對于普通材料來說，其性能多少會因長期暴露在某些特定環(huán)境中，受周圍介質(zhì)的化學(xué)或電化學(xué)作用的影響而發(fā)生改變，比如說長期暴露在戶外大氣的鋼鐵結(jié)構(gòu)件就容易被腐蝕。因此為了保護(hù)材料表面，往往需要利用熱噴涂技術(shù)制造一個特殊的工作表面，使其達(dá)到：防腐、耐磨、減摩、抗高溫、抗氧化、隔熱、絕緣、導(dǎo)電、防微波輻射等一系多種功能。

   熱噴涂技術(shù)的具體過程，是指利用某種熱源將粉狀、絲狀或棒狀的金屬或非金屬涂層材料加熱到熔融或半熔融狀態(tài)，然后借助焰流本身的動力或外加的高速氣流將其霧化，并以一定的速度噴射沉積到經(jīng)過預(yù)處理的基體材料表面，與基體材料相結(jié)合。較之以其它表面工程技術(shù)，熱噴涂技術(shù)的突出特點(diǎn)在于：

①熱源的溫度范圍很寬，所以可供噴涂用的涂層材料幾乎包括所有固態(tài)工程材料，如金屬、合金、陶瓷、金屬陶瓷、塑料以及由他們組成的復(fù)合物；

②噴涂過程中基體受熱的程度較小且可以控制，因此可以在各種材料上進(jìn)行噴涂，對基體的組織和性能幾乎沒有影響；

③設(shè)備簡單，操作靈活，既可對大型構(gòu)件進(jìn)行大面積噴涂，也可在指定的局部進(jìn)行噴涂；既可在工廠室內(nèi)進(jìn)行噴涂也可在室外現(xiàn)場進(jìn)行施工。

氧化鋁概述

    氧化鋁在自然界中資源豐富，價(jià)格低廉，并兼具有多方面的優(yōu)良性能，其熔點(diǎn)為2050℃，呈白色，有多種同質(zhì)異晶體。常見的有γ-Al₂O₃，δ-Al₂O₃、θ-Al₂O₃和α-Al₂O₃。γ-Al₂O₃是低溫形態(tài)的氧化鋁結(jié)晶．為立方結(jié)構(gòu)晶型，其密度為3.47g/cm³。在1200℃以上就開始轉(zhuǎn)化為高溫型α-Al₂O₃，轉(zhuǎn)變是單向的．體積收縮13%。α-Al₂O₃是各種變體中最穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)，它的穩(wěn)定溫度可達(dá)熔化溫度，其密度為3.95g/cm³，其晶型為六方結(jié)構(gòu)。

   氧化鋁在一定的高溫條件下具有優(yōu)良的力學(xué)性能和化學(xué)性能。在充分燒結(jié)后對無機(jī)酸和鹽類具有不溶性；有較強(qiáng)的抗氟化氫和良好的抗氫氧化鈉，碳酸鈉，熔融玻璃等腐蝕性能。在1700~1800℃高溫時(shí)具有較強(qiáng)的抗除氟以外氣體的腐蝕作用；可在1900℃以下的氧化性氣氛或強(qiáng)還原性氣氛中使用，在1950℃可短時(shí)間使用。

氧化鋁粉體在熱噴涂領(lǐng)域的應(yīng)用

   用納米尺寸粉末作原料不能直接用于噴涂。為了解決這個問題，需要將納米顆粒進(jìn)行再處理，使之形成具有納米結(jié)構(gòu)特征的球狀微米尺寸粒子，改善粒子的流動性。當(dāng)?shù)入x子噴涂時(shí)，熔化顆粒經(jīng)歷撞擊基材、展丌、平鋪、凝固成準(zhǔn)圓小薄片。熔融顆粒的液滴在基材上撞擊成盤狀，具體形狀由表面張力、密度、粘度和液滴的速度決定。這個過程的時(shí)間很短，就形成了有小薄片疊加而成層狀結(jié)構(gòu)的涂層。由于從碰撞到凝固的時(shí)間很短，熔化顆粒無法達(dá)到前一個已鋪開的小薄片邊角處，從而涂層中必出現(xiàn)孔隙。

處理后的團(tuán)聚體粉末

  制備單一的氧化  鋁涂層噴涂層，得到的涂層組織較疏松，結(jié)合力差，涂層在磨損時(shí)表現(xiàn)為脆性剝落。 原始粉未顆粒的大小對噴涂后涂層的組織結(jié)構(gòu)有著不同的影響，研究表明原始粉料尺寸越細(xì)小，涂層的最終性能越優(yōu)越。對涂層進(jìn)行x衍射分析，涂層都是由α-Al₂O₃和γ-Al₂O₃兩相組成，微觀結(jié)構(gòu)的不同在于原始粉末尺寸不同和噴涂過程中粒子的熔融程度不同。粒子在撞擊基材前的充分熔融和較高的顆粒速度，能使粒子撞擊時(shí)有很好的變形，并導(dǎo)致層間的良好結(jié)合和低的氣孔率。不同粒徑的粉末制得的涂層可在一定程度上說明，涂層中γ-Al₂O₃相越多，則噴涂過程中粉末的熔化就越充分，所得到的涂層結(jié)構(gòu)越致密。

但在Al₂O₃粉木中添加一定量的TiO₂粉末后，制備Al₂O₃/TiO₂復(fù)合涂層，可改善涂層的綜合性能。Ti02的熔點(diǎn)為1840℃，Al₂O₃的熔點(diǎn)為2050℃，在噴涂時(shí)TiO₂的熔化狀態(tài)較好，粘結(jié)力強(qiáng)，在凝固時(shí)可粘結(jié)在Al₂O₃涂層粒子之間的孔隙中，而且與Al₂O₃存在成分?jǐn)U散，產(chǎn)生固溶，從而顯著提高了涂層的致密程度和粘結(jié)強(qiáng)度，有利于耐蝕性及耐磨性的提高。當(dāng)TiO₂的含量在13%~20%時(shí)涂層的耐磨性為最好。隨著TiO₂含量的增加，涂層的致密性逐漸提高，硬度逐漸下降，這是因?yàn)門iO₂的硬度比Al₂O₃要低。涂層的磨損失效由脆性剝落向類似于金屬材料的粘著磨損、疲勞磨損和磨粒磨損轉(zhuǎn)化。

涂層的表面形貌圖

應(yīng)用實(shí)例：

李春福，王戎等對AT13粉摻雜納米級顆粒Al₂O₃+13wt%TiO₂的復(fù)合粉在等離子噴涂中的應(yīng)用進(jìn)行了研究，試驗(yàn)證明：噴涂過程中，摻雜納米顆粒的AT13粉末平鋪性能好，涂層組織均勻性提高；納米顆粒的加入致使涂層殘余應(yīng)力降低；摻雜納米顆粒的涂層組織結(jié)構(gòu)明顯優(yōu)于常規(guī)涂層，在相近硬度條件下，摩擦系數(shù)降低，耐磨性能提高了30%以上，耐腐蝕性提高近一倍。

邸英浩，閻殿然等人使用聚乙烯醇作為粘結(jié)劑，采用液相噴霧造粒合成法將粒徑均在60~150nm的Al₂O₃和TiO₂顆粒造粒成-150~+300目的微米級噴涂顆粒，經(jīng)等離子噴涂后，對涂層進(jìn)行檢測與分析獲知：涂層中夾雜有一定量未熔或半熔的納米顆粒；納米13AT涂層的顯微硬度比傳統(tǒng)ATl3涂層的硬度有了一定的提高，并且在相同條件下，納米13AT涂層的耐磨性也明顯好于傳統(tǒng)ATl3涂層。