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摘 要 详细介绍国内广泛使用的金属表面喷涂技术以及表面处理的有效措施，仅供借鉴参考。
关键词 金属喷涂；喷涂技术；表面处理
中图分类号 TG 文献标识码 A 文章编号 1673-9671-(2011)082-0153-02
随着现代科学技术的迅速发展，无论在任何领域都对设备和材料以及机械零部件的使用性能及使用寿命提出了越来越高的要求。对于整体锻造或铸造比较贵的金属（如钛、钴、镍、锆等）而言，其本身造价很高，并且在铸造、锻造以及焊接方法上都存在一定的难度，不仅浪费了人力、物力、财力，而是也达到不预期的使用效果。所以，金属喷涂技术便应运而生，其工作原理是将普通的材料表面，制备一个特殊的工作表面，使其具有减磨、抗高温、防腐、耐磨、绝缘、导电、隔热、抗氧化、防微波辐射等优良性能，从而达到节能降耗的目的，获取可观的经济效益。金属喷涂工艺流程包括基体表面预处理、喷涂、后处理等过程。本文就金属喷涂及表面处理的有效措施进行初步探讨，仅供借鉴参考。
1金属表面喷涂技术
金属表面喷涂的技术多种多样，本文以热喷涂技术、低压等离子喷涂-薄涂层技术、冷喷涂、液料等离子喷涂为例对金属喷涂进行论述。
1.1热喷涂技术
热喷涂技术是我国重点推广应用的新技术项目之一，属于表面过程技术的组成部分。该技术是通过表面强化或喷涂的方法来达到修复废旧金属基体以及保护金属基体目的的技术。热喷涂技术应用过程中，分散的、细微的金属或非金属的涂层材料（带状、粉状、棒状或丝状均可），将以半熔化或熔化的状态存在，而后沉积到经过制备的金属基体表面，从而形成喷涂沉积层。根据热喷涂的工作原理，其设备主要包括喷枪、涂层材料供给装置、热源以及控制和冷却系统。热喷涂技术中喷涂枪使用的热量是由电弧、燃料气或等离子弧提供的，将喷涂材料预热到熔融态或塑态，再经过压缩空气的加速作用，迫使受约束的颗粒束流冲击到基体表面。在基体表面上的颗粒由于受冲压作用而会形成变形，呈叠层薄片状牢牢地粘附在基体表面，随着空气的冷却不断堆积，最终形成涂层，根据涂层材料性质的不同，可以实现不同功能，如隔热、抗磨损、耐高温腐蚀、抗电磁波等。
热喷涂根据热源的不同，可以分为燃烧法和电加热法，目前，国内广泛使用的热喷涂技术包括粉末火焰喷涂、大气等离子喷涂、线材火焰喷涂、爆炸喷涂、电弧喷涂以及超音速火焰喷涂技术，详细情况如表1中所示：
表1热喷涂的分类
1.2低压等离子喷涂—薄涂层技术
该技术是基于低压等离子喷涂技术而发展起来的新型涂层制备技术。其设备主要包括等离子喷枪系统、真空系统、送分系统、机械手系统、沉积室以及控制系统等，该技术工艺特点为：①在<200Pa的低压保护性的条件中工作，等离子体焰流可达2m、直径为0.2m~0.4m，与低压等离子喷涂和大气等离子喷涂相比，该技术的喷涂颗粒温度和飞行速度更为均匀，并且在喷涂时，每道次沉积可控制在0.5μm以下，这样就可以大面积地迅速沉积出优质薄涂层；②该技术具有大范围的参数调节优势，能够实现液相固相和气相固相的沉积，以利于获得理想的柱状、层状或层柱复合涂层结构。
由于低压等离子喷涂—薄涂层技术具备以上的工艺优点，现阶段被广泛应用于固体氧化物燃料电池电极与电解质涂层、制备新型热障涂层、混合导体透氧膜和半导体器件绝缘（导电）涂层等领域中。
1.3冷喷涂
该工艺又称为空气动力学喷涂法，顾名思义，就是运用空气动力学原理的一种喷涂技术。其工作原理为，利用高压气体（氦气、氮气或两气混合）携带粉末颗粒从轴向进入喷枪并经超音速流加速至约
500m/s~700m/s以后，以固态形式撞击基体表面，从而产生塑性变形沉积形成密涂层。为了获取更高的粒子速度，可先预热（温度应不高于
600℃）加速气体，而后将粉末颗粒送入喷枪。与其他以热源为动能的喷涂工艺相比，冷喷涂会对原料在喷涂过程中造成一定的变相，产生化学及辐射等不良现象。冷喷涂以高压气体为动力，在低温状态下实施喷涂工艺，因此具备以下特性：①涂层沉积效率高，组织成分与结构相对稳定；②对基体表面无热影响，且未形成沉积的粒子还可以回收利用；③受高速粒子碰撞作用，涂层内处于压应力状态，有助于形成沉积厚涂层；④特别合适于喷涂纳米和温敏涂层材料。
1.4液料等离子喷涂
近年来，随着纳米、亚微纳米功能涂层的迅速发展，常用粉末等离子喷涂工艺已暴露出不足之处，其输送粉末困难、纳米粒子团聚粉末易使晶粒长大等劣势严重影响了喷涂的效果，而液料等离子喷涂技术由于具备化学组成可控和结构精细化等优点在纳米、亚微纳米涂层中得到了推广与使用。
液料等离子喷涂包括前驱体等离子喷涂和悬浮液等离子喷涂两大类。前者按照化学计量将粉末粒子配比成液体，再将液体经雾化后送入等离子焰流中进行高温氧化或分解从而形成涂层；后者是将粉末粒子采用分散剂（酒精、水、丙酮等）分散在液体中，形成稳定性较强的悬浮液，经过雾化后，液体在等离子焰流中挥发，最后经加热加速后沉积在基体表面。
2金属喷涂表面处理的有效措施
金属热喷涂层与基体的结合性能是由基体表面的预处理状况所决定的，并且对与涂层的使用寿命也具有一定的影响。基体表面预处理包括以下几个方面，即去除表面的油脂、锈、旧涂层、氧化皮、其他污物和表面的粗化处理。其中基体带喷涂层表面粗化是喷涂前的重点工作，它可以使涂层与基体啮合严紧，同时可以去除氧化皮、油污、绣、旧涂层等。在进行粗化处理时，工件应保持干燥，如遇湿润气候必须要采取保护措施，工作环境的大气温度应大于气温5 ℃，或者基本的温度应高于大气露点3 ℃，如不满足以上工作条件，可以采取加热或输入净化、干燥空气、遮盖等有效措施改善工作环境，使之满足工作条件。在预处理与喷涂工序之间，应将工件停留的时间尽量缩短，一般情况下，停留时间应小于12小时，如遇潮湿、雨天、盐雾等特殊天气，需将停留时间缩短为2小时以内。
根据表面处理的目的、所需涂层材料的种类以及基体表面原始状态的不同，具体可以采用以下方法进行表面处理。
2.1脱脂净化
1）溶剂法。该方法可以采用溶剂汽油、四氯化碳或三氯乙烯等溶剂来浸洗、擦洗表面，可以达到有效去除油脂的目的。
2）乳液清洗法。该方法所使用的乳化清洗液一般是由湿润剂与强乳化液的混合有机溶剂配制而成，不但可以起到脱脂的效能，而且不会产生任何污染。
3）蒸气清洗。该方法可在设备中采用三氯乙烯等溶剂作为蒸汽清洗材料，可以有效地去除表面油脂。
4）加热法。该方法主要针对于多空隙金属零部件或被油脂浸透的铸铁而使用的，先采用约为300℃的低温加热法将侵入金属表层的油脂去除，再用细磨料喷除遗留在表面的积碳。
5）碱性清洗剂法。该方法所采用的清洗剂的主要成分为磷酸钠、氢氧化钠、钠的硅酸盐以及碳酸钠，浸洗的浓度约为50g/L～75g/L，保持温度在80℃，在浸满30min后即可达到脱脂的效果。此外，也可以使用碱液作为清洗剂对表面进行喷射清洗，浓度应控制在10g/L～20g/L范围内，保持温度在80℃，在喷射2min后即可达到清洁表面的效果。
2.2喷砂粗化
经过喷砂粗化处理后的金属表面应达到完全去除氧化皮、污垢、锈及旧涂层等附着物的目的，并且应使用干燥、无油的压缩空气，具体的操作参数应根据工件的实际情况确定。
2.3车螺纹、滚花
该方法可以更好地达到粗化表面、增加基体表面积的目的，以提供给涂层良好的啮合面。采用该方法必须注意的是，在切削螺纹后，应及时切除螺纹尖角，以免影响喷涂的效果，在滚花后的金属也应避免出现突起尖角现象。
2.4结合层
该方法也称之为打底层或粘结层，是在经过粗化和净化后的面层上，喷涂一层自粘结材料，达到提高涂层与基体结合性能的目的。
2.5电拉毛
该方法是利用电弧熔化镍阳极，将经过净化的金属表面制出一层被粗化的均匀表面，以此为涂层提供较好的啮合面，此方法被廣泛应用于受静态应力的硬表面以及厚壁金属工件的处理中。
3结论
总而言之，金属喷涂技术是一项以低成本换取高效益的项目，利用这种技术可达到保护基体表面或修旧利废的目的，使工件的使用寿命高于以前状态的几十倍，因此，金属喷涂技术已被广泛应用于国民经济生产的各部门，并取得了巨大的经济效益，并且喷涂产业在政府及社会各界的共同支持下，正不断优化产品结构，本文上述的几种金属喷涂方法也相应地得到了广泛推广与利用。
参考文献
[1]王永兵,刘湘,祁文军,等.热喷涂技术的发展和应用[J].电镀与涂饰,2007,6.
[2]吴子健.热喷涂技术与应用[M].机械工业出版社,2006.
[3]徐滨士,朱绍华,刘世参.材料表面工程[M].哈尔滨工业大学出版社,2005.
[4]徐滨士,张伟,梁秀兵.热喷涂材料的应用与发展[J].材料工程.2001,7.
[5]宋孟辉,吴兴敏.喷涂技术对浅色金属漆涂装质量影响的研究[J].汽车维修技师.2011,1.
关键词 金属喷涂；喷涂技术；表面处理
中图分类号 TG 文献标识码 A 文章编号 1673-9671-(2011)082-0153-02
随着现代科学技术的迅速发展，无论在任何领域都对设备和材料以及机械零部件的使用性能及使用寿命提出了越来越高的要求。对于整体锻造或铸造比较贵的金属（如钛、钴、镍、锆等）而言，其本身造价很高，并且在铸造、锻造以及焊接方法上都存在一定的难度，不仅浪费了人力、物力、财力，而是也达到不预期的使用效果。所以，金属喷涂技术便应运而生，其工作原理是将普通的材料表面，制备一个特殊的工作表面，使其具有减磨、抗高温、防腐、耐磨、绝缘、导电、隔热、抗氧化、防微波辐射等优良性能，从而达到节能降耗的目的，获取可观的经济效益。金属喷涂工艺流程包括基体表面预处理、喷涂、后处理等过程。本文就金属喷涂及表面处理的有效措施进行初步探讨，仅供借鉴参考。
1金属表面喷涂技术
金属表面喷涂的技术多种多样，本文以热喷涂技术、低压等离子喷涂-薄涂层技术、冷喷涂、液料等离子喷涂为例对金属喷涂进行论述。
1.1热喷涂技术
热喷涂技术是我国重点推广应用的新技术项目之一，属于表面过程技术的组成部分。该技术是通过表面强化或喷涂的方法来达到修复废旧金属基体以及保护金属基体目的的技术。热喷涂技术应用过程中，分散的、细微的金属或非金属的涂层材料（带状、粉状、棒状或丝状均可），将以半熔化或熔化的状态存在，而后沉积到经过制备的金属基体表面，从而形成喷涂沉积层。根据热喷涂的工作原理，其设备主要包括喷枪、涂层材料供给装置、热源以及控制和冷却系统。热喷涂技术中喷涂枪使用的热量是由电弧、燃料气或等离子弧提供的，将喷涂材料预热到熔融态或塑态，再经过压缩空气的加速作用，迫使受约束的颗粒束流冲击到基体表面。在基体表面上的颗粒由于受冲压作用而会形成变形，呈叠层薄片状牢牢地粘附在基体表面，随着空气的冷却不断堆积，最终形成涂层，根据涂层材料性质的不同，可以实现不同功能，如隔热、抗磨损、耐高温腐蚀、抗电磁波等。
热喷涂根据热源的不同，可以分为燃烧法和电加热法，目前，国内广泛使用的热喷涂技术包括粉末火焰喷涂、大气等离子喷涂、线材火焰喷涂、爆炸喷涂、电弧喷涂以及超音速火焰喷涂技术，详细情况如表1中所示：
表1热喷涂的分类
1.2低压等离子喷涂—薄涂层技术
该技术是基于低压等离子喷涂技术而发展起来的新型涂层制备技术。其设备主要包括等离子喷枪系统、真空系统、送分系统、机械手系统、沉积室以及控制系统等，该技术工艺特点为：①在<200Pa的低压保护性的条件中工作，等离子体焰流可达2m、直径为0.2m~0.4m，与低压等离子喷涂和大气等离子喷涂相比，该技术的喷涂颗粒温度和飞行速度更为均匀，并且在喷涂时，每道次沉积可控制在0.5μm以下，这样就可以大面积地迅速沉积出优质薄涂层；②该技术具有大范围的参数调节优势，能够实现液相固相和气相固相的沉积，以利于获得理想的柱状、层状或层柱复合涂层结构。
由于低压等离子喷涂—薄涂层技术具备以上的工艺优点，现阶段被广泛应用于固体氧化物燃料电池电极与电解质涂层、制备新型热障涂层、混合导体透氧膜和半导体器件绝缘（导电）涂层等领域中。
1.3冷喷涂
该工艺又称为空气动力学喷涂法，顾名思义，就是运用空气动力学原理的一种喷涂技术。其工作原理为，利用高压气体（氦气、氮气或两气混合）携带粉末颗粒从轴向进入喷枪并经超音速流加速至约
500m/s~700m/s以后，以固态形式撞击基体表面，从而产生塑性变形沉积形成密涂层。为了获取更高的粒子速度，可先预热（温度应不高于
600℃）加速气体，而后将粉末颗粒送入喷枪。与其他以热源为动能的喷涂工艺相比，冷喷涂会对原料在喷涂过程中造成一定的变相，产生化学及辐射等不良现象。冷喷涂以高压气体为动力，在低温状态下实施喷涂工艺，因此具备以下特性：①涂层沉积效率高，组织成分与结构相对稳定；②对基体表面无热影响，且未形成沉积的粒子还可以回收利用；③受高速粒子碰撞作用，涂层内处于压应力状态，有助于形成沉积厚涂层；④特别合适于喷涂纳米和温敏涂层材料。
1.4液料等离子喷涂
近年来，随着纳米、亚微纳米功能涂层的迅速发展，常用粉末等离子喷涂工艺已暴露出不足之处，其输送粉末困难、纳米粒子团聚粉末易使晶粒长大等劣势严重影响了喷涂的效果，而液料等离子喷涂技术由于具备化学组成可控和结构精细化等优点在纳米、亚微纳米涂层中得到了推广与使用。
液料等离子喷涂包括前驱体等离子喷涂和悬浮液等离子喷涂两大类。前者按照化学计量将粉末粒子配比成液体，再将液体经雾化后送入等离子焰流中进行高温氧化或分解从而形成涂层；后者是将粉末粒子采用分散剂（酒精、水、丙酮等）分散在液体中，形成稳定性较强的悬浮液，经过雾化后，液体在等离子焰流中挥发，最后经加热加速后沉积在基体表面。
2金属喷涂表面处理的有效措施
金属热喷涂层与基体的结合性能是由基体表面的预处理状况所决定的，并且对与涂层的使用寿命也具有一定的影响。基体表面预处理包括以下几个方面，即去除表面的油脂、锈、旧涂层、氧化皮、其他污物和表面的粗化处理。其中基体带喷涂层表面粗化是喷涂前的重点工作，它可以使涂层与基体啮合严紧，同时可以去除氧化皮、油污、绣、旧涂层等。在进行粗化处理时，工件应保持干燥，如遇湿润气候必须要采取保护措施，工作环境的大气温度应大于气温5 ℃，或者基本的温度应高于大气露点3 ℃，如不满足以上工作条件，可以采取加热或输入净化、干燥空气、遮盖等有效措施改善工作环境，使之满足工作条件。在预处理与喷涂工序之间，应将工件停留的时间尽量缩短，一般情况下，停留时间应小于12小时，如遇潮湿、雨天、盐雾等特殊天气，需将停留时间缩短为2小时以内。
根据表面处理的目的、所需涂层材料的种类以及基体表面原始状态的不同，具体可以采用以下方法进行表面处理。
2.1脱脂净化
1）溶剂法。该方法可以采用溶剂汽油、四氯化碳或三氯乙烯等溶剂来浸洗、擦洗表面，可以达到有效去除油脂的目的。
2）乳液清洗法。该方法所使用的乳化清洗液一般是由湿润剂与强乳化液的混合有机溶剂配制而成，不但可以起到脱脂的效能，而且不会产生任何污染。
3）蒸气清洗。该方法可在设备中采用三氯乙烯等溶剂作为蒸汽清洗材料，可以有效地去除表面油脂。
4）加热法。该方法主要针对于多空隙金属零部件或被油脂浸透的铸铁而使用的，先采用约为300℃的低温加热法将侵入金属表层的油脂去除，再用细磨料喷除遗留在表面的积碳。
5）碱性清洗剂法。该方法所采用的清洗剂的主要成分为磷酸钠、氢氧化钠、钠的硅酸盐以及碳酸钠，浸洗的浓度约为50g/L～75g/L，保持温度在80℃，在浸满30min后即可达到脱脂的效果。此外，也可以使用碱液作为清洗剂对表面进行喷射清洗，浓度应控制在10g/L～20g/L范围内，保持温度在80℃，在喷射2min后即可达到清洁表面的效果。
2.2喷砂粗化
经过喷砂粗化处理后的金属表面应达到完全去除氧化皮、污垢、锈及旧涂层等附着物的目的，并且应使用干燥、无油的压缩空气，具体的操作参数应根据工件的实际情况确定。
2.3车螺纹、滚花
该方法可以更好地达到粗化表面、增加基体表面积的目的，以提供给涂层良好的啮合面。采用该方法必须注意的是，在切削螺纹后，应及时切除螺纹尖角，以免影响喷涂的效果，在滚花后的金属也应避免出现突起尖角现象。
2.4结合层
该方法也称之为打底层或粘结层，是在经过粗化和净化后的面层上，喷涂一层自粘结材料，达到提高涂层与基体结合性能的目的。
2.5电拉毛
该方法是利用电弧熔化镍阳极，将经过净化的金属表面制出一层被粗化的均匀表面，以此为涂层提供较好的啮合面，此方法被廣泛应用于受静态应力的硬表面以及厚壁金属工件的处理中。
3结论
总而言之，金属喷涂技术是一项以低成本换取高效益的项目，利用这种技术可达到保护基体表面或修旧利废的目的，使工件的使用寿命高于以前状态的几十倍，因此，金属喷涂技术已被广泛应用于国民经济生产的各部门，并取得了巨大的经济效益，并且喷涂产业在政府及社会各界的共同支持下，正不断优化产品结构，本文上述的几种金属喷涂方法也相应地得到了广泛推广与利用。
参考文献
[1]王永兵,刘湘,祁文军,等.热喷涂技术的发展和应用[J].电镀与涂饰,2007,6.
[2]吴子健.热喷涂技术与应用[M].机械工业出版社,2006.
[3]徐滨士,朱绍华,刘世参.材料表面工程[M].哈尔滨工业大学出版社,2005.
[4]徐滨士,张伟,梁秀兵.热喷涂材料的应用与发展[J].材料工程.2001,7.
[5]宋孟辉,吴兴敏.喷涂技术对浅色金属漆涂装质量影响的研究[J].汽车维修技师.2011,1.