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喷雾造粒在热喷涂中的应用研究程汉池 栗卓新 汤春天（北京工业大学，北京100022）摘 要：制备适合热喷涂的粉末是热喷涂技术的一个关键问题，喷雾造粒是一种较成熟的热喷涂粉末制备技术，尤其是大颗粒纳米结构喂料。本文结合热喷涂用粉末的物性要求，探讨喷雾造粒工艺对 粉末物性及涂层质量的影响，综述喷雾造粒技术在热喷涂中的应用研究。关键词：热喷涂粉末 喷雾造粒 粉末物性1 前言制备适合热喷涂的大颗粒喂料是热喷涂技术的一个关键问题，本文结合热喷涂工艺对粉末物 性的要求，探讨喷雾造粒工艺对粉末物性及涂层 质量的影响，并以若干实例综述喷雾造粒技术在热喷涂中的应用。热喷涂作为一种表面改性技术，依据所选材料及喷涂方法的差异，所得涂层具有耐磨损、抗 氧化、电导与电阻、抗大气和浸渍腐蚀、耐化学 腐蚀、隔热耐高温、恢复尺寸、机件间隙控制等 功能。在航空航天、冶金、电力、机械等众多领 域应用广泛，近年来得到快速发展。常用的热喷涂粉末有合金粉末和陶瓷粉末等。 此类粉末的制备方法很多，不同制备方法得到的 粉末物性差异很大，如用化学共沉淀法、碳酸法、 喷雾造粒法制备的PSZ-3Y粉末在粒度分布、颗粒 形貌和流动性等物性方面有明显差别[1]，而粉末物 性对热喷涂工艺和涂层质量将产生显著影响。通常原始粉末按照颗粒尺寸可分为纳米级（1~100nm）、亚微米级（100nm~1 μ m）和微米级（1μm以上），其中纳米级和亚微米级粉末不能直 接用于热喷涂，需要进行粉末颗粒的尺寸增大处 理，即通过二次造粒改善粉末物性后用于热喷涂。热喷涂粉末的二次造粒方式有多种，如用水 溶性胶体作粘结剂的普通造粒法，通过热压球磨 破碎处理的烧结造粒法等。其中喷雾造粒法是一 种先进成熟的方法，具有成本低、适用性广、成 分与粒度易于控制的特点，可满足热喷涂粉末对物性的要求。2 热喷涂用粉末物性喷涂粉末的优点在于它不受线材成型工艺的 限制，生产成本低，来源广，各组分之间可按任 何比例调配，使所制涂层具有特殊性。喷涂粉末 要满足涂层的成份和性能要求、喷涂工艺要求，因 而应具有合适的粉末物性。粉末物性是制定热喷涂工艺参数的重要依据 之一。影响热喷涂工艺的粉末物性主要有粒度大 小、形状、分布、比表面积、吸附性、流动性等。 热喷涂送粉工序中，粉末粒度过小，流动性就差， 而导致送粉困难；粒度过大，粉末在高温热流中 熔化不完全，对于陶瓷粉末的径向送粉等离子喷 涂而言，粒度分布过宽，必然有部分粉末不会充 分经过等离子束流高温区，而出现粉末受热不均 现象。2.1 粒度 粒度是衡量粉末颗粒大小的技术指标，粉末粒度大小和范围要合适，才能保证粉末具有合适的松装密度和流动性，为获得高质量涂层做好准备。－ 18 －化工装备技术应用与发展热喷涂粉末颗粒一般用目来衡量，超细粉用μ m 单位来表征。在粉末样品中用正负号和目数 来表征粉末的粒度，如-120+300目表示粉末粒度 小于120大于300目，目数越大粉末越细。热喷涂 粉末应满足一定的粒度要求。用于火焰喷涂的金 属粉末一般小于 120 目，常用的是 -180+320 目； 等离子喷涂的陶瓷粉末粒度一般是 -140+320 目 或 -500+300 目；适于 HVOF 的粉末粒度一般在 15~53 μ m，较细的粉末粒度也在 5 ~25 μ m，有些 HVOF 设备可实现 10 μ m 以下超细粉体的喷涂。2.2 松装比重松装比重又称松装密度，其物理意义是干粉末 自然流入容器后，质量与体积之比，单位是g/cm3。 松装比重的大小除了与粉末的成分有密切关系外， 还与粉末的形状、表面质量有关。同一种合金粉 末，松装比重的数值大一些的质量较好。若松装 比重过小，说明粉末颗粒的表面有疏松的氧化层， 或粉粒形状不规则。2.3 流动性流动性是指粉末的流动能力，是衡量粉末热 喷涂工艺性的重要指标之一。通常采用霍尔流量 计（Hall flowmeter）测量粉末流动性，单位是s/50g， 其物理意义是 50g 的某种粉末流经具有一定孔径 的标准漏斗所需要的时间s。流动数值越小说明粉 末的流动性越好，流动性好易实现均匀送粉，流 动性差容易堵塞送粉通道。合金粉末的流动性一般较好，约为20~45s/50g。 陶瓷粉末流动性一般较差，约为50~120s/50g，有 的甚至在霍尔流量计中出现起拱现象，不自流，无 流动性，在热喷涂送粉器中通常采用振动或搅拌 实现强制送粉。热喷涂粉末要具有良好的流动能力，以便在 送粉通道中顺畅流动与均匀送粉。球形热喷涂粉 末是一种新型喷涂粉末，不仅流动性好，而且涂层性能极佳。粉末颗粒的球形性不好、表面氧化和表面吸潮都会降低粉末的流动性，应选择合适的粉末成分和制粉工艺以获得理想的粉末颗粒形貌。2.4 含氧量 对于合金粉而言，含氧量也是一个较重要的物性指标。粉末中所含的