熱噴涂技術作為一種重要的表面工程和增材制造方法,其性能在很大程度上取決于所使用的噴涂材料。復合材料,通過將兩種或多種性質不同的材料組合,能夠獲得單一材料所不具備的優異綜合性能,因此在熱噴涂領域占據了至關重要的地位。它們廣泛應用于航空航天、能源電力、機械制造、生物醫療等多個行業,以滿足對涂層耐磨、耐蝕、抗高溫氧化、隔熱、導電或生物相容性等特定需求。
熱噴涂復合材料并非指單一的化學物質,而是一類經過特殊設計或處理的材料體系。根據其復合形式和制備工藝,主要可分為以下幾大類:
1. 混合型復合粉末
這是最常見的一類。通過物理混合兩種或多種不同性質的粉末(如金屬與陶瓷、金屬與聚合物、不同金屬之間)制備而成。噴涂時,各組分共同沉積形成復合涂層。
2. 包覆型(核殼型)復合粉末
通過化學或冶金方法,在一種材料的顆粒表面均勻包覆一層另一種材料。這種結構能改善粉末的流動性和噴涂工藝穩定性,并確保涂層成分更均勻。
3. 團聚燒結型復合粉末
將超細的原始粉末(通常納米或亞微米級)與粘結劑混合,通過噴霧干燥等工藝造粒,形成尺寸適宜噴涂的球形顆粒,然后進行燒結固化。這類粉末能實現納米結構在涂層中的保留,獲得納米結構涂層,具有優異的力學性能。
4. 燒結-破碎型復合粉末
將所需組分的混合粉末壓塊后高溫燒結,使各組分之間發生有限的擴散和結合,然后再破碎、篩分成所需粒度。其成分均勻性較好。
5. 復合絲材與棒材
主要用于電弧噴涂和火焰噴涂。
主要應用舉例:
耐磨耐蝕涂層:Co/WC、NiCr-Cr?C? 系列材料廣泛用于航空發動機壓氣機葉片、造紙機械輥軸、液壓柱塞等。
熱障涂層:氧化釔穩定氧化鋯(YSZ)是航空發動機和燃氣輪機渦輪部件的主流熱障涂層材料,常與MCrAlY(M=Ni, Co)金屬粘結層復合使用。
可磨耗封嚴涂層:鎳-石墨、鋁-硅-聚酯等復合材料涂層,用于發動機機匣內壁,能在與葉片摩擦時被適度刮削,保持最小間隙,提高效率。
生物醫用涂層:羥基磷灰石(HA)與鈦或氧化鋯復合,涂覆于人工關節表面,兼具生物活性和力學強度。
熱噴涂復合材料是一個充滿活力的材料領域,其本質是通過精巧的微觀結構設計來實現宏觀性能的突破。從傳統的金屬陶瓷耐磨材料,到先進的納米結構、梯度功能材料,復合化一直是推動熱噴涂技術向前發展的核心驅動力之一。隨著材料制備技術的進步(如納米技術、機械合金化等)和對涂層性能要求的不斷提高,更多高性能、多功能的新型熱噴涂復合材料將被開發出來,服務于更廣闊的工業與高科技領域。
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更新時間:2026-01-07 09:50:29