什麼是塗層

柔性“金屬布”塗層技術是二十世紀八十年代國外發展起來的新型表面塗層技術。它由粉末冶金制粉、增塑劑和粘結劑粉末增塑軋製或刮板形成、粉末冶金燒結、異質材料連線等多種技術綜合而成。主要工藝為：先將所需成型的粉末（包括金屬陶瓷：WC、TiC、TiC、TiCN等硬質相；粘結金屬粉末：Fe、Cu、Co、Ni、Ti等）與有機和無機成型劑、粘結劑、增塑劑混合後根據需要製成具有一定厚度和良好柔韌性的“金屬布”，然後將“金屬布”剪下成所需形狀並貼上到金屬工件表面，採用適當的加熱處理，在金屬工件表面獲得具有耐磨、耐蝕、耐熱或具有其它特殊效能的燒結塗層。

目前，國內“金屬布”塗層相關研究中應用的主要加熱方式有：鐳射熔覆、真空熔燒、感應熔覆、釺焊和熱壓燒結等。

1、鐳射熔覆

鐳射熔覆是一種重要的材料表面改性技術，它是指在基體表面以不同的添料方式放置被選擇的塗覆材料，並利用高能量密度鐳射束使塗覆層與基材表面一起快速熔化的方法，而後快速凝固從而形成稀釋度極低並且與基體形成良好冶金結合的表面塗層。按添料方式不同可分為預置式鐳射熔覆（如圖1所示）和同步式鐳射熔覆（如圖2所示）。鐳射熔覆既滿足了材料表面對特定效能的需要，又節約了大量貴重金屬。它具有稀釋度小、精確度高、熔覆層與基體結合好、組織緻密孔洞少、適合熔覆材料多樣、粒度與含量變化大等優點。鐳射熔覆技術也十幾年的發展已經顯示出了良好的應用前景，但是在工業生產推廣中也存在著裝置一次性投資高、執行成本高、厚度較大塗覆層製備較難的制約因素。另外，由於鐳射熔覆溫度過高，能夠使增強顆粒發生分解，從而降低材料的耐磨性。

圖1 預置式鐳射熔覆法的原理圖

圖2 同步式鐳射熔覆法的原理圖

2、真空熔燒

真空熔燒塗層技術是一種現代化表面冶金新技術，它是在一定真空條件下，將一定的熱能作用於基體金屬的塗覆層表面上，使塗覆層材料粉末熔融，並浸潤基體表面，開始塗層與基體能夠產生擴散互熔或者介面反應，於塗層與基體之間的介面形成互溶區，近而使熔覆層與基體能牢固地結合，並與基體形成牢固冶金結合層，從而形成耐磨損、耐腐蝕或者耐高溫的燒結塗層技術。

我國的真空熔燒技術的研究起源於上世紀50年代鋼鐵研究總院，，其曾在穿管機機頭和柴油機排氣閥等零件上採用此技術，獲得很好的效果。真空熔燒技術具有成本低、操作方便、工藝效能好等特點，目前我國對於真空熔燒技術的研究大多幾種在製備例如內燃機排氣閥、汽輪發動機葉片、線材軋輥、軋輥機導位板等耐磨、耐腐蝕、耐高溫零件上，而且均取得了很好的效果。真空熔燒塗層具有以下優點：沒有微裂紋和微氣孔，是一種連續密閉的塗層，其防鏽耐蝕性優於電鍍層和熱噴塗層，塗層的厚度範圍很寬，真空熔燒塗層成分可調，塗層硬度可在一定範圍內變化，且硬度分佈均勻。但其也存在其自身無法客服的缺點。真空熔燒需要在較高的溫度下及一定的時間內進行，能耗較大，抗塵埃顆粒粘附性較差。

3、感應熔覆

感應熔覆技術是透過感應線圈用電產生的渦流效應來加熱基體及塗覆層，使得塗層熔化與基體粘連，達到是金屬表面與塗層結合的一種熔覆技術，主要是利用高頻感應加熱裝置進行感應熔覆處理。感應熔覆具有結合力高、週期短、成本低、操作方便等特點。

感應加熱技術的工作原理是將工件置於感應圈產生的交感磁場中，利用電磁感應原理，使其內部產生感應電流，依靠這些渦流的能量達到加熱目的。與傳統的加熱方式相比，感應熔覆工藝具有加熱溫度高、效率高、加熱速度快、能耗小及塗層與基體的結合力強的優點。圖3是感應加熱原理及效果圖。

感應熔覆技術中塗層預製備主要有兩種方法：預製粉末法和預製粉末塊法。預置粉末法又分為熱塗法和冷塗法，即分別透過熱噴塗和在粉末中新增粘結劑將粉末塗覆在試樣表面，然後進行感應熔覆。預置粉塊法是先利用液壓裝置將配置好的合金粉末壓制成密實的粉塊，置於預先處理好的基體材料表面上，利用高頻感應熱源，在短時間內將該粉塊加熱熔覆在基體上，其原理圖如圖4所示。

圖3 感應加熱原理及效果圖

圖4 高頻感應熔覆粉末塊示意圖

4、釺焊

所謂釺焊耐磨塗層是利用釺料和一定粒度的硬質顆粒增強相藉助釺焊方法在零部件表面製備出具有高耐磨性的塗層，其具有如下特點：釺焊加熱溫度低，對耐磨硬質相幾乎不燒損；釺焊對被強化基體效能影響小，塗層變形小；表面成形較好，不易裂，機械加工量小，生產週期短，工藝成本低；釺焊層形狀和厚度易於控制；釺焊塗層中耐磨硬質相呈相對均勻的細小顆粒分佈，且顆粒間充滿較高強度和韌性的釺料，使燒結塗層具有良好的力學效能和耐磨效能。因此利用釺焊塗層技術容易實現在各種金屬基體表面製備複合耐磨塗層，不必預先製備複合材料，效率高、對熱源要求較低、工藝過程較簡單。釺焊塗層具有上述優點，近幾年得到了廣泛關注，但主要針對鎳基釺料（或合金）釺焊塗層。

5、熱壓燒結

熱壓燒結因為加熱加壓同時進行，材料處於熱塑性狀態，有利於物質顆粒的接觸擴散以及流動傳質過程的進行，因而成型壓力僅為冷壓成型的1/10，同時還能使燒結溫度降低，燒結時間縮短，從而抑制晶粒的長大，得到晶粒更為細小、緻密度更加高和機械、電學效能更加優良的產品。熱壓燒結過程中無需新增燒結助劑或成型助劑，即可生產得到超高純度的產品。熱壓燒結也有缺點，主要是燒結過程及裝置複雜，生產控制的各項指標要求嚴格，對模具材料的要求也高，同時消耗能源多，且生產效率較低，造成很高的生產成本。