熱噴涂

按照熱噴涂的熱源可將其分為：等離子弧噴涂和氧乙炔焰噴涂。雖然等離子弧噴除較氧乙炔焰噴涂的設(shè)備復(fù)雜一些，但由于其工藝參數(shù)和氣氛易控制，因而得到了廣泛的應(yīng)用。

等離子弧噴涂是利用等離子弧的高溫將基體熔化后噴射到增強(qiáng)材料工件上，是冷卻并沉積下來的一種復(fù)合工藝，具體工藝是：先將纖維纏繞于包有基體金屬箔的圓筒上，纖維間保有一定的間隔，然后置于噴涂室內(nèi)接受噴涂。噴涂材料為基體粉末，噴完后取下剪開，便得到復(fù)合材料預(yù)制片，再進(jìn)行熱壓或熱等靜壓，便可制得型材或工件。

為了獲得致密的、與纖維粘接良好的基體涂層和避免基體氧化，噴涂基體原料為粉末狀，降低粉未粘度能提高粉層致密性，但粒度過小、流動(dòng)性差，供給速度得不到保證。因此，常用粉末直徑為10μm～45μm，不得小于2μm。提高噴涂溫度，涂層致密性也會(huì)加強(qiáng)，纖維粘度也會(huì)提高。不過，等離子體流離開噴槍后溫度會(huì)急劇下降，并且距離越遠(yuǎn)溫度下降越大，因而，需要增加功率，以提高等離子體產(chǎn)生區(qū)域的溫度。向產(chǎn)生等離子弧的氬中添加5%～10%的電離電壓，比氬高氦可以提高功率。等離子區(qū)內(nèi)溫度提高后，等離子體的熱膨脹上升，也有利于提高流速。

涂層狀態(tài)還與噴槍離纖維距離、粉粒供給速度、氣氛等因素有關(guān)。離得近，附著率高，但涂層表面粗糙，纖維易受等離子體焰流的熱損傷和機(jī)械損傷；離得遠(yuǎn)，則纖維損傷小，但附著率低，涂層質(zhì)量也不太均勻。粉末供給速度小，涂層均勻，但涂覆時(shí)間長。為了提高涂層致密性，減少氧化物含量，噴涂務(wù)必在真空或保護(hù)氣氛中進(jìn)行。雖然熔體溫度高，但與纖維接觸時(shí)間短，因此，它們之間不會(huì)產(chǎn)生有害的化學(xué)反應(yīng)。

等離子弧噴涂法適用于較粗的纖維單絲，例如，化學(xué)氣相沉積法制備的硼纖維和碳化硅纖維，是制造這兩種纖維增強(qiáng)AI、Ti基復(fù)合材料預(yù)制片的批量制備工藝。美國和前蘇聯(lián)在航天器上使用的，也是最早使用的金屬基復(fù)合材材料——B/Al復(fù)合材料，以及美國的碳化硅/鈦復(fù)合材料，就是用等離子弧噴涂法制得預(yù)制片，然后用熱壓或等靜壓法加工的。

為使纖維束上的每根纖維都均勻涂有基體材料的預(yù)制片，在噴涂前需將纖維鋪開成僅有幾根纖維厚的層，可用壓縮空氣將一束束纖維吹開。

等離子弧噴涂法不能直接制成復(fù)合材料工件，僅可制備預(yù)制片，且組織致密，必須進(jìn)行二次加工。用該法可以制備耐熱和耐磨復(fù)合涂層，如倒在Fe基、Ni基合金中加入SiC、Al2O3等陶瓷材料粒子，可以大大提高它們的耐熱性和耐磨性。

電鍍、化學(xué)鍍和復(fù)合鍍

電鍍歷史悠久，是利用電化學(xué)原理，在直流電場作用下將金屬從含有其離子的電解液中分解后沉積于工件（增強(qiáng)纖維）上。以要涂覆的金屬為陽極，使其源源不斷地溶解于電解液中，隨著金屬離子不斷向陰極工件上遷移，使其沉積于工件上。對(duì)電鍍的要求是，作為陰極的增強(qiáng)材料纖維必須導(dǎo)電，基體金屬必須形成穩(wěn)定的電解液。不過能用作金屬基復(fù)合材料增強(qiáng)纖維中只有C纖維導(dǎo)電，且其電阻率也不低。Al、Mg、Ti等金屬的電負(fù)性大，不能用水溶液電鍍，只能用非水電解液，只有Cu、Ni、Pb等金屬可用水溶液電鍍。因此，電鍍法還沒有在金屬復(fù)合材料制造中正式應(yīng)用，只用于碳纖維鍍Cu、Ni。

化學(xué)鍍是在水溶液中進(jìn)行的氧化還原反應(yīng)，溶液中的金屬離子被還原后沉積于工件上，形成鍍層。此過程不需要電流，因此，化學(xué)鍍又被稱為無電鍍。由于不需要電流，可處理任何材料制備的工件。

不過，金屬離子的還原和沉積只有在催化劑的作用下方可進(jìn)行。因此，工件在化學(xué)鍍前需在SnCl2溶液中進(jìn)行敏化，然后用PdCl2溶液進(jìn)行活化處理，以便在工件表面上形成Pd催化中心。Cu、Ni一旦沉積，由于它們的自催化作用，以后的還原沉積過程可自動(dòng)進(jìn)行，直至溶液中的金屬離子或還原劑消耗殆盡。鉑族金屬、CO、Cr、V等金屬也有自催化作用?；瘜W(xué)鍍Ni用次亞磷酸鈉作還原劑，以檸檬酸鈉、乙醇酸鈉等作絡(luò)合劑，化學(xué)鍍Cu用甲醛作還原劑，用酒石酸鉀鈉作絡(luò)合劑。此外，還需添加促進(jìn)劑、穩(wěn)定劑、ph調(diào)節(jié)劑等。除了以還原劑從溶液中將Cu、Ni還原沉積外，也可以用電負(fù)性較大的金屬，如Mg、Al、Zn等直接從溶液中將Cu、Ni置換出來，沉積于工件上?；瘜W(xué)鍍工藝常用來在碳纖維或石墨粉上鍍Cu。

復(fù)化鍍是通過電沉積或化學(xué)液相沉積，將一種或幾種不溶固體粒子與基體金屬一同均勻沉積于工作表面形成復(fù)合鍍層的工藝。這種鍍法在水溶液中進(jìn)行，溫度不大于90℃，因此可選用的顆粒很多，如SiC、Al2O3、TiC、ZrO2、B4C、Si3N4、BN、MoSi2、TiB2、金剛石和石墨等，還可以用受熱易分解的有機(jī)物顆粒，如聚四氟乙烯、聚氯乙烯、尼龍等。

復(fù)合鍍法還可以同時(shí)沉積兩種以上不同粉粒的復(fù)雜復(fù)合鍍層，如同時(shí)沉積耐磨的陶瓷粉粒和減摩的聚四氟乙烯粉粒，使鍍層具有優(yōu)異的減摩性能，此法主要用于制備耐磨復(fù)合鍍層和耐電弧燒蝕復(fù)合鍍層。常用的基體金屬為Ni、Cu、Ag、Au等，以常規(guī)電鍍法沉積，加入的粉粒被帶到工件表面與金屬一同沉積。由于金層中有陶瓷顆粒，從而形成了有堅(jiān)硬質(zhì)點(diǎn)的耐磨復(fù)合鍍層。將陶瓷粉粒和MoSi2、聚四氟乙烯等同時(shí)沉積于金屬鍍層中形成了有自潤滑性能的耐磨鍍層。

Ag、Au有良好的導(dǎo)電性、接觸電阻小，但硬度較低，不抗磨，抗電弧燒蝕能力也差，加入SiC、La2O、WC、MoSi2等粉?？擅黠@提高它們的耐磨性和抗電弧燒蝕能力，成為優(yōu)秀的觸頭材料。復(fù)合鍍法有諸多優(yōu)點(diǎn)：設(shè)備不復(fù)雜、工藝簡單、成本低、溫度不高，鍍層可設(shè)計(jì)選擇，組合上有較大靈活性，主要用于制備復(fù)合鍍層，難以制成整體復(fù)合材料，但速度慢、鍍層厚度不均勻也是其缺點(diǎn)。