堆焊及热喷涂领域关键技术进展及应用的学习体会

文献概况与综述定位

黄智泉等七位作者联合撰写的这篇综述性文章发表于2026年《中国表面工程》第39卷第1期，篇幅长达23页（275至297页），作者来自中国机械总院集团郑州机械研究所、西安交通大学、北京工业大学、中国机械工程学会和浙江巴顿焊接技术研究院等多个权威机构。该文以堆焊技术向表面工程融合并拓展的历程回顾为切入口，系统阐述了堆焊及热喷涂领域近十年来的关键技术现状和发展趋势，具有极高的学术价值和工程指导意义。作为一篇综述性文献，其覆盖范围之广、技术深度之大，在近年国内表面工程领域文献中较为少见，值得同行技术人员认真研读。

堆焊技术进展

电弧堆焊技术

电弧堆焊是目前工业应用最广泛的堆焊方法，包括手工电弧焊堆焊（SMAW）、埋弧堆焊（SAW）、药芯电弧堆焊（FCAW）和气体保护电弧堆焊（GMAW）等。近年来，电弧堆焊技术的进步主要体现在以下几个方面：一是焊材开发方面，新型高合金焊丝和焊剂不断涌现，能够满足更苛刻的工况需求，如超低温、超高压、强腐蚀等；二是工艺优化方面，通过精确控制焊接参数（电流、电压、焊接速度、热输入等），实现了堆焊层组织和性能的精准调控；三是装备升级方面，自动化堆焊机器人和数控堆焊设备的普及，大幅提高了堆焊质量和生产效率。

电弧堆焊方法	典型应用	主要优势	主要局限
SMAW	小面积修补、现场堆焊	灵活、设备简单	效率低、质量波动大
SAW	大面积平面堆焊	效率高、质量稳定	灵活性差、稀释率高
FCAW	中高合金堆焊	熔敷率高、成分可控	焊材成本高
GMAW	薄板堆焊、精密堆焊	热输入可控、变形小	保护气要求高

高能束堆焊技术

高能束堆焊包括激光堆焊和电子束堆焊，是近年来发展最为迅速的堆焊技术方向。激光堆焊以其能量密度高、热影响区小、稀释率低（通常<5%）、堆焊层成分接近设计值等优势，在精密堆焊领域得到了广泛应用。电子束堆焊在真空环境下进行，堆焊层纯度极高，适用于对冶金质量要求极高的场合，如核级设备、航空航天部件等。高能束堆焊的主要瓶颈在于设备投资大、对工件尺寸和形状有限制、生产节拍相对较慢。

特种堆焊技术

特种堆焊技术包括爆炸堆焊、摩擦堆焊、搅拌摩擦堆焊等，这些方法在特定应用场景中展现出独特优势。爆炸堆焊利用炸药爆炸产生的高速冲击波使两种金属实现冶金结合，适用于制造双金属复合板，如不锈钢-碳钢复合板、铜-钢复合板等。摩擦堆焊和搅拌摩擦堆焊属于固相连接技术，不涉及熔化过程，因此不存在稀释和冶金不匹配问题，特别适用于异种金属连接。

热喷涂技术进展

冷喷涂技术

冷喷涂（Cold Spray）是近年来热喷涂领域最具革命性的技术之一。其原理是将金属粉末在高压气体加速下达到超音速（通常马赫数3至5），高速撞击基体表面实现塑性变形和冷焊结合。冷喷涂的最大优势在于涂层与基体的结合是纯机械结合，不涉及热影响，因此不会改变基体的组织和性能，也不会产生热裂纹和残余应力。冷喷涂适用于制备高导电、高导热涂层，以及难熔金属（如钨、钼、铌）和活性金属（如钛、铝）的涂层。

等离子喷涂技术

等离子喷涂（Plasma Spraying）是热喷涂领域最成熟、应用最广泛的技术之一。文中重点介绍了物理气相沉积等离子喷涂和悬浮液等离子喷涂两种新技术。物理气相沉积等离子喷涂将等离子喷涂与物理气相沉积技术相结合，通过等离子体加热蒸发金属靶材，在基体表面沉积薄膜，可获得组织致密、性能优异的涂层。悬浮液等离子喷涂则将纳米粒子分散在液体载体中，通过等离子弧加热蒸发液体，纳米粒子沉积在基体表面，可获得含有纳米增强相的复合涂层，显著提高涂层的耐磨、耐蚀性能。

爆炸喷涂技术

爆炸喷涂（Explosive Spraying）利用炸药爆炸产生的高速气流加速粉末颗粒，使其以超音速撞击基体表面实现冷焊结合。爆炸喷涂涂层的结合强度通常很高（>30 MPa），孔隙率低，涂层致密性好。爆炸喷涂适用于制备耐磨、耐蚀、导电等功能涂层，在航空航天、石油化工、电力等行业有重要应用。

涂层应用概述

文中对热喷涂涂层的四大应用方向进行了概述：

涂层类型	典型材料	主要性能	典型应用
耐磨涂层	WC-Co、Cr₃C₂-NiCr、高Cr铸铁	高硬度、低摩擦系数	矿山机械、水泥磨、阀门密封面
热障涂层	YSZ、BSCC、纳米复合涂层	隔热、抗热震	航空发动机涡轮叶片、燃气轮机
耐蚀涂层	不锈钢、镍基合金、陶瓷	抗氧化、抗腐蚀	化工设备、海洋工程、核电设备
功能涂层	导电、导磁、生物相容涂层	特定功能	电子器件、医疗器械、传感器

发展趋势研判

文中对堆焊和热喷涂技术的未来发展方向提出了明确判断，我认为这些判断具有前瞻性。在堆焊领域，高端装备堆焊材料的开发是关键，随着超超临界火电、核电、航空航天等高端装备对材料性能要求的不断提高，需要开发更高强度、更高韧性、更长寿命的堆焊材料。复合堆焊技术，即在同一工件上堆焊不同功能的涂层，也是重要发展方向，例如在耐磨区域堆焊硬质合金，在耐蚀区域堆焊镍基合金，实现性能的分区优化。堆焊过程的自动化、智能化和柔性化是提升生产效率和质量的必然趋势。在热喷涂领域，新材料和新工艺的开发是提高涂层性能的根本途径，提高涂层致密性是改善涂层综合性能的关键。

学习心得与启示

这篇综述文章为表面工程领域的技术人员提供了一个全面的技术图谱，从堆焊到热喷涂，从传统技术到前沿技术，从材料到工艺再到应用，覆盖面非常广泛。从个人学习体会来看，表面工程技术正在经历从"经验驱动"向"数据驱动"的转型，计算材料学、数据分析等新技术正在被引入涂层设计和工艺优化过程中。对于工程技术人员而言，既要掌握传统堆焊和热喷涂技术的核心原理和操作要点，也要关注新技术、新工艺的发展动态，才能在日益激烈的市场竞争中保持技术领先。表面工程技术的进步，归根结底依赖于基础研究的突破和工程实践的积累，两者缺一不可。