐蝕介質(zhì)中應(yīng)用，效果良好。該系列封孔劑已獲專利并獲國(guó)家發(fā)明獎(jiǎng)。這些封孔劑的研究成功，使熱噴涂技術(shù)在化工防腐工程中的應(yīng)用有了新進(jìn)展。
(7) 激光重熔技術(shù)開始應(yīng)用 近幾年來(lái)，高頻感應(yīng)重熔、真空感應(yīng)重熔只是在一定范圍內(nèi)得到應(yīng)用。激光重熔技術(shù)前幾年曾做過(guò)小面積試驗(yàn)，并未廣泛應(yīng)用。近期清華大學(xué)已將激光重熔技術(shù)用于閥門生產(chǎn)中，上海***紡織機(jī)械廠已將激光重熔技術(shù)應(yīng)用在紡織機(jī)械中。
(8) 熱噴涂技術(shù)在建筑裝潢醫(yī)療衛(wèi)生方面也得到了應(yīng)用 近年來(lái)四川、上海、沈陽(yáng)、云南等地采用熱噴涂技術(shù)噴涂了各種雕像、飾物、大型壁面等收到了良好效果，如沈陽(yáng)市國(guó)際商場(chǎng)的孔雀開屏大型壁畫就采用了熱噴涂技術(shù)。隨著熱噴涂技術(shù)的發(fā)展與提高，該項(xiàng)技術(shù)已滲透到其他領(lǐng)域中，如生物領(lǐng)域用熱噴涂方法，制造人工骨骼，目前國(guó)內(nèi)已臨床 200 多例，效果很好。此外，用熱噴涂方法制造的人工牙齒，也得到了初步應(yīng)用。
熱噴涂方法分類及工藝原理簡(jiǎn)介
一 熱噴涂分類方法
    作為新型的實(shí)用工程技術(shù)目前尚無(wú)標(biāo)準(zhǔn)的分類方法，一般按照熱源的種類，噴涂材料的形態(tài)及涂層的功能來(lái)分。如按涂層的功能分為耐腐，耐磨，隔熱等涂層，按加熱和結(jié)合方式可分為噴涂和噴熔：前者是機(jī)體不熔化，涂層與基體形成機(jī)械結(jié)合；后者則是涂層再加熱重熔，涂層與基體互溶并擴(kuò)散形成冶金結(jié)合。
平常接觸較多的一種分類方法是按照加熱噴涂材料的熱源種類來(lái)分的，按此可分為： ① 火焰類，包括火焰噴涂、***噴涂、超音速噴涂； ② 電弧類，包括電弧噴涂和等離子噴涂； ③ 電熱法 , 包括電爆噴涂、感應(yīng)加熱噴涂和電容放電噴涂； ④ 激光類：激光噴涂。
二 火焰類噴涂
1 、火焰噴涂 ：火焰噴涂包括線材火焰噴涂和粉末火焰噴涂。
<1> 線材火焰噴涂法：是最早發(fā)明的噴涂法。它是把金屬線以一定的速度送進(jìn)噴***里，使端部在高溫火焰中熔化，隨即用壓縮空氣把其霧化并吹走，沉積在預(yù)處理過(guò)的工件表面上。
圖 1 絲材火焰噴吐的裝置示意圖
圖 2 絲材火焰噴涂的原理示意圖
圖 1 表示絲材火焰噴涂的裝置。圖 2 則是絲材火焰噴涂***的剖面圖，它示出了絲材火焰噴涂的基本原理。噴涂源為噴嘴，金屬絲穿過(guò)噴嘴中心，通過(guò)圍繞噴嘴和氣罩形成的環(huán)形火焰中，金屬絲的尖端連續(xù)地被加熱到其熔點(diǎn)。然后，由通過(guò)氣罩的壓縮空氣將其霧化成噴射粒子，依靠空氣流加速噴射到基體上，從而熔融的粒子冷卻到塑性或半熔化狀態(tài)，也發(fā)生一定程度的氧化。粒子與基體撞擊時(shí)變平并粘結(jié)到基體表面上，隨后而來(lái)的與基體撞擊的粒子也變平并粘結(jié)到先前已粘結(jié)到基體的粒子上，從而堆積成涂層。
絲材的傳送靠噴***中空氣渦輪或電動(dòng)馬達(dá)旋轉(zhuǎn)，其轉(zhuǎn)速可以調(diào)節(jié)，以控制送絲速度。采用空氣渦輪的噴***，送絲速度的微調(diào)比較困難，而且其速度受壓縮空氣的影響而難以恒定，但噴***的質(zhì)量輕，適用于手工操作；采用電動(dòng)馬達(dá)傳送絲材的噴涂設(shè)備，雖然送絲速度容易調(diào)節(jié)，也能保持恒定，噴涂自動(dòng)化程度高，但噴***笨重，只適用于機(jī)械噴涂。在絲材火焰噴***中，燃?xì)饣鹧嬷饕糜诰€材的熔化，適宜于噴涂的金屬絲直徑一般為 1.8 ～ 4.8mm 。但有時(shí)直徑較大的棒材，甚***一些帶材亦可噴涂，不過(guò)此時(shí)須配以特定的噴***。
<2> 粉末火焰噴涂法：它與絲材火焰噴涂的不同之處是噴涂材料不是絲材而是粉末。圖 3 和圖 4 分別為為粉末火焰噴涂裝置和原理示意圖。
圖 3 粉末火焰噴涂的典型裝置
圖 4 粉末火焰噴涂的原理示意圖
    在火焰噴涂中通常使用乙炔和氧組合燃燒而***熱量，也可以用甲基乙炔 , 丙二烯（ MPS ） , 丙烷，氫氣或天然氣。火焰噴涂可噴涂金屬，陶瓷，塑料等材料，應(yīng)用非常靈活，噴涂設(shè)備輕便簡(jiǎn)單，可***，價(jià)格低于其他噴涂設(shè)備，經(jīng)濟(jì)型好，是目前噴涂技術(shù)中使用較廣泛的一種方法。但是，火焰噴涂也存在明顯的不足。如噴出的顆粒速度較小，火焰溫度較低 , 涂層的粘結(jié)強(qiáng)度及涂層本身的綜合強(qiáng)度都比較低 , 且比其他方法得到的氣孔率都。此外，火焰中心為氧化氣氛，所以對(duì)高熔點(diǎn)材料和易氧化材料，使用時(shí)應(yīng)注意。為了改善火焰噴涂的不足，提高結(jié)合強(qiáng)度及涂層密度，可采用將壓縮空氣或氣流加速裝置來(lái)提高顆粒速度；也可以采用將壓縮氣流由空氣改為惰性氣體的辦法來(lái)降低氧化程度，但這同時(shí)也提高了成本。
2 、***噴涂
***噴涂：利用氧氣和乙炔氣點(diǎn)火燃燒，造成氣體膨脹而產(chǎn)生***，釋放出熱能和沖擊波 , 熱能使噴涂粉末熔化 , 沖擊波則使熔融粉末以 700 ～ 800m/s 的速度噴射到工件表面上形成涂層。圖 5 為***噴***示意圖。
圖 5 ***噴涂原理圖
    ***涂層形成的基本特征，一般認(rèn)為仍然是高速熔融粒子碰撞基體的結(jié)果。***噴涂的***特點(diǎn)是粒子飛行速度高 , 動(dòng)能大 , 所以***噴涂涂層具有： ① 涂層和基體的結(jié)合強(qiáng)度高， ② 涂層致密，氣孔率很低， ③ 涂層表面加工后粗糙度低， ④ 工件表面溫度低。***噴涂可噴涂金屬 , 金屬陶瓷及陶瓷材料 , 但是由于該設(shè)備價(jià)格高 , 噪音大 , 屬氧化性氣氛等原因 , 國(guó)內(nèi)外應(yīng)用還不廣泛。目前世界上應(yīng)用最成功的***噴涂是美國(guó)聯(lián)合碳化物公司林德分公司 1955 年取得的專利 , 其設(shè)備及工藝參數(shù)***今仍然保密。我國(guó)于 1985 年左右 , 由中國(guó)***工業(yè)部航空材料研究所研制成功***噴涂設(shè)備 , 就 Co/WC 涂層性能來(lái)看，噴涂性能與美國(guó)聯(lián)合碳化物公司的水平接近。
在***噴涂中 , 當(dāng)乙炔含量為 45% 時(shí)，氧 - 乙炔混合氣可產(chǎn)生 3140 ℃ 的***燃燒溫度 , 但在***條件下可能超出 4200 ℃ ，所以絕大多數(shù)粉末能夠熔化。粉末在高速***中被輸運(yùn)的長(zhǎng)度遠(yuǎn)大于等離子*** , 這也是其粒子速度高的原因。
3 、超音速噴涂
    為了與美國(guó)碳化物公司的***噴涂抗?fàn)?, 上世紀(jì) 60 年代初期 , 美國(guó)人 J.Browning 發(fā)明了超音速火焰噴涂技術(shù) , 稱之為 "Jet-Kote", 并于 1983 年獲得美國(guó)專利。近些年來(lái) , 國(guó)外超音速火焰噴涂技術(shù)發(fā)展迅速 , 許多新型裝置出現(xiàn) , 在不少領(lǐng)域正在取代傳統(tǒng)的等離子噴涂。在國(guó)內(nèi) , 武漢材料保護(hù)研究所 , 北京鋼鐵研究總院 , 北京鈦得新工藝材料有限公司等也在進(jìn)行這方面研究 , 并生產(chǎn)出有自己特色的超音速噴涂裝置。
圖 6 超音速火焰噴涂***
燃料氣體 ( 氫氣 , 丙烷 , 丙烯或乙炔－甲烷 - 丙烷混合氣體等 ) 與助燃劑（ O2 ）以一定的比例導(dǎo)入燃燒室內(nèi)混合，***式燃燒，因燃燒產(chǎn)生的高溫氣體以高速通過(guò)膨脹管獲得超音速。同時(shí)通入送粉氣（ Ar 或 N2 ），定量沿燃燒頭內(nèi)碳化鎢中心套管送入高溫燃?xì)庵?，一同射出噴涂于工件上形成涂層?br /> 在噴涂機(jī)噴嘴出口處產(chǎn)生的焰流速度一般為音速的 4 倍，即約 1520m/s ，***可高達(dá) 2400m/s （具體與燃燒氣體種類，混合比例，流量，粉末質(zhì)量和粉末流量等有關(guān)）。粉末撞擊到工件表面的速度估計(jì)為 550-760m/s ，與***噴涂相當(dāng)。 Jet-Kote 法之所以能有這么高的速度，關(guān)鍵在于按流體力學(xué)的原理合理設(shè)計(jì)制造了一個(gè)噴嘴，稱之為 L***al 管的膨脹管。
圖 7 L***al 管
由流體力學(xué)知：對(duì)一維可壓縮流體，則有： ds/s=(M²-1)dv/v
其中： S― 管器截面積；?。停?v/v 聲（馬赫數(shù)）； V －流體速度
由式中我們看出：當(dāng) V>v 聲，即Ｍ >1 時(shí)，則 dv 與 ds 符號(hào)相同 , 即隨管道截面積變大 (ds 為正 ) 時(shí) , 流體速度也增大。當(dāng) V ① 粉粒溫度較低 , 氧比較輕 ( 這主要是由于粉末顆粒在高溫中停留時(shí)間短 , 在空氣中暴露時(shí)間短的緣故，所以涂層中含氧化物量較低 , 化學(xué)成分和相的組成具有較強(qiáng)的穩(wěn)定性 ) ，但只適于噴涂金屬粉末、 Co-Wc 粉末以及低熔點(diǎn) TiO2 陶瓷粉末；
② 粉粒運(yùn)動(dòng)速度高。
③ 粉粒尺寸小（ 10 ～ 53>μm ）、分布范圍窄，否則不能熔化。
④ 涂層結(jié)合強(qiáng)度、致密度高，無(wú)分層現(xiàn)象。
⑤ 涂層表面粗糙度低。
⑥ 噴涂距離可在較大范圍內(nèi)變動(dòng)，而不影響噴涂質(zhì)量。
⑦ 可得到比***噴涂更厚的涂層，殘余應(yīng)力也得到改善。
⑧ 噴涂效率高，操作方便。
⑨ 噪音大（大于 120dB ），需有隔音和防護(hù)裝置。
三 電弧類噴涂
1 、電弧噴涂 ：
    電弧噴涂：在兩根焊絲狀的金屬材料之間產(chǎn)生電弧，因電弧產(chǎn)生的熱使金屬焊絲逐漸熔化，熔化部分被壓縮空氣氣流噴向基體表面而形成涂層。電弧噴涂按電弧電源可分為直流電弧噴涂和交流電弧噴涂。直流：操作穩(wěn)定，涂層組織致密，效率高。交流：噪音大。電弧產(chǎn)生的溫度與電弧氣體介質(zhì)、電極材料種類及電流有關(guān)（如 Fe 料，電流 280 安，電弧溫度為 6100K ）。但一般來(lái)說(shuō)，電弧噴涂比火焰噴涂粉末粒子含熱量更大一些，粒子飛行速度也較快，因此，熔融粒子打到基體上時(shí)，形成局部微冶金結(jié)合的可能性要大的多。所以，涂層與基體結(jié)合強(qiáng)度較火焰噴涂高 1.5 ～ 2.0 倍，噴涂效率也較高。電弧噴涂還可方便地制造合金涂層或 “ 偽合金 ” 涂層。通過(guò)使用兩根不同成分的絲材和使用不同進(jìn)給速度，即可得到不同的合金成分。電弧噴涂與火焰噴涂設(shè)備相似，同樣具有成本低，一次性***少，使用也方便等優(yōu)點(diǎn)。但是，電弧噴涂的明顯不足，噴涂材料必須是導(dǎo)電的焊絲，因此只能使用金屬，而不能使用陶瓷，***了電弧噴涂的應(yīng)用范圍。近些年來(lái)，為了進(jìn)一步提高電弧噴涂涂層的性能，國(guó)外對(duì)設(shè)備和工藝進(jìn)行了較大的改進(jìn)，公布了不少專利。例如，將甲烷等加入到壓縮空氣中作為霧化氣體，以降低涂層的含氧量。***還將傳統(tǒng)的圓形絲材改成方形，以改善噴涂速率，提高了涂層的結(jié)合強(qiáng)度。
2 、等離子噴涂 ：
    等離子噴涂：包括大氣等離子噴涂，保護(hù)氣氛等離子噴涂，真空等離子噴涂和水穩(wěn)等離子噴涂。等粒子噴涂技術(shù)是繼火焰噴涂之后大力發(fā)展起來(lái)的一種新型多用途的精密噴涂方法，它具有： ① 超高溫特性，便于進(jìn)行高熔點(diǎn)材料的噴涂。 ② 噴射粒子的速度高，涂層致密，粘結(jié)強(qiáng)度高。 ③ 由于使用惰性氣體作為工作氣體，所以噴涂材料不易氧化。
<1> 等離子的形成（以 N2 為例）
圖 8 等離子體發(fā)生過(guò)程示意圖。
0°k 時(shí)， N2 分子的兩個(gè)原子程啞鈴形，僅在 x,y,z 方向上平動(dòng)；
大于 10°k 時(shí)，開始旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)；
大于 10000°k 時(shí)，原子間產(chǎn)生振動(dòng)，分子與分子間碰撞，則分子會(huì)發(fā)生離解變?yōu)閱卧樱?br /> N2 ＋ Ud——>N ＋ N 其中 Ud 為離解能
溫度再升高，原子會(huì)發(fā)生電離 : N ＋ Ui——>N ＋＋ e 其中 Ui 為電離能
氣體電離后，在空間不僅有原子，還有正離子和***電子，這種狀態(tài)就叫等離子體。
等離子體可分為三大類： ① 高溫***等離子體，電離度 100 ％，溫度可達(dá)幾億度，用于核聚變的研究； ② 低溫低壓等離子體，電離度不足 1 ％，溫度僅為 50 ～ 250 度； ③ 高溫低壓等離子體，約有 1 ％以上的氣體被電離，具有幾萬(wàn)度的溫度。離子、***電子、未電離的原子的動(dòng)能接近于熱平衡。熱噴涂所利用的正是這類等離子體。
<2> 噴涂原理：
圖 9 等粒子噴涂原理
等粒子噴涂是利用等離子弧進(jìn)行的，離子弧是壓縮電弧，與***電弧項(xiàng)比較，其弧柱細(xì)，電流密度大，氣體電離度高，因此具有溫度高，能量集中，弧穩(wěn)定性好等特點(diǎn)。
按接電方法不同，等離子弧有三種形式：
① 非轉(zhuǎn)移?。褐冈陉帢O和噴嘴之間所產(chǎn)生的等離子弧。這種情況正極接在噴嘴上，工件不帶電，在陰極和噴嘴的內(nèi)壁之間產(chǎn)生電弧，工作氣體通過(guò)陰極和噴嘴之間的電弧而被加熱，造成全部或部分電離，然后由噴嘴噴出形成等離子火焰 ( 或叫等離子射流 ) 。等粒子噴涂采用的就是這類等離子弧。
② 轉(zhuǎn)移?。弘娀‰x開噴***轉(zhuǎn)移到被加工零件上的等離子弧。這種情況噴嘴不接電源，工件接正極，電弧飛越噴***的陰極和陽(yáng)極（工件）之間，工作氣體圍繞著電弧送入，然后從噴嘴噴出。等離子切割，等離子弧焊接，等離子弧冶煉使用的是這類等離子弧。
③ 聯(lián)合弧 : 非轉(zhuǎn)移弧引燃轉(zhuǎn)移弧并加熱金屬粉末，轉(zhuǎn)移弧加熱工件使其表面產(chǎn)生熔池。這種情況噴嘴，工件均接在正極。等離子噴焊采用這種等離子弧。
進(jìn)行等粒子噴涂時(shí)，首先在陰極和陽(yáng)極（噴嘴）之間產(chǎn)生一直流電弧，該電弧把導(dǎo)入的工作氣體加熱電離成高溫等離子體，并從噴嘴噴出，形成等離子焰，等離子焰的溫度很高，其中心溫度可達(dá) 30000°k ，噴嘴出口的溫度可達(dá) ; 15000 ～ 20000°k 。焰流速度在噴嘴出口處可達(dá) 1000 ～ 2000m/s ，但迅衰減。粉末由送粉氣送入火焰中被熔化，并由焰流加速得到高于 150m/s 的速度，噴射到基體材料上形成膜。
圖 10 等離子焰流溫度分布
<3> 等粒子噴涂設(shè)備：等離子噴涂設(shè)備主要包括：
① 噴***：實(shí)際上是一個(gè)非轉(zhuǎn)移弧等離子發(fā)生器，是最關(guān)鍵的部件，其上集中了整個(gè)系統(tǒng)的電，氣，粉，水等。
② 電源：用以供給噴***直流電。通常為全波硅整流裝置。
③ 送粉器：用來(lái)貯存噴涂粉末并按工藝要求向噴***輸送粉末的裝置。
④ 熱交換器：主要用以使噴***獲得有效的冷卻，達(dá)到使噴嘴延壽的目的。
⑤ 供氣系統(tǒng)：包括工作氣和送粉氣的供給系統(tǒng)。
⑥ 控制框：用于對(duì)水，電、氣、粉的調(diào)節(jié)和控制。
<4> 等粒子噴涂工藝：
在等粒子噴涂過(guò)程中，影響涂層質(zhì)量的工藝參數(shù)很多，主要有：
① 等離子氣體：氣體的選擇原則主要根據(jù)是可用性和經(jīng)濟(jì)性， N2 氣便宜，且離子焰熱焓高，傳熱快，利于粉末的加熱和熔化，但對(duì)于易發(fā)生氮化反應(yīng)的粉末或基體則不可采用。 Ar 氣電離電位較低，等離子弧穩(wěn)定且易于引燃，弧焰較短，適于小件或薄件的噴涂，此外 Ar 氣還有很好的保護(hù)作用，但 Ar 氣的熱焓低，價(jià)格昂貴。氣體流量大小直接影響等離子焰流的熱焓和流速，從而影響噴涂效率，涂層氣孔率和結(jié)合力等。流量過(guò)高，則氣體會(huì)從等離子射流中帶走有用的熱，并使噴涂粒子的速度升高，減少了噴涂粒子在等離子火焰中的 “ 滯留 ” 時(shí)間，導(dǎo)致粒子達(dá)不到變形所必要的半熔化或塑性狀態(tài)，結(jié)果是涂層粘接強(qiáng)度、密度和硬度都較差，沉積速率也會(huì)顯著降低；相反，則會(huì)使電弧電壓值不適當(dāng)，并大大降低噴射粒子的速度。極端情況下，會(huì)引起噴涂材料過(guò)熱，造成噴涂材料過(guò)度熔化或汽化，引起熔融的粉末粒子在噴嘴或粉末噴口***，然后以較大球狀沉積到涂層中，形成大的空穴。
② 電弧的功率：電弧功率太高，電弧溫度升高，更多的氣體將轉(zhuǎn)變成為等離子體，在大功率、低工作氣體流量的情況下，幾乎全部工作氣體都轉(zhuǎn)變?yōu)榛钚缘攘Ｗ恿鳎攘Ｗ踊鹧鏈囟纫埠芨撸@可能使一些噴涂材料氣化并引起涂層成分改變，噴涂材料的蒸汽在基體與涂層之間或涂層的疊層之間凝聚引起粘接不良。此外還可能使噴嘴和電極燒蝕。而電弧功率太低，則得到部分離子氣體和溫度較低的等離子火焰，又會(huì)引起粒子加熱不足，涂層的粘結(jié)強(qiáng)度，硬度和沉積效率較低。
③ 供粉：供粉速度必須與輸入功率相適應(yīng)，過(guò)大，會(huì)出現(xiàn)生粉（未熔化），導(dǎo)致噴涂效率降低；過(guò)低，粉末氧化嚴(yán)重，并造成基體過(guò)熱。送料位置也會(huì)影響涂層結(jié)構(gòu)和噴涂效率，一般來(lái)說(shuō)，粉末必須送***焰心才能使粉末獲得***的加熱和***的速度。
④ 噴涂距離和噴涂角：噴***到工件的距離影響噴涂粒子和基體撞擊時(shí)的速度和溫度，涂層的特征和噴涂材料對(duì)噴涂距離很敏感。噴涂距離過(guò)大，粉粒的溫度和速度均將下降，結(jié)合力、氣孔、噴涂效率都會(huì)明顯下降；過(guò)小，會(huì)使基體溫升過(guò)高，基體和涂層氧化，影響涂層的結(jié)合。在機(jī)體溫升允許的情況下，噴距適當(dāng)小些為好。
噴涂角：指的是焰流軸線與被噴涂工件表面之間的角度。該角小于 45 度時(shí)，由于 “ 陰影效應(yīng) ” 的影響，涂層結(jié)構(gòu)會(huì)惡化形成空穴，導(dǎo)致涂層疏松。
⑤ 噴***與工件的相對(duì)運(yùn)動(dòng)速度：噴***的***速度應(yīng)保證涂層平坦，不出線噴涂脊背的痕跡。也就是說(shuō)，每個(gè)行程的寬度之間應(yīng)充分搭疊，在滿足上述要求前提下，噴涂操作時(shí)，一般采用較高的噴******速度，這樣可防止產(chǎn)生局部熱點(diǎn)和表面氧化。
⑥ 基體溫度控制：較理想的噴涂工件是在噴涂前把工件預(yù)熱到噴涂過(guò)程要達(dá)到的溫度，然后在噴涂過(guò)程中對(duì)工件采用噴氣冷卻的措施，使其保持原來(lái)的溫度。近幾年來(lái)，在等離子噴涂的基礎(chǔ)上又發(fā)展了幾種新的等離子噴涂技術(shù)，如：
3 、真空等離子噴涂 （又叫低壓等離子噴涂）
真空等離子噴涂是在氣氛可控的， 4 ～ 40Kpa 的密封室內(nèi)進(jìn)行噴涂的技術(shù)。因?yàn)楣ぷ鳉怏w等離子化后，是在低壓氣氛中邊膨脹體積邊噴出的，所以噴流速度是超音速的，而且非常適合于對(duì)氧化高度敏感的材料。
4 、水穩(wěn)等離子噴涂
前面說(shuō)的等離子噴涂的工作介質(zhì)都是氣體，而這種方法的工作介質(zhì)不是氣而是水，它是一種高功率或高速等離子噴涂的方法，其工作原理是：噴***內(nèi)通入***水流，并在***筒內(nèi)壁形成渦流，這時(shí)，在***體后部的陰極和***體前部的旋轉(zhuǎn)陽(yáng)極間產(chǎn)生直流電弧，使***筒內(nèi)壁表面的一部分蒸發(fā)、分解，變成等離子態(tài)，產(chǎn)生連續(xù)的等離子弧。由于旋轉(zhuǎn)渦流水的聚束作用，其能量密度提高，燃燒穩(wěn)定，因此，可噴涂高熔點(diǎn)材料，特別是氧化物陶瓷，噴涂效率非常高。
四 電熱法
1 、電爆噴涂：在線材兩端通以瞬間大電流，使線材熔化并發(fā)生***。此法專用來(lái)噴涂氣缸等內(nèi)表面。
2 、感應(yīng)加熱噴涂：采用高頻渦流把線材加熱，然后用***氣體霧化并加速的噴涂方法。
3 、電容放電加熱：利用電容放電把線材加熱，然后用***氣體霧化并加速的噴涂方法。
五 激光法
    把高密度能量的激光束朝著接近于零件的基體表面的方向直射，基體同時(shí)被一個(gè)輔助的激光加熱器加熱，這時(shí)，細(xì)微的粉末以傾斜的角度被吹送到激光束中。圖 11 激光噴涂
熔化粘結(jié)到基體表面，形成了一層薄的表面涂層，與基體之間形成良好的結(jié)合（噴涂環(huán)境可選擇大氣氣氛或惰性氣體氣氛，或真空下進(jìn)行）。
熱噴涂操作安全警示
熱噴涂包括準(zhǔn)備和噴涂工藝相關(guān)的潛在的危險(xiǎn)因素和在這些操作中采用的安全措施。建議涉及熱噴涂的所有人員，應(yīng)熟悉國(guó)家和有關(guān)部門這些安全措施和標(biāo)準(zhǔn)中包含的安全條例。
一、壓縮空氣
壓縮空氣應(yīng)標(biāo)明名稱以避免與氧氣或燃?xì)饣煜?，不能用壓縮空氣來(lái)清掃衣物。同樣也不能用氧氣和燃?xì)馇鍜摺?br /> 二、噪音防護(hù)
噴涂噪音超過(guò)了限定范圍，在工作區(qū)附近的所有人員應(yīng)采取聽覺防護(hù)。
三、呼吸保護(hù)
噴涂操作要求操作者使用呼吸保護(hù)裝置。根據(jù)粉塵氣體的性質(zhì)、類型和大小決定使用什么樣的呼吸保護(hù)裝置，在有限或密封的空間噴涂，需要使用連續(xù)氣流通道式呼吸器。它由一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的連續(xù)氣流通道呼吸器，護(hù)面罩或頭盔和防塵罩組成。加強(qiáng)對(duì)頭和脖子的保護(hù)，在護(hù)面具端部，呼吸器的***進(jìn)氣量是 4CFM(6 。 6M3/H) ，進(jìn)入頭盔或防塵罩中的空氣每分鐘 6CUFT(10M3/H) 。鼓送新鮮空氣比壓縮空氣作為呼吸源要好。
四、保護(hù)服
    任何噴涂或吹砂需要的適當(dāng)保護(hù)服，隨工作種類、性質(zhì)和環(huán)境而變化。
當(dāng)在限定區(qū)域工作時(shí)，需穿戴耐火衣和皮革或橡膠防護(hù)手套。衣服在腕處和腳***處要扎緊以保證飛濺的物質(zhì)和粉塵不濺到皮膚上。
在敞開的環(huán)境下工作，可以使用普遍的全套工作服，但不能敞開領(lǐng)口，系好衣袋鈕扣。要穿上高幫鞋，褲邊也要遮到腳面。
在限定空間或半敞開空間噴涂鉛或其它劇毒材料時(shí)，每天和每次飯前都要更換所有衣服和呼吸保護(hù)裝置，用過(guò)的衣服和呼吸保護(hù)裝置在重新使用前應(yīng)徹底清洗，清除所有鉛塵或其它毒性材料。
五、眼部保護(hù)
    電弧噴涂采用的防輻射保護(hù)和電弧焊的保護(hù)一樣。眼睛可以用一個(gè) 3 號(hào)或 6 號(hào)遮光鏡保護(hù)，如果身體某部分直接暴露在電弧輻射中時(shí)或如果在噴涂一些特殊放射材料或反射底層時(shí)，應(yīng)使用頭盔。
六、設(shè)備維護(hù)
    要定期檢查軟管和氣路，對(duì)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題的設(shè)備應(yīng)立即修復(fù)或更換。
火焰噴***應(yīng)按制造商的建議維護(hù)保養(yǎng)。每個(gè)熱噴涂操作者應(yīng)了解熟悉火焰噴***的操作。在***次點(diǎn)火之前，應(yīng)認(rèn)真閱讀和理解***的操作說(shuō)明書。
控制氧氣燃?xì)饣驂嚎s空氣流量的閥，應(yīng)正確裝好并加上潤(rùn)滑劑，這樣可以保護(hù)***體操作自如并能完全關(guān)閉。
如果***有回火，應(yīng)盡可能快的撲熄。如果在噴涂中點(diǎn)火時(shí)有爆燃或回火，應(yīng)在檢查產(chǎn)生原因并解決好后，才能重新點(diǎn)火。
火焰噴***或它的軟管不能懸掛在調(diào)節(jié)器或氣瓶閥上，那樣可能引起起火或***。
當(dāng)噴涂完后，或設(shè)備停機(jī)無(wú)人看管時(shí)，應(yīng)放出調(diào)節(jié)器和軟管中的所有氣體，按下列順序操作： (1) 關(guān)閉***閥。 (2) 關(guān)閉氣閥。 (3) 打開***閥。 (4) 轉(zhuǎn)動(dòng)調(diào)節(jié)螺桿到***狀態(tài)。 (5) 關(guān)閉***閥。 (6) 關(guān)閉罐閥或調(diào)節(jié)器前的支管閥。
在清洗火焰噴***時(shí)，不允許油進(jìn)入氣體混合室，對(duì)與氧氣或燃?xì)饨佑|的火焰噴***零件或閥不能使用普通的油或脂潤(rùn)滑。只能使用設(shè)備制造商推薦的***抗氧化潤(rùn)滑劑。
七、操作者請(qǐng)時(shí)刻牢記下面的警示
(1) 高速、高溫的噴涂射流對(duì)人和設(shè)備都有傷害。
(2) 噴涂粉塵有害健康，注意防塵、通風(fēng)。
(3) 噴涂噪音可能損壞聽力，請(qǐng)使用耳罩。
(4) 噴涂弧光的輻射有損視力，請(qǐng)戴護(hù)目鏡。