技能培训 材料表面工程学 热喷涂技术

第三章热喷涂技术热喷涂是采用不同的热源，将喷涂材料加热至熔融或半熔融状态，用高压气流将其雾化，并以一定的速度喷射到经过预处理的工件表面，从而形成附着牢固的表面层的加工方法。热喷涂用的热源：气体或液体燃料、电弧、等离子弧、激光等。热喷涂材料：金属、合金、金属陶瓷、氧化物、碳化物、塑料或复合材料。工件材料：金属、合金、陶瓷、水泥、塑料、石膏、木材、玻璃等几乎所有固体材料。喷涂层的性能：耐磨、耐蚀、耐热、抗氧化、润滑等。喷涂层的厚度：0.5-5mm。应用：宇航、国防、机械、冶金、石油、化工、机车车辆、电力等部门。如果将喷涂层再加热重熔，产生冶金结合，称为喷熔。一、热喷涂原理1.涂层形成过程及形成原理热喷涂过程：熔化---雾化---喷射---沉积一、热喷涂原理2.涂层结构涂层的金相组织：层状结构，内有孔洞。一、热喷涂原理涂层性能：各向异性。重熔处理一、热喷涂原理3.涂层结合机理涂层与基体的结合：结合力；涂层内部的结合：内聚力。涂层与基体的结合：1）机械结合2）冶金-化学结合：3）物理结合：涂层内部的结合：主要以机械结合为主。一、热喷涂原理4.涂层残余应力涂层的外层受拉应力；基体有时也包括涂层的内层则产生压应力。这种应力随涂层厚度的加大而增加，最终导致涂层断裂或从基体上剥离。降低残余应力的方法：（1）基体预热；（2）基体表面预处理：吹砂、开沟槽、车螺纹。一、热喷涂原理4.涂层残余应力二、热喷涂的种类和特点1.热喷涂种类根据涂层加热和结合方式分：喷涂和喷熔。根据加热喷涂材料的热源种类分：火焰、电弧、高频、等离子弧（超音速）、爆炸、激光（喷涂、重熔）、电子束。二、热喷涂的种类和特点2.热喷涂特点（1）适用范围广。喷涂材料、工件材料。（2）工艺灵活。（3）喷涂厚度可调。几微米至几毫米。（4）工件受热影响小。基体变形小、组织、性能变化小。（5）生产率高。缺点：粉尘、烟雾大、噪声大。三、热喷涂工序1.表面预处理（1）基体表面的清洗、脱脂：碱性溶液或丙酮、汽油。（2）基体表面氧化膜处理（3）基体表面粗化处理：提高涂层与基体结合强度（喷砂、机械加工如开槽、车螺纹、滚花等）（4）基体表面预热处理：提高涂层与基体结合强度（5）非喷涂表面的保护2.喷涂四、热喷涂材料（一）热喷涂线材：(1)锌及锌合金线材，主要用于大气及水中的防腐蚀涂层。(2)铝及铝合金线材，主要用于耐腐蚀或钢的抗高温氧化涂层（工作温度可达800C）。(3)铜及铜合金。纯铜丝用于电器开关和电子元件的导电涂层以及塑像工艺品、水泥等建筑表面的装饰涂层；黄铜丝主要修复磨损及加工超差工件，也可做装饰涂层.四、热喷涂材料（一）热喷涂线材：(4)镍及镍合金主要用于耐蚀、耐磨、耐高温涂层。(5)不锈钢丝主要用于防腐。四、热喷涂材料（二）热喷涂粉末：金属粉末、合金粉末、陶瓷粉末、复合粉末四、热喷涂材料（三）塑料塑料涂层材料目前应用最广的是热塑性塑料（受热熔化或熔化冷却时凝固），如聚乙烯（聚酰胺）及聚四氟乙烯和热固性塑料（树脂组成，受热产生化学变化，固化成型），如环氧树脂，酚醛树脂等。塑料粉末主要用于耐蚀及产品的装饰涂层。五、热喷涂装置和设备1.氧-乙炔焰喷涂气体火焰线材喷涂：五、热喷涂装置和设备1.氧-乙炔焰喷涂气体火焰线材喷涂装置图：五、热喷涂装置和设备1.氧-乙炔焰喷涂气体火焰粉末喷涂：五、热喷涂装置和设备1.氧-乙炔焰喷涂气体火焰粉末喷涂装置图五、热喷涂装置和设备2.电弧线材喷涂五、热喷涂装置和设备3.等离子喷涂装置等离子喷涂的工作气体：最常用的有氮气、氩气，此外，也可用氢气、氦气。喷枪构造：阴极、喷嘴(阳极)、进气道与气室、送粉道、水冷密封与绝缘，以及枪体组成。阴极是电子发射源，选用熔点高和电子发射能力强的材料制成，一般采用钨电极。喷嘴为阳极，通过其孔道对电弧进行压缩而形成等离子弧。五、热喷涂装置和设备3.等离子喷涂装置等离子弧是压缩电弧，按接电的方法不同，等离子弧有三种形式：①非转移弧；正极接在喷嘴上，工件不带电；②转移弧：喷嘴不接电源，工件接正极；③联合弧：喷嘴、工件均接正极。五、热喷涂装置和设备3.等离子喷涂装置等离子弧和自由电弧相比较，其弧柱细，电流密度大，气体电离度高，因此具有温度高、能量集中、弧稳定性好等特点。五、热喷涂装置和设备3.等离子喷涂装置等离子喷涂设备示意图六、热喷涂工艺4.爆炸喷涂