熱噴涂是一種表面強(qiáng)化技術(shù),是通過某種熱源(等離子體、電弧、燃燒火焰等)將涂層材料(粉末或絲材)熔化形成熔滴,并利用高速氣流加速,令其噴射依次碰撞到基體材料表面,沉積形成涂層,從而使工件表面具有耐高溫、耐腐蝕、絕緣、導(dǎo)電、抗輻射、抗氧化等優(yōu)良性能。熱噴涂技術(shù),尤其是等離子噴涂技術(shù)，在航空航天、機(jī)械電子、通信、化工等眾多領(lǐng)域受到廣泛應(yīng)用。

    熱噴涂粉末在熱噴涂過程中占據(jù)極其重要的地位。其制備方法多種多樣,目前,常用的熱噴涂粉末制備方法有：噴霧造粒法、球磨法、氣體霧化法、燒結(jié)破碎法、包覆法等。不同的制備方法獲得的粉末形貌不同，性質(zhì)不同，從而影響涂層的質(zhì)量和性能。

    用于熱噴涂的粉末不僅需要滿足涂層要求的功能，還必須要滿足熱噴涂工藝的需求,要能保證粉體可以被流暢、穩(wěn)定、均勻地輸送到噴涂的焰流中,從而保證沉積效率及穩(wěn)定且均勻的涂層質(zhì)量。因此，熱噴涂用粉末的形貌、粒度分布、流動(dòng)性及松裝密度等粉末的基本特性，都會(huì)對(duì)熱噴涂涂層的沉積效率和涂層的性能造成一定影響。

1.1粉末的顆粒形貌

    熱噴涂粉末的顆粒形貌主要是指粉體顆粒的幾何形狀和表面特征。其中粉體的幾何形狀主要指粉末的球化程度,隨著球形度的提高,粉體的固態(tài)流動(dòng)性也越好。粉末本身的化學(xué)成分不同,球化程度也存在差異,但都應(yīng)該保證噴涂的送粉過程能夠順利進(jìn)行。表面特征則是指粉末表面顏色和光滑程度等。

    常見的熱噴涂用合金粉末大部分是通過霧化法制得的,霧化制粉的方法和霧化制粉的工藝參數(shù)都會(huì)影響粉末的球化程度。通過霧化法制備的熱噴涂用金屬粉末,在顆粒內(nèi)部有時(shí)會(huì)存在著大小不一的細(xì)小孔洞,有些孔洞完全封閉在顆粒內(nèi),而有些孔洞穿透至顆粒表面,當(dāng)噴涂工藝不當(dāng)時(shí),將會(huì)直接影響涂層的質(zhì)量。通常采用光學(xué)金相顯微鏡來觀察這一類孔洞,而顆粒的形狀和表面特征可以通過掃面電子顯微鏡來表征。

1.2粉末的粒度分布

粉末的粒徑大小及粒度分布是粉末顆粒的重要物理性能之一,熱噴涂粉末的粒度大小及粒度范圍的選擇主要由噴涂工藝方法和噴涂工藝規(guī)范參數(shù)來確定。粉末粒度的測(cè)定方法有:篩分析法、圖像測(cè)量計(jì)算法、沉降分析法、X一光小角度衍射法、掃描電鏡法等,這些方法各具有其優(yōu)缺點(diǎn)。而掃描電鏡由于其放大倍數(shù)方便調(diào)節(jié)、且可調(diào)節(jié)范圍寬,也常常被用來作為簡(jiǎn)單的粉末粒度分析。

熱噴涂用粉末的粒徑范圍通常為50~150μm(-300目~+100目)。粉末的松裝密度、流動(dòng)性和涂層的質(zhì)量都會(huì)受到粉末的粒度范圍及其粒度級(jí)別組成的直接影響。朱暉朝"等分別用3種不同粒度(5~40μm、22.5~45 μm、5~22.5 μm)的氧化鋁粉末采用大氣等離子噴涂制備涂層，對(duì)涂層結(jié)構(gòu)和性能進(jìn)行檢測(cè)發(fā)現(xiàn)，22.5~45 μm粉末和5~22.5 μm粉末在焰流中具有較高的溫度和動(dòng)能,涂層的結(jié)合強(qiáng)度和顯微硬度較5~40 μm粉末高，且涂層的孔隙率較低,較大的孔隙少,此外,5~22.5 μm粉末的沉積率最高,但涂層的生產(chǎn)效率較低,22.5~45μm的粉末沉積的涂層綜合性能好,生產(chǎn)效率較高。

1.3粉末的流動(dòng)性

流動(dòng)性(Flow ability)是粉末的一項(xiàng)基本特性,是指粉末流動(dòng)的難易程度。用一定量的粉末自由流過標(biāo)準(zhǔn)漏斗所需的時(shí)間來表征,單位為s/50g,用時(shí)越短,則表示流動(dòng)性越好,反之則流動(dòng)性越差5。流動(dòng)性太差,在混合時(shí)容易粘附或團(tuán)聚,導(dǎo)致難以混合均勻,但是流動(dòng)性太好,容易與其他粉末分離,也不易混合均勻,即使混合均勻,在出料、裝粉、輸送等過程中,均容易導(dǎo)致分層,因此,粉末的流動(dòng)性是生產(chǎn)工藝中必須考慮的一個(gè)重要性能。

粉末的流動(dòng)性能受很多因素的影響,如粉末的顆粒形狀、尺寸、粗糙度、干濕度等。一般來說,粉末球形度越高流動(dòng)性越好。粉末流動(dòng)性還與顆粒間粘附作用有關(guān),顆粒表面如果吸附氣體、水分或其他成形劑會(huì)降低影響粉末的流動(dòng)性,而粉末流動(dòng)性直接影響混合均勻性。此外,粉末流動(dòng)性對(duì)噴涂工藝的送粉過程及噴涂效率也有一定的影響,粉末的顆粒大小越均勻,流動(dòng)性越好,噴涂過程送粉通暢,粉末在噴涂火焰中受熱均勻,涂層組織越均勻，致密性越好,涂層與基體的結(jié)合強(qiáng)度越高。

1.4粉末的松裝密度

    粉末的松裝密度(Free holding density)是粉末的一種工藝性能。指粉體流經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)漏斗自由充滿規(guī)定容器后所測(cè)量得的堆積密度,用松散填裝狀態(tài)下單位體積粉末的質(zhì)量(g/cm3)來表征。測(cè)量粉末松裝密度的常見方法有3種:漏斗法;振動(dòng)漏斗法;斯柯特容量計(jì)法。對(duì)于在一定條件下能夠自由流動(dòng)的粉末,一般采用漏斗法;對(duì)于難以自由流動(dòng)的粉末,考慮采取另外兩種方法。

    粉末的松裝密度受很多因素影響,例如:粉末的粒度組成、表面粗糙度、粉末顆粒內(nèi)部的孔洞數(shù)量和大小以及粉末的球化程度等因素,因此它也會(huì)影響噴涂涂層的質(zhì)量。通常來說,這些因素和粉末的制備方法和工藝條件有關(guān)。一般情況下,粉末的松裝密度會(huì)隨顆粒尺寸和顆粒球狀系數(shù)的增大而增大,隨顆粒表面粗糙度的增大而減小。郭永明等分別采用團(tuán)聚造粒法和燒結(jié)破碎法制備用于熱噴涂的WC-12Co粉末,團(tuán)聚造粒的粉末球形度相對(duì)較好,疏松多孔,松裝密度較低,為4.5~5.1g/cm3,燒結(jié)破碎型顆粒呈多角塊狀,結(jié)構(gòu)較為致密,松裝密度為6.3~6.8g/cm3。

   熱噴涂粉末材料經(jīng)過幾十年的發(fā)展,制備方法和生產(chǎn)設(shè)備和不斷進(jìn)步,熱噴涂粉末的質(zhì)量得到提高,成本也有大幅度的下降。無論是何種熱噴涂粉末,都應(yīng)該盡量提高其球化程度、表面光滑度,使其粒度分布均勻,且具備較好的流動(dòng)性和較高的松裝密度值。隨著熱噴涂技術(shù)的快速發(fā)展和廣泛應(yīng)用,高質(zhì)量熱噴涂粉末的需求量不斷增加,這也將帶動(dòng)新型熱噴涂粉末制備技術(shù)的發(fā)展。