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。

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

本书是基于我在大连海事大学工作期间为材料专业本科生开设的选修课“材料表面技术”和“热喷涂技术”所用讲义及在一些企业讲学报告整理而成的。本书的主要内容来自于我30多年来从事的热喷涂研究工作，包括指导研究生，完成各类国家和企业课题等。另外，本书参考了近30年来国内外发表的相关领域论文和国际热喷涂会议报告。
热喷涂技术包括火焰喷涂、电弧喷涂、等离子喷涂、爆炸喷涂、火焰超音速喷涂和冷喷涂技术。火焰喷涂和电弧喷涂是一种古老的喷涂方法，至今仍在使用。由于这两种方法的设备和喷涂工艺比较简单，加上已有很多的热喷涂书籍介绍过这两种喷涂技术，因此本书只在第1章进行了简单的介绍，未在后面章节进行进一步的展开。等离子喷涂、爆炸喷涂、火焰超音速喷涂设备的多样化和喷涂工艺的复杂性对涂层的影响较大，故本书尽可能地给予了详细介绍。本书系统地介绍了先进热喷涂技术原理、涂层制备工艺及其应用，比较详细地讲述了各种等离子喷枪、火焰超音速喷枪结构和性能差异,以及上述各种喷涂方法下射流的温度和速度等特性，并介绍了如何建立最佳的喷涂工艺和涂层制备。本书对涉及热喷涂射流特性和粉末颗粒的传热与加速，如等离子射流的模拟和计算，超音速射流与粉体颗粒的力学作用等没有深入地进行介绍。
书中很多内容来源于我多年来的研究工作和引用的其他研究报告，包括已经公开发表的期刊和国际会议论文，这些内容主要在第2章等离子喷涂和第3章爆炸喷涂章节中。另外还有一些尚未发表的研究工作，例如，第9章的高温炉内辊涂层。本书第4章火焰超音速喷涂，介绍了不同燃料气体的燃烧温度和氧气/燃料比的关系、各种超音速喷枪的结构，试图通过分析目前市场上出售的超音速设备的特点和粉体材料，制备出应用所需的理想涂层。第5章的冷喷涂介绍了冷喷涂原理，形成涂层的临界速度，冷喷涂气体性质和部分冷喷涂涂层。第6章介绍了热喷涂纳米团聚粉末和悬浮液料的涂层组织特点，特别是喷涂团聚粉末形成的二元结构组织和悬浮液料形成的羽毛状柱状晶结构涂层。第7章介绍了常用的热喷涂粉末的制备、粉末特征及喷涂设备与制备涂层的关系。第8章介绍了热喷涂热障涂层的组织形成，特别是喷涂方法和材料对热障涂层组织的影响，介绍了PS-PVD和等离子喷涂纳米悬浮液制备羽毛状柱状晶的组织特点和形成规律。第9章介绍了热喷涂的另一个应用，即热喷涂高温炉辊涂层的制备和使用中发生的涂层失效问题。
本书可以帮助从事热喷涂工作的技术人员加深理解目前热喷涂设备的特征，了解如何应用这些喷涂设备和材料制备出所需要的涂层。
本书也可作为材料专业的本科生或硕士研究生的选修课参考书，帮助学生了解热喷涂技术、原理和应用。在20多年的教学工作中，我指导了7名博士研究生和36名硕士研究生，本书的内容包含了他们辛勤工作的结果，在此表示衷心的感谢。大连海事大学为我提供了良好的工作环境，使我有一个很好的热喷涂实验室，本书中的成果离不开这些环境的支持。在我退休之际，把过去的工作总结一下，也算是对自己过去的一个总结和交代，但愿本书能够对有兴趣的读者带来一定的帮助。
由于作者水平有限，书中不足和错误之处在所难免，欢迎广大读者批评指正。

作者