熱噴塗

不同熱噴塗工藝的顆粒溫度和速度

熱噴塗技術通過電（等離子或電弧）或化學方法（燃燒火焰）加熱「原料」（塗料前體）。熱噴塗技術是利用熱源將噴塗材料加熱至熔化或半熔化狀態，並以一定的速度噴射沉積到經過預處理的基體表面形成塗層的方法。在普通材料的表面上製造一個特殊的工作表面，使其達到：防腐、耐磨、耐磨、抗高溫、抗氧化、隔熱、絕緣、導電、防微波輻射等功能。應用主要包括：長效防腐、機械修復及先進製造技術、模具製作與修復、製造特殊的功能塗層等四個方面。

熱噴塗技術最早於1910年由瑞士肖普博士發明，是表面過程技術的重要組成部分之一，由於塗層材料廣泛、沉積速度快、靈活性高、易於自動化加工、適應性強，應用廣泛，產值約占材料表面工程所有產值的三分之一。按照熱源的種類可分：火焰類、電弧類、電熱法和激光噴塗四類。其中，等離子噴塗居主導地位；高速火焰噴塗居第二，占據25%的市場比例，電弧噴塗代替傳統火焰噴塗技術上升至第三位。

火焰噴塗

火焰噴塗

火焰噴塗包括線材及粉末火焰噴塗、爆炸噴塗、超音速噴塗等。

• 線材火焰噴塗法是最早發明的噴塗法，是採用氧-乙炔燃燒火焰作熱源，把金屬線（直徑一般在Φ1.6mm-Φ4.8mm）以一定的速度送進噴槍里，使端部在高溫火焰中熔化，隨即用壓縮空氣把其霧化並吹走，沉積在預處理過的工件表面上。棒材火焰噴塗主要指陶瓷棒材（直徑Φ4.75mm、Φ6.35mm、Φ7.94mm）火焰噴塗，速度大約在150-250m/s，已逐漸被等離子噴塗技術取代。
• 粉末火焰噴塗法與絲材火焰噴塗的不同之處是噴塗材料不是絲材而是粉末，可噴制性能優異的碳化物塗層和氧化鋁、氧化鋯等高熔點材料塗層。孔隙率一般在5-20%之間，結合強度在10-30MPa之間。噴槍與工件噴塗面的距離一般控制在150-200mm。噴塗過程中，零件整體溫度不超過250℃。
• 爆炸噴塗是利用氧氣和乙炔燃燒產生爆炸，釋放出熱能和衝擊波，熱能使噴塗粉末熔化，衝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塗層。爆炸噴塗工藝是一種間歇式噴塗，一般的噴塗頻率在4次/秒-8次/秒。塗層的空隙率在所有熱噴塗工藝中是最低的。塗層與基體材料的結合強度是目前熱噴塗工藝中最高的。

高速氧燃料火焰噴塗（HVOF）原理圖

• 超音速噴塗（HVOF, High Velocity Oxygen Fuel）是將航空煤油與助燃劑（O2）導入燃燒室內混合，爆炸式燃燒產生的高溫氣體與碳化鎢粉末一同射到工件上形成塗層。高速火焰噴塗焰流速度高達1500m/s-2000m/s，一般可觀察到5-8個明顯的馬赫錐，粒子流速度高達300-650m/s。粉末粒度一般為10-45μm，屬於細粒度粉末，表面粗糙度小，孔隙率＜2%，結合強度＞70MPa。
• 高速空氣燃料噴塗(HVAF, High Velocity Air Fuel)是美國和日本開發的燃氣與空氣混合燃燒的高速火焰噴塗系統。與傳統的HVOF相比較，AC-HVAF工藝焰流速度高，但溫度較低，被噴塗粒子速度高達700-800m/s，而粒子溫度一般在其熔點以下，當熱的軟化的粒子衝擊到基材表面上時進行充分的塑性變形，形成緻密塗層。一般以丙烷作為燃料氣體，當噴塗高熔點材料時，可用丙烯代替丙烷來增加焰流溫度。噴槍由壓縮空氣冷卻。

等離子噴塗

電弧類

• 電弧噴塗是在兩根焊絲狀的金屬材料之間產生電弧，因電弧產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塗層。
• 等離子噴塗包括大氣等離子噴塗，保護氣等離子噴塗，真空等離子噴塗和水穩等離子噴塗。

電熱法

• 電熱法包括電爆噴塗、感應加熱噴塗、電容放電加熱。

參見

• 冷噴塗