热喷涂技术作为表面工程重要的技术手段[1-4]，可以在农机关键零件表面制备耐磨、耐腐蚀涂层，延长金属材料的使用寿命。此外，热喷涂技术在修复磨损、磨蚀零件尺寸，实现关键零件的再制造方面也发挥着重要作用。因此，在现有材料体系基础上，利用热喷涂技术延长农机工程材料的服役寿命有着重大的经济效益和社会效益。
1. 热喷涂技术概述
热喷涂技术是采用某种热源将喷涂材料加热，熔融、半熔融状态的粒子以一定的速度喷射至预处理的基体表面形成涂层的一种技术[5-9]，其原理如图1所示。热喷涂技术主要包括粉末火焰喷涂、线材火焰喷涂、氧-乙炔火焰喷焊、高速氧-燃料火焰喷涂（HVOF）、电弧线材喷涂、等离子喷涂、爆炸喷涂和冷喷涂[10-11]。
热喷涂技术具有喷涂材料广泛、基体形状与尺寸不受限制、涂层厚度易控制、工艺操作简单、成本低、效率高等优点，可制备耐磨、耐腐蚀、抗高温氧化、热障、绝缘、间隙控制、尺寸恢复、生物功能、远红外辐射涂层。
2. 用于制备表面防护涂层 - 制造技术
2.1 土壤耕作机械
犁是*早使用的耕地机械，其犁铧用于入土、切土，长时间与土壤、砂石摩擦，因严重的磨粒磨损而失效。国外多采用中碳硅锰钢、高碳钢、复合钢或硬质合金犁铧，国内普遍采用65Mn、65SiMnRe钢犁铧，也使用少量球墨铸铁犁铧。为了提高犁铧表面的硬度和耐磨性，国内外生产厂家采取了不少抗磨损措施[12]。比如，我国使用等离子堆焊强化犁铧表面，可使犁铧寿命提高2倍以上；丛锦玲等人[13] 采用氧-乙炔镍基合金粉末喷焊处理犁铧刃表面，熔覆后的犁铧刃的生产率可提高2～3倍。
圆盘耙是一种整地机械，主要用于犁耕后的碎土和平地，其耙片长时间与硬质土壤颗粒摩擦发生严重的磨粒磨损。贾小艳等人[14] 采用氧乙炔火焰喷焊工艺在G314铁基合金耙片表面制备耐磨涂层（25%WC+0.5%Re-Si-Fe自熔合金喷焊涂层）。研究表明，耙片寿命比原来提高了3～5倍。
此外，黄瑞峰等人[15] 使用Al2O3+Ni基自熔合金作为喷焊材料，在耙片表面制备耐磨涂层，耙片寿命也得到了提高。根茬粉碎还田机将作物根茬切碎还于田间，充分利用有机肥源，促进作物生长[16]。它所使用的刀具长时间与土壤、砂石、作物根茬摩擦，发生严重的磨损。目前，国内大多数使用6～7 mm厚的65Mn钢板制造刀具，成本较高。马跃进等人[17] 使用45号钢制造根茬还田机刀具，然后采用氧-乙炔火焰喷焊NiWC合金在其表面制备耐磨涂层，在保证刀具使用寿命的前提下，降低了其生产成本。
2.2 节水灌溉机械
我国排灌泵站中，由于叶片出现气蚀、磨损现象，导致水泵性能下降，能耗增加。储训[18] 等人采用氧-乙炔火焰喷焊高硬度的镍、铬、钨、钴金属合金粉末材料，在水泵叶片表面制备防护涂层。喷焊处理后，叶片的抗气蚀寿命普遍提高了10～15倍，效率提高了2%～3%。此外，江苏省凌城泵站的10台40ZLB-50轴流泵经喷焊后，叶片角度从-6(°)调至2(°)，实现大角度运行，流量增加了20%，泵安全运行28000 h后，叶片表面仍比较光滑，未出现气蚀破坏痕迹[19]。
2.3 植物保护机械
植物保护机械长时间与农药接触，遭受强烈的腐蚀失效。华同森[20] 使用恒电流矩形波极化电阻法研究了金属粉末热喷涂涂层和普通钢的耐农药腐蚀性能。研究结果表明，镍基（SNi112、WNi211）金属粉末热喷涂涂层比普通钢的耐农药（杀虫脒、敌百虫）腐蚀性能提高了几倍到几十倍。
2.4 收获机械
现代收获机械常使用自走式联合收获机（如图2所示[21]），操作方便、效率高。收获机割台上的刀片用来切割植物茎秆，长时间遭受磨粒磨损，特别是作业时与地面间隙较小的刀片（如割草机刀片），砂石等微小粒子与所收割的作物混在一起，导致刀片甚至整个收割系统磨损、变形。另外，切碎滚筒（如图3所示）作为自走式联合收获机的切碎部件，其上固定的刀片用于切碎茎秆，常发生严重的磨粒磨损。国外刀主要片采用65Mn2Si弹簧钢、T9、T10工具钢，然后在表面制备耐磨涂层，取得了良好的使用效果。目前国内市场上使用的刀片材料主要为65Mn、T8、T9、T10工具钢，经淬火加回火或表面高频淬火处理后使用[22]。20世纪末，我国也曾采用表面堆焊或喷涂金属陶瓷粉末强化刀片表面，但由于基体材料韧性不足，造成使用效果不佳。
2.5 农产品加工机械
环形饲料模（如图4所示）是颗粒饲料压制机的关键零件，使用工况要求环模孔应具有较高精度，当磨损量大于0.2～0.3 mm时必须报废。江苏牧羊集团采用真空淬火工艺进行表面强化处理，而国外在环模表面喷涂WC涂层，寿命是国内同型号产品的2倍。
锤片是粉碎机的主要粉碎部件(如图5所示)，越靠近尖端的线速度越大，与物料的作用频数也越大，因此锤片尖端严重磨损，导致粉碎效率下降[23-24]。为了提高锤片尖端的耐磨性，王长生等人[25]在65Mn钢锤片表面喷焊NiWC合金耐磨层，研究表明，表面处理后锤片寿命的可提高6倍以上。
螺旋榨油机的榨螺（如图6所示）常因严重磨损导致失效[26-28]，目前国内使用的榨螺主要采用20或20Cr钢，然后使用表面渗碳淬火处理，但寿命与国外采用先进表面工程技术处理的榨螺差距较大。张麟等人[29] 采用爆炸喷涂工艺，在低温榨油机榨螺表面制备WC-12%Co耐磨涂层。研究表明，WC-12%Co耐磨涂层寿命是传统渗碳淬火层的4.2倍。
挤出机的送料螺杆主要使用38CrMoAl材料制造，加工后经氮化处理提高表面硬度和耐磨性。但是在生产中，氮化层容易磨损，造成送料螺杆寿命较低。吕勇等人[30] 通过优化氧-乙炔火焰喷焊工艺，选择合适的自熔合金材料，在螺旋送料杆表面制备性能较好的喷焊层，取得了良好的应用效果。
2.6 农业动力机械
为了提高发动机活塞环（如图7所示）的耐磨性，我国广泛采用镀铬工艺。但镀铬层在高速发动机上的抗粘着磨损性能不足，且制备工艺产生的三废污染环境。倪向东等人[31] 采用等离子喷涂工艺在活塞环表面制备钼合金涂层，装机试验表明，表面处理后活塞环的抗粘着磨损取得了较好的效果，部分机型采用喷钼活塞环后，活塞环寿命提高了2～3倍。
柴油机气门（如图8所示）在常温和高温时均需具有足够的强度、硬度、耐腐蚀和耐磨性能。王新彦等人[32] 使用氧-乙炔火焰喷焊在4Cr10Si2Mo气门锥面上制备F102（Ni-16Cr-4B-4Si）喷焊层，延长了气门的使用寿命。此外，罗天友等人[33] 在气门锥面采用等离子喷焊钴基合金层后，其耐高温性能也得到了提高。
3. 用于制备表面尺寸恢复涂层 - 再制造技术
农用发动机在田间恶劣环境下使用，载荷较大且振动严重，曲轴（如图9所示）易发生磨损。由于曲轴更换的成本较高，多对磨损曲轴进行修复。张玉贤等人[34] 使用氧乙炔火焰喷涂工艺对磨损曲轴进行修复，使用表明，利用热喷涂技术对曲轴修复工艺可行。近年来，随着电弧喷涂技术的发展，王洪涛[35] 利用高速电弧喷涂修复发动机曲轴和缸体（打底层材料镍铝复合丝，工作层材料为Fe-Cr-Al丝材），维修后发动机运转正常。
农用液压齿轮泵轴、轴套、泵壳和齿轮常发生磨损，间隙变大，发生泄露，供油量减少。由于受农时的限制，损坏后急需在短时间内修复，而且还必须考虑维修后齿轮泵的二次使用寿命、维修成本、维修工作的现场可操作性等情况。郝建军等人[36] 使用电弧喷涂3Cr13修复YCB-30/0.6型齿轮泵轴。实践表明，该工艺可行。
吉林石化公司动力厂进口的德国德斯兰KB-75双螺杆压缩机，由于转子轴承受损发生震动，使轴线发生偏移，进而使主动转子和从动转子啮合发生变化，造成壳体磨损，产气量发生变化。王春雨等人[37] 在磨损壳体表面采用等离子喷涂METCO404镍包铝和氧化铝混合粉末。修复后，一次试机成功，36个月后仍正常工作。
4 结论与建议
经过多年的发展，热喷涂技术在国外农机行业的应用日趋成熟，它们在延长金属材料服役寿命方面的作用及其巨大的经济效益已经得到广泛认可。然而，在我国农机行业的应用还存在很多问题，与国外的差距较大，主要包括：（1）采用热喷涂防护涂层的农机零件种类较少。受我国农业机械化发展水平的制约，农机关键零件多采用简单、经济的表面处理工艺，热喷涂耐磨、耐腐蚀涂层没有被广泛采用；（2）涂层设计水平低。在农业机械设计、制造中，材料学科技术人员参与的工作较少，没有系统的研究农机使用工况，没有系统的涂层设计和表征，涂层的应用停留在“试试看”的阶段。在未来，随着我国农业机械化水平的不断提升，先进的热喷涂技术在延长农机工程材料服役寿命方面必定有更加广阔的应用前景。为此，需要材料学科技术人员深入调研农机使用工况，科学的设计涂层结构，建立有效的涂层表征试验平台，为涂层的工业化应用提供技术可能；同时，需要政府为企业提供必要的扶持，使热喷涂技术更好的服务于农机工业，成为我国农机行业跨越式发展的弹射器。
参考文献略
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摘 要:随着电子及信息产业突飞猛进的发展,世界溅射靶材的需求量越来越大。文章介绍了溅射靶材的种类、应用及制备情况。并对靶材的发展趋势作了探讨。 溅射是制备薄膜材料的主要技术之一,它利用离子源产生的离子,在真空中经过加速聚集,而形成高速度能的离子束流,轰击固体表面,离子和固体表面原子发生动能交换,使固体表面的原子离开固体并沉积在基底表面,被轰击的固体是用溅射法沉积薄膜的原材料,称为溅射靶材。 |