热喷涂

2020/10/291/118热喷涂2/118加热熔化、雾化、飞行、喷涂粒子速度、温度、尺寸、反应机械结合热喷涂层状组织结构预处理3/118一·概述定义：采用各种热源将粉状或丝状固体材料加热到熔融或半熔融状态，通过高速气流使其雾化，然后高速喷射、沉积到经过预处理的工件表面，从而形成附着牢固的表面层。1、热喷涂4/118粉末火焰喷涂的原理示意图5/1182、热喷涂的分类（1）喷涂材料的形态：丝材、粉末（2）涂层的功能：耐蚀、耐磨、隔热、抗氧化（3）加热和结合方式：喷涂、喷焊（喷涂+重熔）6/118（4）按照热源种类：火焰类：包括火焰、爆炸、超音速喷涂电弧类：电弧和等离子喷涂电热类：电爆、感应和电容放电喷涂高能束类：激光、电子束喷涂7/1183．热喷涂特点①涂层材料取材范围广金属、合金、陶瓷、塑料、尼龙、复合材料等。②可用于各种基体金属、陶瓷、玻璃、石膏、布、纸、木材等固体③可使基体保持较低温度、基材变形小200~250℃、变形较小、不弱化④工艺灵活可10mm内孔，也可大型构件；可大面积，也可局部；可现场作业。8/118⑤工效高、操作程序少、速度快每小时几公斤~几十公斤⑥涂层厚度可调范围大几十微米~几毫米⑦可得到特殊的表面性能耐磨、抗氧化、耐热、导电、绝缘⑧成本低、经济效益显著缺点：①结合强度低；②材料利用率低；③热效率低；④均匀性差；⑤孔隙率高。9/1184、涂层材料的要求形状、尺寸有要求：线材、粉末。10/1185·影响涂层质量的主要因素。涂层材料的加热、速度、凝固是三个最主要方面。（1）希望涂层材料完全熔化，并保持到撞击基体前；（2）喷涂速度由焰流速度决定，与材料粒径有关；（3）凝固成薄饼状。11/118二·热喷涂方法）12/118氧一乙炔火焰喷喷涂两部分：氧、乙炔供给系统喷涂粉末供给13/118气体：乙炔+氧，也可甲基乙炔，天然气、氢气用途：可喷涂金属、陶瓷、塑料等特点：应用非常灵活、设备轻便、经济、应用较广不足：颗粒速度小、火焰温度低、涂层结合强度低、气孔率高、涂层氧含量高改善：提高气流速度；使用惰性气体14/11815/11816/118工艺流程工件表面预处理→预热→喷涂打底层→喷涂工作层→后处理。a)预热目的：1）去除工件表面的水分；2）提高工件表面与熔粒的接触温度；3）降低涂层冷却速度，减小涂层内应力。预热温度一般控制在150～300℃为宜。可直接用喷枪预热。火焰喷涂工艺17/118b)喷涂需打底层时，可在喷涂工作层之前用镍包铝、铝包镍粉末先喷涂一层厚度约0.10～0.15mm的打底层。严格控制喷涂材料的供给速度、喷涂距离（100～150mm）、每道涂层的厚度（0.1～0.15mm）、喷枪与工件的移动速度（7～18m／min）和层间温度（250℃）等。18/118c)喷涂后处理：封孔处理（根据工件使用状态选择封孔剂）常用：高熔点蜡类，合成树脂精加工，磨削19/11820/118（1）净化处理：清除表面污垢。（2）粗化处理：提高涂层与基体之间的结合牢度。基材表面预处理粗化处理可提高涂层结合强度的理由是：1）提供表面压应力；2）提供与涂层颗粒互锁机会；3）增大结合面积；4）净化表面。21/1181）表面喷砂，使其粗糙度为Ra3.2～12.5μm；粗化处理的方法表6－1达到所要求粗糙度的喷砂条件磨料粒度/目磨料材质喷砂压力/kPa喷嘴孔径/mm设备类型基体材质粗糙度/μm246080氧化铝氧化铝碳化硅氧化铝4144144147.97.97.9压力式虹吸式压力式钢不锈钢塑料12.56.36.322/1182）开槽；23/118粘结底层材料及最高使用温度涂层（质量分数）温度/℃钼80％Ni—20％Al95％Ni—5％Al80％Ni—20％Cr94％Ni—6％A1Ni(Co)CrY3156201010126098013164）喷涂粘结底层。3）电火花拉毛；2020/10/2924/118三、常用热喷涂材料1.金属热喷涂材料•粉末：制造方法简单、灵活，材料成分不受限制，特别适合小批量热喷涂；线材：在方便的条件下推荐采用。表6－62020/10/2925/1182.陶瓷热喷涂材料•基本都是粉末•一般为氧化物陶瓷材料表6－72020/10/2926/1183.塑料热喷涂材料•热喷涂塑料涂层具有成本低、投资少，涂层厚度与工作场地无限制，不含溶剂，符合环保要求等特点。•塑料热喷涂材料熔化温度范围应较宽、粘度较低、热稳定性应好；一般为粉末形式(适合火焰喷涂)。表6－82020/10/2927/1184.热喷涂用复合粉末材料•为适应热喷涂工艺而制备的复合材料•通过增强涂层性能的复合材料表6－92020/10/2928/1181喷涂耐腐蚀涂层(1)铝、锌及其合金涂层：锌、铝的腐蚀电极电位高于铁，涂层有保护作用，可用于桥梁、铁塔等大型部件的防腐处理(在锌中加铝可提高涂层的耐蚀性能，若铝的质量分数为30％，则耐蚀性最佳)。(2)不锈钢涂层：不锈钢电极电位比铁高，易在涂层孔隙处产生电化学腐蚀，所以喷涂后必须封孔处理。(3)塑料涂层：用于化工、食品等行业。四、热喷涂技术的应用2020/10/2929/118(1)用于耐磨的涂层：涂层硬度超过磨料硬度：如氧化铝陶瓷涂层或镍基、钴基碳化钨涂层。用于轧辊、螺旋送料器等部件。（2)用于修复的涂层：喷涂铁基或镍基耐磨合金涂层。2喷涂耐磨涂层2020/10/2930/1183喷涂耐高温涂层(1)抗高温氧化的涂层：如超音速火焰喷涂Cr2C3-NiCr涂层；用等离子喷涂氧化铝陶瓷涂层。(2)热障涂层：使金属基体与高温环境隔离，保持金属构件的力学性能。3喷涂耐高温涂层2020/10/2931/118（1）生物相容性涂层：在种植体(不锈钢等)表面用等离子喷涂一层生物相容性好的羟基磷灰石涂层，生物组织可以长入涂层中的孔隙中，与种植体形成牢固的结合。4喷涂功能涂层2020/10/2932/1186汽车制造2020/10/2933/1187航空航天2020/10/2934/1181外观涂层应无剥离、裂纹、大的变形等宏观缺陷。2涂层的硬度用布氏、洛氏、维氏和显微硬度法测量涂层硬度。五、热喷涂的涂层质量评定2020/10/2935/118（1）直接测量法：用卡尺或在显微镜下测量。（2）测厚仪测量法：1）涡流法：利用高频磁场引起金属内部涡流，涡流产生的磁场又影响探头的阻抗，测量其阻抗值就可确定涂层的厚度。2）磁性法：根据非磁性涂层对探头磁通量的变化值来测量。3涂层的厚度2020/10/2936/1186.2热喷焊工艺与特点一、热喷焊工艺的一般特点•定义：采用热源使涂层材料在基体表面重新熔化或部分熔化，实现涂层与基体之间、涂层内颗粒之间的冶金结合，消除孔隙的表面处理技术。(喷焊)•种类：氧一乙炔火焰喷焊等离子喷焊(激光熔覆技术)2020/10/2937/118•在喷焊过程中，合金粉末在基材表面有一个重熔并铺展的过程。•喷焊的基本特点：(1)热喷焊层组织致密，冶金缺陷很少，与基材为冶金结合、结合强度高；涂层厚度大而不易开裂；(2)喷焊材料与基材必须匹配；(3)基材热变形大；(4)喷焊层会被“稀释”喷焊适用范围的局限性2020/10/2938/1181）工件表面温度：喷涂时工件表面温度250℃；喷焊要900℃。2）结合状态：喷涂层以机械结合为主；喷焊层是冶金结合。3）粉末材料：喷焊用自熔性合金粉末，喷涂粉末不受限制。4）涂层结构：喷涂层有孔隙，喷焊层均匀致密无孔隙。5）承载能力：喷焊层可承受冲击载荷和较高的接触应力。6）稀释率：喷焊层约5％～10％，喷涂层几乎为零。热喷焊工艺与热喷涂工艺的区别39/118金属及合金粉末：Ni、Fe、Co、Cu粉末喷涂合金粉末（冷喷合金粉末）不能重熔处理喷熔合金粉末（自熔性合金粉末）合金中加入了强烈的脱氧元素如Si、B等，在重熔过程中它们优先与合金粉末中氧和工件表面的氧化物作用，生成低熔点的硼硅酸盐覆盖在表面，防止液态金属氧化，改善对基体的润湿能力，起到良好的自熔剂作用。Ni基、Co基、Fe基及WC等四种系列。1.非复合喷涂粉末（单一组成）40/118陶瓷粉末：氧化物Al2O3、ZrO2、TiO2碳化物WC、SiC、TiC硼化物ZrB2、CrB2硅化物MoSi2氮化物VN、TiN塑料粉末：美观、耐蚀热塑性塑料聚乙烯、聚酰胺热固性塑料环氧树脂41/1182.复合喷涂粉末①包覆型粉：由一种或几种成分作为外壳，均匀连续或星点间断地包覆由一种或几种成分组成的核心的粉体重量比1~99％、厚度最低2～3μm②组合型粉：由不同相混杂而成的颗粒，没有核壳之分42/118复合型粉意义：①非均相体、广泛材料组合，多种功能；②可发生某些希望的有利反应，改善工艺，提高涂层质量③外壳保护作用43/118热喷涂材料的应用1.打底涂层(过渡层)材料自粘结效应粗化效应屏蔽效应缓冲效应提高结合强度膨胀系数相近两种：放热特性复合粉末，80Ni/20Al高熔点金属，W、Mo44/1182.耐磨涂层材料磨损？磨损工况：磨料，干、湿状态，浓度磨损类型：磨料、粘着、疲劳、腐蚀、冲蚀、微动作用：强化或修复硬度＞基体材料：铁基、镍基、钴基WC,TiC,Cr3C2、Al2O3,Cr2O3减磨：G、MoS2、45/1183.抗高温涂层材料要求：抗高温氧化、腐蚀、磨损材料选择原则：①足够高的熔点，②高温化学稳定性好，③具有要求的热疲劳性，④含有氧亲和力大的合金元素，⑤对显微组织有一定要求。材料:Ni,Co,NiCoNiCr-Cr3C246/1184.热障涂层材料要求：＞1000℃下使用，低的热导率材料：ZrO21170℃，t相→m相ZrO2+MgO低热导、高热膨胀系数、1200℃下相稳定、抗腐蚀双层结构系统：0.1mmMCrAlY+0.25mmYPSZ47/118涂层的选择和设计知已知彼、百战不殆对工件使用情况和工件表面应具备的性能有透彻的了解一、涂层的选择①工艺方法的可能性；②工作环境受力、温度、腐蚀介质；③要求的涂层特性，表面功能、化学性能；④基体材料的特征；⑤选择适当的涂层。48/118二、喷涂种类的选择①涂层结合力要求不高、材料熔点不超过2500℃——火焰喷涂②涂层性能要求较高的贵重机件——等离子喷涂③工程量大的金属喷涂施工——电弧喷涂④高结合力、低孔隙度的金属或合金涂层——超音速火焰喷涂⑤批量大的工件——自动喷涂⑥安全性要求高的机件工艺及材料选择要充分地试验验证49/118三、热喷涂工艺预处理——喷涂——表面热处理、封孔——精加工（1）预处理去油、除锈、粗化、粘结底层（2）喷涂①喷涂热源②喷涂材料③材料输送④机件⑤喷涂操作（3）涂后处理封孔、密实化（4）精加工磨削50/118加热熔化、雾化、飞行、喷涂粒子速度、温度、尺寸、反应机械结合热喷涂层状组织结构预处理返回51/118作业(修理技术）P1204、6、752/1181.重载履带车辆上的密封环配合面等零件由于耐磨性差而迅速失效。上述零件属薄壁零件，采用堆焊等方法修复因变形而保证不了质量。（1）采用什么表面处理工艺？为什么？（2）所用设备及工艺流程是什么？（3）防腐喷涂材料及涂层设计。（4）具体的工艺参数？（5）应参考哪些标准？作业（任选一,先写出来交再讲(PPT)）53/1182.我国南海地区在高温、高湿、高盐雾的恶劣环境下，采油平台钢铁结构腐蚀严重。（1）采用什么表面处理工艺？（2）所用设备及工艺流程是什么？（3）防腐喷涂材料及涂层设计。（4）具体的工艺参数？（5）参考标准有哪些？2020/10/2954/118谢谢！