先进热喷涂技术：从材料、工艺到涂层

本书系统地介绍了先进的热喷涂技术，主要内容包括热喷涂概述、等离子喷涂、爆炸喷涂、火焰超音速喷涂、冷喷涂技术、热喷涂纳米陶瓷氧化物团聚粉末和悬浮液料、热喷涂常用的粉末材料、热喷涂应用：热障涂层和热喷涂应用：高温炉内辊涂层。本书涵盖了从材料粉末特征、热喷涂设备和燃气特性、喷涂工艺参数的设定，到涂层制备的详细过程。书中列举了大量的热喷涂实例，实用性强。本书可帮助读者学习热喷涂的技术、原理和应用，掌握目前热喷涂设备和材料的特性，从而利用这些热喷涂设备和材料制备出所需要的理想涂层，解决实际工程技术问题。 本书可供表面工程技术人员，尤其是热喷涂工程技术人员阅读使用，也可供相关专业的在校师生参考。

高阳，大连海事大学材料专业教授。1990年4月于日本川崎制铁钢铁研究所技术本部工作，主要从事超低碳钢的连续铸造、超低碳素钢的高温强度等研究。1993年转职到美国PRAXAIR公司在日本分公司的表面技术部，开始从事热喷涂研究，期间获得美国、日本等专利5件。1998年作为引进人才来大连海事大学工作，任211工程学科建设的负责人，组建了热喷涂研究中心，研制了低功率内送粉等离子喷涂系统、双阳极等离子发生器（获得国家专利），开发了低压等离子喷涂设备和爆炸喷涂。

前言 第1章热喷涂概述1 1.1热喷涂技术发展概况1 1.1.1火焰喷涂1 1.1.2电弧喷涂2 1.1.3等离子喷涂4 1.1.4爆炸喷涂和火焰超音速喷涂5 1.2热喷涂涂层的形成6 1.3喷涂前零件表面的预处理8 1.4热喷涂材料10 1.5热喷涂方法的选择11 1.6热喷涂工艺参数13 1.7热喷涂过程的监测14 1.8涂层的评价方法14 参考文献16 第2章等离子喷涂18 2.1引言18 2.2直流电弧等离子喷涂设备18 2.2.1大气等离子喷涂设备18 2.2.2电弧等离子的产生21 2.2.3三种电弧结构的高温等离子23 2.3等离子工作气体24 2.4空气等离子喷涂34 2.5影响电弧电压的因素36 2.6阴极的腐蚀40 2.7等离子喷枪设计中的问题41 2.8其他类型结构的等离子喷枪43 2.8.1双阳极直流等离子喷枪44 2.8.2稳定电弧等离子喷枪45 2.8.3三阴极等离子喷枪46 2.8.4三阳极等离子喷枪47 2.8.5水稳定电弧等离子喷枪48 2.8.6射频感应耦合等离子发生器48 2.9大气等离子喷涂参数与喷涂组织50 2.9.1大气等离子喷涂氧化铝50 2.9.2大气等离子喷涂纳米团聚8YSZ粉末52 2.10低压等离子喷涂55 2.10.1大气和低压等离子射流55 2.10.2低压等离子喷涂涂层组织57 2.10.3低压等离子喷涂Ti-6Al-4V合金59 2.10.4低压等离子喷涂纳米8YSZ62 2.10.5等离子喷涂物理气相沉积（PS-PVD）涂层63 参考文献68 第3章爆炸喷涂72 3.1引言72 3.2气体爆炸喷涂73 3.3爆炸气体性质76 3.4爆炸喷涂特征78 3.5爆炸喷涂工艺参数与涂层设计79 3.5.1爆炸喷涂Ni+Al2O3混合物80 3.5.2爆炸喷涂WC-10Co4Cr81 3.5.3爆炸喷涂MoB84 3.5.4爆炸喷涂铸造破碎WC-CoCr粉末88 3.5.5爆炸喷涂氧化铝90 3.5.6爆炸喷涂与等离子喷涂NiAl/Al2O3涂层的比较91 3.5.7爆炸喷涂WC-10Co4Cr涂层的结合强度93 3.6爆炸喷涂NiCr+Cr3C296 3.6.1爆炸喷涂25%(80Ni-20Cr)+75%Cr3C2粉末96 3.6.2爆炸喷涂20%(80Ni-20Cr)+80% Cr3C2粉末100 3.6.3爆炸喷涂核泵密封环102 3.7适合爆炸喷涂的材料和应用103 参考文献103 第4章火焰超音速喷涂105 4.1引言105 4.2超音速喷涂燃料的特性106 4.3典型的超音速喷枪111 4.3.1Jet KoteⅡ喷枪111 4.3.2DJ系列喷枪114 4.3.3JP5000，Woka Star喷枪115 4.3.4JP5000与DJ喷枪的比较120 4.4HVAF喷涂125 4.5其他改进型的超音速喷涂130 4.5.1提高燃流温度型θ-Gun130 4.5.2降低燃流温度（Warm Spray）型超音速喷涂133 4.5.3天然气燃料的HVO/AF喷枪137 4.6超音速喷枪的选择与喷涂工艺参数138 4.7超音速喷涂其他材料145 4.7.1碳化物TiC耐磨涂层145 4.7.2氧化钛耐磨涂层146 4.7.3耐腐蚀金属钛涂层147 4.7.4耐高温MoSi2涂层148 4.7.5铁基非晶涂层149 4.8利用超音速喷涂方法制备高硬度、高韧性的WC-Co涂层150 参考文献152 第5章冷喷涂技术157 5.1引言157 5.2冷喷涂设备157 5.2.1设备构成157 5.2.2拉瓦尔喷嘴的设计158 5.3涂层形成的临界速度和温度160 5.4气体种类对粉体颗粒的速度和温度的影响166 5.5适合冷喷涂的材料167 5.6冷喷涂的沉积效率167 5.7动能喷涂170 5.8冷喷涂涂层组织171 5.8.1冷喷涂金属铜171 5.8.2冷喷涂金属铝173 5.8.3冷喷涂不锈钢316L174 5.8.4冷喷涂金属钛与钛合金175 5.8.5冷喷涂纳米WC-Co180 5.8.6冷喷涂金属间化合物182 5.8.7冷喷涂陶瓷涂层184 5.9冷喷涂与热喷涂涂层的对比186 5.10冷喷涂参数对涂层的影响189 参考文献189 第6章热喷涂纳米陶瓷氧化物团聚粉末和悬浮液料193 6.1纳米陶瓷氧化物团聚粉末的热喷涂193 6.1.1纳米陶瓷氧化物团聚粉末的制备194 6.1.2大气等离子喷涂YSZ纳米团聚粉末194 6.1.3大气等离子喷涂Al2O3-13TiO2纳米团聚粉末199 6.1.4大气等离子喷涂Al2O3纳米团聚粉末201 6.1.5超音速喷涂TiO2纳米团聚粉末204 6.1.6低压等离子喷涂YSZ纳米团聚粉末204 6.1.7小结207 6.2悬浮液料和溶液的热喷涂208 6.2.1悬浮液喷涂设备和送料208 6.2.2液流与射流的相互作用210 6.2.3热喷涂氧化铝、氧化钛、氧化铬悬浮液212 6.2.4热喷涂8YSZ悬浮液219 参考文献229 第7章热喷涂常用的粉末材料233 7.1引言233 7.2粉末制备方法234 7.2.1气体雾化制粉234 7.2.2水雾化制粉235 7.2.3熔化-破碎制粉235 7.2.4烧结-破碎制粉236 7.2.5团聚-烧结制粉236 7.2.6球磨机械合金化制粉238 7.2.7再熔化粉末的球形化238 7.2.8包覆粉末239 7.3热喷涂粉末的评价指标240 7.3.1粉末的流动性240 7.3.2粉末粒度和分布241 7.3.3粉末的松装密度242 7.4热喷涂材料的性能与分类242 7.4.1减磨材料242 7.4.2低摩擦系数金属244 7.4.3氧化物耐磨材料245 7.4.4自溶合金耐磨材料246 7.4.5碳化物耐磨材料247 7.4.6金属碳化钨粉末材料248 7.4.7粉末的性能250 7.4.8镍铬-碳化铬255 7.4.9SiC-YAG259 7.4.10自黏结材料259 7.5耐高温氧化材料261 7.5.1MCrAlY合金261 7.5.2耐高温氧化试验262 7.6特殊功能涂层材料263 7.6.1YSZ粉末263 7.6.2氧化物涂层的电学性能263 7.6.3红外辐射材料266 7.6.4高介电常数材料267 7.6.5微波吸收涂层材料BaCoTiFe10O19267 参考文献268 第8章热喷涂应用：热障涂层271 8.1热障涂层结构概述271 8.2高温下热障涂层的组织变化273 8.2.1大气等离子喷涂熔化-烧结YSZ粉末273 8.2.2VPS、HVOF和冷喷涂黏结涂层组织277 8.3大气等离子喷涂纳米团聚氧化物粉末278 8.4大气等离子喷涂纳米悬浮液氧化物涂层278 8.5超低压等离子沉积YSZ涂层280 8.6EB-PVD沉积YSZ涂层组织281 8.7小结282 参考文献283 第9章热喷涂应用：高温炉内辊涂层285 9.1热喷涂连续退火炉炉底辊涂层材料的开发285 9.2炉底辊表面结瘤286 9.3钴基高温合金涂层的早期失效287 9.4代替LCO-17高温炉底辊涂层的开发289 9.5爆炸喷涂20%NiCr-80%Cr3C2炉底辊涂层290 9.6完全氧化物涂层294 参考文献298