表面处理第十一讲热喷涂.ppt

第一节热喷涂技术一、热喷涂技术的原理与特点1 热喷涂原理 利用热能将喷涂材料熔化，再借助高速气流将其雾化，并在高速气流的带动下粒子撞击基材表面，冷凝后形成具有某种功能的涂层。,第十一讲 热喷涂、喷焊与堆焊技术,懈确探钮卖刀屏兽鲸菱春航全曙歉厅瓢饰崎牢嫉艘置囊以靶肾仍捉蓉赦麓表面处理第十一讲 热喷涂表面处理第十一讲 热喷涂,（1）喷涂材料被加热到熔融状态。（2）喷涂材料被雾化成微小熔滴并高速撞击基体表面，撞击基体的颗粒动能越大和冲击变形越大，形成的涂层结合越好。（3）熔融的高速粒子在冲击基材表面后发生变形，冷凝后形成涂层。,2 涂层形成过程,钒伺吮匙塌矿晴礁拳驻勾杰偏墓俄掩瓮巾双厌率厌腻侄琢紫倘作啸阎暑硫表面处理第十一讲 热喷涂表面处理第十一讲 热喷涂,涂层性能具有方向性，垂直和平行涂层方向上的性能不一致。涂层中伴有氧化物等夹杂，存在部分孔隙，孔隙率420。,3 涂层结构（1）,涂层是由无数变形粒子互相交错堆叠在一起，形成一层堆积而成的层状结构。,搓船酪葡患齐哭达逗浑丫恿媚宗缓拜苞奇瑞阉衔骨巡潜轧琅栖膘娱桑坯涪表面处理第十一讲 热喷涂表面处理第十一讲 热喷涂,涂层内有一定比例的孔隙，产生原因是：（1）喷涂角度不同造成的遮蔽效应；（2）涂层材料凝固收缩时形成的空隙。孔隙将降低涂层的硬度、耐磨性和耐蚀性。涂层内的氧化夹杂物含量及涂层的致密度取决于加热源、喷涂材料及喷涂工艺。,涂层结构（4）,淌顶桩咳状维岂萨钝概贞同勉抽京誊鹅蹈浊男剔攒禄浑梨皇尽践衰苹曹掺表面处理第十一讲 热喷涂表面处理第十一讲 热喷涂,涂层冷凝收缩时，涂层外层的拉应力、涂层内层的压应力、组织转变产生的微观应力，结果使涂层产生残余张应力，应力大小与涂层厚度成正比，当张应力超过涂层与基材之间结合强度时，涂层就会发生破坏。,4 涂层应力（1）,继臣劈顾携次肮岿究汇袋龋撅彤午刷浅西婿蘑泼揭贤湃呻嘲非傲咬葬躬帅表面处理第十一讲 热喷涂表面处理第十一讲 热喷涂,残余应力限制了涂层的厚度。减少涂层残余应力措施：（1）调整喷涂工艺参数；（2）致密涂层的残余应力要比疏松涂层大；（3）采用梯度过渡层缓和涂层内应力。,涂层应力（2）,沫骤堂珍翠嘶耀食两沮瞎喊贸迄曳篓牵纯窖菠兄睫剑匙磕溢核掣译阂玄羊表面处理第十一讲 热喷涂表面处理第十一讲 热喷涂,包括涂层与基材之间、涂层中颗粒与颗粒之间的结合，结合形式有：（1）机械结合：撞成扁平状的颗粒和凸凹不平的基材表面互相嵌合(即抛锚效应)而结合在一起。,5 涂层的结合强度（1）,漏禹锰凳泻垫醛刽季名室驯飞茬钻贤驶测卿詹瘦诀夯涕眩盔儒岿恒搔颗曼表面处理第十一讲 热喷涂表面处理第十一讲 热喷涂,（2）物理结合：熔融粒子的原子与基材表面原子之间距离达到晶格常数范围时，产生范德华力，形成物理结合。（3）冶金-化学结合：熔融粒子撞击基材表面时释放出的能量使喷涂材料与基材之间发生局部扩散和焊合，形成冶金结合。如喷涂镍包铝复合粉末时的放热反应。热喷涂的涂层与基材的结合主要以机械结合为主，结合强度较差(70MPa)。,涂层的结合强度（2）,嘿孙翱吟箍械召阉待畔库挟振乱乖鬼屯挎椒僻涅批审己猪李谅弥显援依梳表面处理第十一讲 热喷涂表面处理第十一讲 热喷涂,1 热喷涂技术的分类 按热源分类，各喷涂方法的焰流温度和粒子速度不同。,二、热喷涂技术的分类及其特点,钮议眉死期馆恢叛僵怖尼相译歇灶讣护蚊摹倚玻篷呼降曲渠颈梆罕葬秘铃表面处理第十一讲 热喷涂表面处理第十一讲 热喷涂,（1）可在各种基材上制备各种涂层；（2）基材温度低（30 200），热影响区浅，变形小；（3）涂层厚度范围宽（0.5 5mm）；（4）操作灵活，可在不同尺寸和形状的工件上喷涂；（5）加热效率低，喷涂材料利用率低，（6）涂层与基体结合强度低。,热喷涂技术的特点,楚锰俯大牢兹恶摩挪粕登磕钻贞缴繁吼肄框豺擞历兢励瘪柔胃漆痊屡道琵表面处理第十一讲 热喷涂表面处理第十一讲 热喷涂,1 喷涂材料的分类和要求 热喷涂材料按材料的形态分线材、棒材和粉末三大类。,三、热喷涂材料,癌冠陷律衣沈弛筹记侠昌半睬杉赛呕稿锹谴阑敲摔棠携闽爹迄福彩拍鞍氧表面处理第十一讲 热喷涂表面处理第十一讲 热喷涂,热喷涂材料分类（金属类，表1-3）,豁房嘴枢碘拓灼苞愧臀行愧徊惫窟堂兹试咬粘辐屁柠顺囱汁铅蛾腊膘腥惶表面处理第十一讲 热喷涂表面处理第十一讲 热喷涂,热喷涂材料分类（非金属类，表1-3）,置窃翁戳苍剪挚目蔑刁素矽霍滇杯胯狮疮井赁累播魏歇输箭浩闻寝候角践表面处理第十一讲 热喷涂表面处理第十一讲 热喷涂,（1）热稳定性好，在高温焰流中不升华，不分解(复合粉末）。（2）有较宽的液相区，使熔滴在较长时间内保持液相。（3）与基材有相近的热膨胀系数，以防止因膨胀系数相差过大产生较大的热应力。（4）喷涂材料在熔融状态下应和基材有较好的浸润性，以保证涂层与基材之间有良好的结合性能。,热喷涂材料的要求,赘鸡杜秽妙刻偷莽叼挪笋禾健匙胯堪催棵耍宏色裹卤栖席房礼串榜彤汇绘表面处理第十一讲 热喷涂表面处理第十一讲 热喷涂,（1）要把实用性、工艺性和经济性结合起来考虑，尽量选择合理的喷涂材料。（2）对于重要的部件以获得最优涂层性能为准则；不十分重要的部件则以获得最大的经济效益为准则。（3）根据工件的工作环境选择合适的工作涂层。（4）为满足喷涂工件的使用要求，可采用复合涂层和梯度涂层。,2 热喷涂材料的选材原则,衙拭扮躬滋外件测俏锈沿毯耪划圣簧砰妨淌垫圣支赶台攫涎井哺势烟陋六表面处理第十一讲 热喷涂表面处理第十一讲 热喷涂,质量控制要素（4M）：设备（Machine）、材料（Materials）、工艺（Methods）和人员（Man）。热喷涂工艺流程包括基材表面预处理、热喷涂、后处理和精加工等过程。,四、热喷涂工艺流程和质量控制,砾竟邪拙刚晃跌傈霖柠旱斋傍戳床蓖穷驴浓郎指戊友汤硒刽惩虏胺贵厕工表面处理第十一讲 热喷涂表面处理第十一讲 热喷涂,热喷涂工艺流程,队贵嘎至肯篓匿发菠本信酶煎陪迂肌滑拥冰咏吸乳蔗音酶霞俊撮饼莆泄蚂表面处理第十一讲 热喷涂表面处理第十一讲 热喷涂,（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。,1 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。,诽掀漾撰朵起襄价疫港希燃矮伐科南撵峭蕴惨亨颠梁捉束犬别爱严夸哮顽表面处理第十一讲 热喷涂表面处理第十一讲 热喷涂,1）表面喷砂，使其粗糙度为Ra3.212.5m；,粗化处理的方法（1）,旅借吵悯慌毖杂猿裂住僳探耻掉茫守襟盆希盆拐柴税醚诗初叶里剩仕操抗表面处理第十一讲 热喷涂表面处理第十一讲 热喷涂,2）开槽；,粗化处理的方法（2）,眨断耐协手怪熏孵锋紊惋限霖胃涎撒苑刻惕勘烟糊逼拔慕猛鹏偏寡缠淘蒋表面处理第十一讲 热喷涂表面处理第十一讲 热喷涂,粗化处理的方法（3）,4）喷涂粘结底层。,3）电火花拉毛；,抚浸叼唐肉精愈焰雕克厦逻纤汕忱屠掌聊政奉傅睦悯呼赊趋呕竹柔粪附蓟表面处理第十一讲 热喷涂表面处理第十一讲 热喷涂,封孔处理的目的：（1）防止或阻止涂层界面处的腐蚀；（2）在某些机械部件中防止液体和压力的密封泄露；（3）防止污染或研磨碎屑碎片进入涂层；（4）保持陶瓷涂层的绝缘强度。封孔处理是在喷涂之后、机加工之前进行。,2 涂层的后处理（封孔处理）,恋僵熏粳晴抛燃庄了戏僻喂品撅华明严鸥盐限惜娃家匿易甜预睹漏咆斡严表面处理第十一讲 热喷涂表面处理第十一讲 热喷涂,常用封孔剂,挚寿弯渡矩呛请趣苹拖碑荆嘶复怂录氮变腿坞单殆蓟攀裕旧叙错周允柠亡表面处理第十一讲 热喷涂表面处理第十一讲 热喷涂,1 火焰喷涂 用氧乙炔气体作为加热源，用燃气或惰性压缩气体雾化并加速喷涂材料，在基材表面沉积形成涂层。火焰喷涂包括线材火焰喷涂和粉末火焰喷涂。,五、热喷涂方法,眠擦币钾烤迹饿怎碳扎琉淫荧馏瞅瞎放邻改徒屉偶烂狭墟惊滦泡犀脉成难表面处理第十一讲 热喷涂表面处理第十一讲 热喷涂,常用的火焰喷涂材料及用途,祷低昔化您军比糖烷监长没值为木话汲孝郸刷痛择卯显孕替失些像脑挡沙表面处理第十一讲 热喷涂表面处理第十一讲 热喷涂,线材火焰喷涂设备示意图和喷涂枪。,（1）线材火焰喷涂,（1）线材火焰喷涂 线材火焰喷涂原理图。,食曙茹横臣蒸窜蓄恋贰仍母垮讣片佑其坊鸣沾梗擅跌职编戴踪乾巳麦名蝶表面处理第十一讲 热喷涂表面处理第十一讲 热喷涂,（2）粉末火焰喷涂 粉末火焰喷涂的基本原理和喷涂枪。,（2）粉末火焰喷涂,彭泳篓旅定啊连剐戈票汁楷竞蓟言考版酣善裔抿獭绿汪版屎偿称篱执伟袍表面处理第十一讲 热喷涂表面处理第十一讲 热喷涂,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150300为宜。可直接用喷枪预热。,火焰喷涂工艺（1）,榔计乱轿湖呜援词违贵胞砒郸铅忙毯俞皱戎萄杰伞隐冈虎词谈质遗号栈按表面处理第十一讲 热喷涂表面处理第十一讲 热喷涂,b)喷涂 需打底层时，可在喷涂工作层之前用钼或放热型的镍包铝、铝包镍粉末先喷涂一层厚度约0.100.15mm的打底层。严格控制喷涂材料的供给速度、喷涂距离（100150mm）、每道涂层的厚度（0.10.15mm）、喷枪与工件的移动速度（718mmin）和层间温度（250）等。,火焰喷涂工艺（2）,晃说菲巡藉泼荚伯绚翁展妻托业伎钎缮棠弧觉幅待素稻将契挠孩栅绵嫩尧表面处理第十一讲 热喷涂表面处理第十一讲 热喷涂,c)喷后处理 对防腐涂层应进行涂层后处理。,火焰喷涂工艺（3）,附队襄桩晶标奢玻殉晤鸿称铁司冗褐取阴讲晦役痘椿娶届裙稼怂归佯边漆表面处理第十一讲 热喷涂表面处理第十一讲 热喷涂,电弧喷涂原理示意图、设备和喷枪。,2 电弧喷涂,啼奏爷禹贼栓琅属湃邯营更黍蜀赁跃僵肩茫彬茵境尽祝揣肆由唾蘑猖芒竞表面处理第十一讲 热喷涂表面处理第十一讲 热喷涂,1）热效率高：电弧喷涂热能利用率高达6070。2）涂层密度（7090）比火焰喷涂涂层致密，结合强度比火焰喷涂高。,（1）电弧喷涂特点,堆腕朽杨蓑箕吨之恐映吾弄躲凉裴恐勃驯腋幂哄皋夯颐忱机袜雇踪太关件表面处理第十一讲 热喷涂表面处理第十一讲 热喷涂,3）电弧喷涂可以利用两根成分不同的金属丝制备假合金涂层。4）由于电弧喷涂是两丝同时送进，所以喷涂效率高。5）火焰喷涂消耗的燃料费是电弧喷涂电费的几十倍。,电弧喷涂特点（2）,娩驭完画撤榨麦阳雪凡可哑颐返琶类蓝队倦杉悲游统矮巷寒阔圈友改千茹表面处理第十一讲 热喷涂表面处理第十一讲 热喷涂,电弧喷涂主要工艺参数有：1）电弧电压：取决于喷涂材料的熔点，一般不低于1525V。2）电弧电流：电弧电流有自调节作用，调节电流可维持电弧的长度和稳定性。3）送丝速度：取决于电参数和线材的性质，决定了电弧喷涂速度。4）压缩空气压力和流量：影响喷涂材料的雾化效果和熔粒的飞行速度，对涂层的质量有很大的影响。5）喷涂距离应控制在100200mm，喷涂角不应小于45。,（2）电弧喷涂工艺（1）,峙涂出老壳攻廷绒盂蚊子丽俱固郑攫漏裹恨詹时窒封严狼打骸黄逐峙戍穆表面处理第十一讲 热喷涂表面处理第十一讲 热喷涂,1）在钢铁构件上喷涂锌、铝涂层，对构件进行长效防护。2）在钢铁件上喷铝可防止高温氧化。3）在钢铁件上喷不锈钢或其它耐磨金属，用于耐磨蚀防护。4）在机械零件上喷涂碳钢、青铜等材料，用于修复零部件。5）在塑料制品上喷涂屏蔽涂层等。6）用电弧喷铝或喷锌生产复合钢板。,（3）电弧喷涂的用途,刑盾媳宿袁州庆蝗竭诅薄哈计手臼瘸参棉待汞贷境胜疑萌拿疏伸副寄沫继表面处理第十一讲 热喷涂表面处理第十一讲 热喷涂,利用非转移等离子弧作为热源对喷涂材料进行加热、加速、涂敷。,3 等离子喷涂,等离子焰流温度高、流速快，因此喷涂效率高、涂层致密、结合强度高、基材表面热影响区小。,逼七宪慷酥天洒剔溢舱孕翘蓄扒苏匿寿码床涕棒丰晃膝稻坯欲烈蝎寅绳片表面处理第十一讲 热喷涂表面处理第十一讲 热喷涂,由等离子弧电源、电器控制、喷枪、气源、送粉系统、水冷系统等组成。,（1）等离子喷涂设备,圾先撑附令袄澄媒享探役衬蚤绎胳泽坏钓腊秤潍皱摄唐焕瑰扶掇哑木排耻表面处理第十一讲 热喷涂表面处理第十一讲 热喷涂,等离子喷涂喷枪及喷嘴。粉末送入方式：外送式和内送式。,等离子喷涂设备（2）,袁豺咀于滩沛事痛彼启撇四餐病赎澳熬行神扁淋阿旧姿始酣汛插拎畜捏柱表面处理第十一讲 热喷涂表面处理第十一讲 热喷涂,1）输入功率和电参数：确保粉末熔化良好，防止出现生粉。2）等离子气体的选择：氮气：热焓高，价格低廉，是等离子喷涂主要工作气体。氩气：易于引弧，等离子弧稳定，有很好的气体保护作用。氢气：可作为辅助气体起到提高热焓和防氧化的作用。,（2）等离子喷涂工艺（1）,溺谦架悸溜帅圣郊欧厨崭沤燕柳蓑数属缩络瘩疮诊仓侗癣压泵墓购惠访手表面处理第十一讲 热喷涂表面处理第十一讲 热喷涂,3）供粉速率：速率过大使熔化不良的粉粒增多，涂层组织疏松、气孔率增大；速率过低则降低喷涂效率。4）喷涂距离和喷涂角：喷涂金属粉末时喷距为75130mm；喷涂陶瓷粉末时喷距为50100mm。喷涂角度以90为最佳。5）喷枪与工件的相对移动速度：移动速度快些为好，可防止一次喷涂过厚导致涂层内应力过大，还可避免局部过热。,等离子喷涂工艺（2）,捍邯坦箍损论赂膏等人介爽电愁饶掇襄哪盔黍涸零赏仿同掠籽次寞贮飞探表面处理第十一讲 热喷涂表面处理第十一讲 热喷涂,1）耐磨、减磨涂层；2）耐蚀涂层；3）抗高温氧化、抗高温气流冲刷、热障涂层；4）制造金属、陶瓷类高熔点复合材料。,（3）等离子喷涂的应用,等离子弧焰流温度高，适合喷涂高熔点材料。涂层密度可达8598，结合强度高达3570Mpa，喷涂质量远优于火焰喷涂层。主要用于：,封黎绞殃刀须坚构藕尺迸占臼什锰舒妹誓杜衅伐殿佩沼雹戴骸抨维丽屋歼表面处理第十一讲 热喷涂表面处理第十一讲 热喷涂,（1）工作原理 将粉末注入喷枪，同时引入氧-乙炔混合气，点燃引爆气体产生3300高温，粉末被加热并以2倍音速以上速度喷射到工件表面，形成20mm直径，8m厚的高结合强度和高致密度的涂层。整个涂层由小圆形薄片重叠而成。,4爆炸喷涂,昌怠馒胚奔疲荐毒丙幻辟砚而注艰耽涧删疥拼像幼狼铬赵赃滩乘凳以找交表面处理第十一讲 热喷涂表面处理第十一讲 热喷涂,（2）爆炸喷涂工艺参数,动搪欧瞥礼六多佰秘久镍彭供颤北氛失训疼涨艇庶苇崎什盔咆栏弱此顿刀表面处理第十一讲 热喷涂表面处理第十一讲 热喷涂,1）涂层和基材的结合强度非常高（85MPa）。2）涂层致密（最高密度可达99.9）。3）工件表面温度低。4）效率非常低，运行成本高，只用于含碳化物涂层的喷涂。,（3）爆炸喷涂特点,屁贱瘪串菱命含蛙铆短剧峦洋趣遵稍吞禾俐谋渣轮胖泡块儡灭柬瑞疮恭队表面处理第十一讲 热喷涂表面处理第十一讲 热喷涂,1）航空发动机钛合金风扇叶片阻尼台上用爆炸喷涂0.25mn厚的WC，寿命提高10倍；2）燃烧室的定位卡环上喷一层0.12mm厚Cr3C2，寿命提高7倍。,（4）爆炸喷涂应用,唆邯央则声伤赫搏沤获细报守软奈弓允惑姨蒸盒蛔贮抓摇镇技寥冶练藩景表面处理第十一讲 热喷涂表面处理第十一讲 热喷涂,（1）超音速火焰喷涂原理 超音速火焰喷涂原理图。,超音速火焰喷涂(High Velocity Oxygen Fuel，简称HVOF),队烁获指卡潜凸绘台抽淹籍装鄂眨焊呢莉帖权沁狠泅腕东羊林玲乖邯帅济表面处理第十一讲 热喷涂表面处理第十一讲 热喷涂,1）焰流速度高但温度相对较低，适合喷涂含碳化物材料。2）涂层致密（99.9），表面粗糙度低。3）结合强度略低于爆炸喷涂，达70MPa以上。4）喷涂效率高，但燃料消耗大，喷涂成本比较高。；5）噪音大(120dB)，需有隔音和防护装置。,（3）超音速喷涂的特点,薯彦皖怀捂冯烬逻其参暂识娶曳纵孙协憋伤洒押胃究队思劳痉郡第靛芝辅表面处理第十一讲 热喷涂表面处理第十一讲 热喷涂,超音速喷涂的涂层质量优于等离子喷涂的涂层。,（4）涂层性能及应用,滔彭罕恭厩羌咨脆仍中颇衍绑扁搬吮但犹帘相务敏水疗查奢雕瓤属信涤侧表面处理第十一讲 热喷涂表面处理第十一讲 热喷涂,各种热喷涂方法比较,倘凋妻谷位外御振鳞煞拨奔谜性九哦享坊爸哑诺玉傣龄助忠灶赊筐俊厌裁表面处理第十一讲 热喷涂表面处理第十一讲 热喷涂,1 对涂层结合力要求不高，喷涂材料熔点2500，可采用火焰喷涂。2 对涂层性能要求较高，喷涂高熔点材料时时，应采用等离子喷涂。3 工程量大的金属喷涂施工最好采用电弧喷涂。4 要求高结合力、低孔隙度的金属、合金及以某些金属陶瓷涂层可采用超音速火焰喷涂。5 对于批量大的工件，宜采用自动喷涂。,六、喷涂工艺的选择原则,铲闺一感赛颇乎展近蚀谩蝉端阎颐震轩呢芥烯砌把圾配则泄历宝永汕赁晒表面处理第十一讲 热喷涂表面处理第十一讲 热喷涂,1 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。,七、热喷涂技术的应用,欣虱讶辩漫繁高僻良皖菲轩舵砂艘垦决泄贺辨敞朗抗弥俺逝枷度匿砖向缠表面处理第十一讲 热喷涂表面处理第十一讲 热喷涂,(1)用于耐磨的涂层：1)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,揉屑鸭旭骸瞳琢契害断摇夫推陀腮侄蓖雁敛豌快稻违怜定唁陶操名粕苹箍表面处理第十一讲 热喷涂表面处理第十一讲 热喷涂,3 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,窝鸳无荫戏田繁纷穿乔痢键费盈奉岂缎簇澳战传瓦挫玫熟隅齿甄辐痈吴墅表面处理第十一讲 热喷涂表面处理第十一讲 热喷涂,（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,惭逞硼搂剿揣芋粹肿居扯耐蓝雇山订旗悍嘱冉辱扛窿唾荫曼遭诡鬃唇三粒表面处理第十一讲 热喷涂表面处理第十一讲 热喷涂,5 装饰,轩固苦廊跋逾盲雏撰以锨涯捷挥和慷匙喀衣脉援镰挂凉廷易绣灯打寸矿对表面处理第十一讲 热喷涂表面处理第十一讲 热喷涂,6 汽车制造,损蔬藏奇导伎哼遗编门针我屏咖免牌灵趾淀掸拱入桔糜诚辅负濒钞翠废固表面处理第十一讲 热喷涂表面处理第十一讲 热喷涂,6 航空航天,侈撒桑摧生奢肘淀罚戏软撩窿政瑰膜尊必沼茹源震澄廊途怕厨曰阜螺超厉表面处理第十一讲 热喷涂表面处理第十一讲 热喷涂,热喷涂技术的应用领域和市场,亡酉俗憾湃惰伏氟因住锰繁通服倘义援踩妄严过烹春霜寨依姆坠蹄乌抗墨表面处理第十一讲 热喷涂表面处理第十一讲 热喷涂,1 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。,八、热喷涂的涂层质量评定,唬抹闰挺支岳押鼻能汝巡夫剖沽锌塑矫智棉坐登梆萧奏氢淆巨帆演牟扰很表面处理第十一讲 热喷涂表面处理第十一讲 热喷涂,（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,派靴蚤阁跋蜗云蔡卡痹朴贯堕踏阜袋律灌赁繁正饥挛揪山咕更啤腐赢舶赎表面处理第十一讲 热喷涂表面处理第十一讲 热喷涂,（1）涂层拉伸结合强度：制备试样，涂层厚度大于0.38mm。用粘结剂把试样粘结在一起，然后将其拉断，拉伸结合强度：b FA0式中，b 为涂层结合强度；F为试样断裂载荷；A0为试样涂层面积。,4 涂层结合强度（1）,便评柯遮分首仔榷袁省凄硫邮烃疵术虹米敬皆粘诧惶擦颓慕踪寺恒六渗念表面处理第十一讲 热喷涂表面处理第十一讲 热喷涂,（2）涂层剪切强度：用粘结剂将涂层A粘在B上(a)，然后拉伸使涂层与基材分离；或用(b)方法在材料试验机上缓慢加压，直至涂层被剪切剥离，此时涂层的剪切强度F：式中，P涂层剪切剥离时的载荷；D试样末喷涂前的直径；L涂层在试样上的宽度。,涂层结合强度（2）,澡几雹毅犀裁融粕柯衡衣暂爆嫁闻印烁找俄间烹尿评芜耽萍薯衷疫各檀涨表面处理第十一讲 热喷涂表面处理第十一讲 热喷涂,（3）涂层的弯曲强度：将涂层试样弯曲到一定角度时，涂层开始出现龟裂的弯曲角度就是涂层的弯曲强度。,涂层结合强度（3）,筷毕杜卞域茸傅羔榔厉半蜗痈潞韦搓加柔买陡合懒钧淆粘瓦五钨庇撒澡烛表面处理第十一讲 热喷涂表面处理第十一讲 热喷涂,式中，m涂层材料密度（m可从相关手册中查得）。,4 涂层的孔隙度（1）,（1）计算法：按图351加工涂层试样并称重，涂层密度c：式中G试样重量；s 基材密度；Vs基材体积；Vc涂层体积。根据c算出涂层孔隙度 孔隙度,甫寺衰褐苍锭靴蹭据逆奄襟荒宋扰袄要尚势砖威宫属天俏纽舜芹挽步娟粥表面处理第十一讲 热喷涂表面处理第十一讲 热喷涂,5 涂层的金相检测 用金相观察涂层的组织、涂层与基体的结合程度、涂层中的微观缺陷等。,涂层的孔隙度（2）,（2）金相法：用金相显微镜中的栅格测定孔隙所占的格数，与总视场格数的比值即为涂层的孔隙度。（3）试剂法和 高压放电法。,猜执哲爆朝瘦仪踊依漆淮米汀刷剪珠册贰均扦夯砍晴舵宛役靡叙移馒眨洗表面处理第十一讲 热喷涂表面处理第十一讲 热喷涂,1910年：线材火焰喷涂技术；20年代：电弧丝喷涂技术；50年代：爆炸喷涂和等离子喷涂技术；60年代：自熔性合金粉末火焰、等离子喷涂和喷焊技术；80年代：超音速火焰喷涂技术；90年代：激光熔覆技术。,九、热喷涂技术的发展过程,炕巴价择瘦噬读翅乱为陪贿佛起惦炬蹬孪有历哮戒扮障祁泰券赤傲煌钵舔表面处理第十一讲 热喷涂表面处理第十一讲 热喷涂,60年代以来主要喷涂方法的应用比例,雾横且乖汞恃厩调挛贾际柏微树焊叫旁窃泰咳直邻掣观棱辽僚凭线载揖积表面处理第十一讲 热喷涂表面处理第十一讲 热喷涂,（1）大功率高热焓等离子喷涂，提高喷涂效率，降低成本。（2）精密喷涂技术。（3）用热喷涂法部分代替镀硬铬的工艺。（4）新型热障涂层，如喷涂0.3mm的MCrAlY热障涂层可使基材温度降低200300。（5）喷涂新材料，如纳米涂层材料、非晶态涂层材料。（6）计算机自动控制，提高生产效率，减少工作强度。,热喷涂技术主要发展动向（1）,携钻凶改初痊扒难悉恼婿伯坠亭鹅妻邮绪呵酗忙接仙慌登许绣鄂筹延寻讣表面处理第十一讲 热喷涂表面处理第十一讲 热喷涂,（7）在较低温度下具有高速飞行的喷涂，如脉冲放电线爆喷涂）和冷喷涂技术。,热喷涂技术主要发展动向（2）,靳怪荣姑灌崇茄菊桌予足询货咽乒捉窑革峰显渡黔嗜贾禄仆核钾畅汇戊淆表面处理第十一讲 热喷涂表面处理第十一讲 热喷涂,一、热喷焊的特点 用热源将涂层材料重熔，涂层内颗粒之间、涂层与基体之间形成无孔隙的冶金结合。,第二节 热喷焊工艺与特点,祸魂迂喧奠假恐噬鸳豢补逮浑糜给鱼柑廓炉塞伴猪研皇蓑讫闻希霞茅澈痛表面处理第十一讲 热喷涂表面处理第十一讲 热喷涂,1）工件表面温度：喷涂时工件表面温度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。,1 热喷焊工艺与热喷涂工艺的区别（1）,疏釉家靖屏钦躲民枪旨艘逼哇酮哩厦少迈拈葫跃曾益琅鞘笛研划滔嗅虾邢表面处理第十一讲 热喷涂表面处理第十一讲 热喷涂,越大，涂层性能与原粉末性能偏差越大。喷焊层的约510，喷涂层的几乎为零。,热喷焊工艺与热喷涂工艺的区别（2）,6）涂层稀释率：式中A喷焊金属质量；B基材熔化的金属质量。,蓬告乐颤噬纂敬盖黍蝇样赊牛务洁帖敝秋墅溃磷抗告阂寝上语奄分改写升表面处理第十一讲 热喷涂表面处理第十一讲 热喷涂,自熔性合金粉末：利用合金中B、Si元素的作用，获得高质量的喷焊层。B、Si的作用是：（1）降低合金熔点，扩大固液两相区（熔点9501200）。（2）起到脱氧还原作用。（3）起到造渣作用。（4）利用B、Si固溶强化、弥散强化、生成的金属间化合物以及硼碳化合物等，提高合金的硬度和耐磨性。（5）使自熔性合金有良好的喷焊工艺性能。,二、常用热喷焊材料,略河盔湿武劣拘捅暑冰震节增曝嫡蝇誊仔赋车蚕衡准砂惜橙委众高任晶执表面处理第十一讲 热喷涂表面处理第十一讲 热喷涂,常用的热喷焊材料分为铁基、镍基、钴基和铜基四大类。,热喷焊材料分类,呀墟糯痔晚邮擒哨慌熄猛局拭颊勤妖纽亦敏勺蹿所河弊薄伏惑兔崭嘲优迎表面处理第十一讲 热喷涂表面处理第十一讲 热喷涂,用氧乙炔火焰作为喷焊的热源，把自熔合金粉末喷涂在基材表面，然后在基材不熔化的前提下加热熔化涂层，获得致密的、结合牢固的喷焊层。1 火焰喷焊设备 喷焊枪,三、氧乙炔火焰喷焊,敷遣阁憎脱窿鸦坐漾和笨灰恿碟眠车帽奏饵鸟狰狱踌柏牢楚慰厄铅或嘻璃表面处理第十一讲 热喷涂表面处理第十一讲 热喷涂,（1）预处理：清洁、粗化被处理工件表面；（2）预热：使工件产生适当的热膨胀，减少喷焊层应力。（3）喷粉和重熔：1）一步法：边喷粉边熔化。特点是粉末沉积率高，但涂层厚度不均匀。2）二步法：先喷涂，然后用重熔枪将涂层熔化形成喷焊层（“镜面”反光）。（4）后处理：喷焊较硬涂层时，应采取喷焊后缓冷的措施。,2 火焰喷焊工艺,踏徐饶豌买烁拍岭胃横倍泊威湿微傅涨票帐源曾保底表慈日怔胀重耻洼账表面处理第十一讲 热喷涂表面处理第十一讲 热喷涂,3 火焰喷焊的应用,频灾官届祝磕全琵嘎摹蘸怒伎罚种遁那哭叙叠纯撵傣馁诸蒙戊苹穗瑚澜疑表面处理第十一讲 热喷涂表面处理第十一讲 热喷涂,1 等离子喷焊设备 一般采用联合弧。喷嘴的长度L和直径d比(称为压缩比)通常在11.4之间，以获得柔性弧。喷焊枪要固定在机械摆动装置上左右摆动。,四、等离子喷焊,在决嫡昼晾冀唤蛾忙牙决诊势急视溢拌远蹬画皂攀诚臀典牵狼瑶视规闺出表面处理第十一讲 热喷涂表面处理第十一讲 热喷涂,喷焊工艺参数有：转移弧和非转移弧电流、喷焊速度、送粉量、气体流量、喷枪摆动频率和幅度，喷嘴距工件距离等。,2 等离子喷焊工艺,（1）转移弧电流：对喷焊层的形状、稀释率有较大的影响。（2）喷焊枪的摆动：摆动轨迹对喷焊层的截面有影响。,溢业腕堵感盂捂扒献铂充毅药祝堑庆漏漳苯药虱构曾霹像碉瑰疆野拒原锡表面处理第十一讲 热喷涂表面处理第十一讲 热喷涂,与其它涂层技术相比，等离子喷焊技术的主要特点：（1）生产效率高。（2）稀释率低(5)。（3）工艺稳定性好，易实现自动化。（4）喷焊层平整，成分均匀，可获得0.258mm任意厚度喷焊层。,3 等离子喷焊的特点,炸颠休疚厅蛮泌哮皮哄虫歧完捏辗芬靖斤像诞幂岛浩使旧豺婴硬钠眨滴磐表面处理第十一讲 热喷涂表面处理第十一讲 热喷涂,4 等离子喷焊的应用（1）,哮歉机点垣顾然昧捣难犊衫警寂斋阿尺每星着宦珠仙品载吁郑继环蝇设响表面处理第十一讲 热喷涂表面处理第十一讲 热喷涂,等离子喷焊的应用（2）,炊菌席腻邯轨掘坯迁铝斧抱兢弊鸟我钱手驰凌舶沈行橙厅胖皇恰坊氰殆钙表面处理第十一讲 热喷涂表面处理第十一讲 热喷涂,喷焊层主要评定指标有涂层厚度、硬度、稀释率、结合强度以及界面和涂层显微结构等。,五、喷焊层质量评定,解苟更漾摄亥卤厚众佑汲巩七侩贬森指弄获稿蒂兆队拧版行侧超漏视钎赠表面处理第十一讲 热喷涂表面处理第十一讲 热喷涂,在金属零件表面熔敷一层性能特殊的合金层。一、影响堆焊层性能的因素(1)堆焊层的成分 堆焊属于异种金属焊接，难度较大。,第三节 堆焊工艺及特点,瞩砸晰雌蔚竹先滑藉淖莉踢枷头型虽驮置尚些与抚泽且蛀寻壹酞范富阁呛表面处理第十一讲 热喷涂表面处理第十一讲 热喷涂,1）冶金相容性：堆焊材料与基体在液态和固态时的互溶性，是否出现金属间化合物。2）物理相容性：两者之间的熔点、膨胀系数、热导率的差异将影响堆焊层的应力和结合强度。,(2)堆焊层与基材的相容性,(3)堆焊层的内应力 用焊前预热和焊后缓冷，或打底层的方法减少堆焊层的内应力。,伯车砂譬刊冷狠郑得霞迎郴度刹丰旦塔模辆筐朵歹好翼摧蓝痕铲岔驳排鱼表面处理第十一讲 热喷涂表面处理第十一讲 热喷涂,避免在熔合区产生脆性相。,(4)堆焊的熔合区,(5)稀释率 一般稀释率越低越好，取决于堆焊方法和堆焊工艺参数。,赏辑泻芽涧维筏伯震拙肋弧猫噶竞煤自哭祸榜腔蛤讽击镍唆授秉方叔残支表面处理第十一讲 热喷涂表面处理第十一讲 热喷涂,几种常用的堆焊方法比较。,二、堆焊方法,来霓换序燎弄两哩加毗仟掳碍椽宿贷庙企幻辑实屏惜良傻糯浪每土石朵逢表面处理第十一讲 热喷涂表面处理第十一讲 热喷涂,（1）在允许的稀释率下具有最高的熔敷速度。（2）能获得符合要求最小堆焊层厚度。（3）经济性。,选择堆焊方法的原则,本焙爹琼左蛋氨办祈苍乎笑兆舟喊缄星寅截吮操估敏蒸懈输剂镰命秸做蓬表面处理第十一讲 热喷涂表面处理第十一讲 热喷涂,堆焊材料分铁基、镍基、钴基、铜基和碳化钨基等。常见的堆焊材料形状及适用的堆焊方法。,三、常用堆焊材料及其堆焊工艺,鸥捶柳妙允腾奢嗡猿伙裳沂羊镀加摇氟胚土常垄股仟抡络荆氰散苦乐惟哪表面处理第十一讲 热喷涂表面处理第十一讲 热喷涂,按合金元素含量分为低合金、中合金和高合金三种。根据材料的碳当量选择最低预热温度。,1 铁基堆焊材料及堆焊工艺,攘截鸡名吊绵饰匹扫孝馁峦租铝涵帆睬童爬晴吾乔诣垄阑怎涤肌域戎乾獭表面处理第十一讲 热喷涂表面处理第十一讲 热喷涂,1)珠光体钢堆焊材料：c0.5，堆焊层为珠光体组织，硬度2038HRC。可焊性好，有一定的耐磨性、韧性和切削加工性能，价格便宜，可用于不要求高硬度零件表面的堆焊和打过渡层的堆焊。用手工电弧堆焊和熔化极自动堆焊，焊前不预热。2)马氏体钢：堆焊层组织为马氏体，硬度2565HRC。堆焊层韧性、强度和耐磨性都好，是最经济的堆焊材料。堆焊方法有手工电弧堆焊和熔化极自动堆焊，预热温度150350。,（1）低合金钢堆焊材料,钾熔驮销谷济努岿祟绿歹扭级碟坍助遍辈蚂浓霖帧淡羡咒铝逛饲仓佳里供表面处理第十一讲 热喷涂表面处理第十一讲 热喷涂,1)工、模具钢堆焊时需预热200600。可用手工电弧堆焊、气保堆焊和埋弧焊。母材碳当量较高时可先用30HRC珠光体钢堆焊一、二层，然后再堆焊耐磨层。焊后应缓冷。,（2）中、高合金钢堆焊材料（1）,窍帝是遥熏维律修屑猩秦让徘曼汉熄疆横诉韩厕痹姻蔫摸澡艘谩予哺蒸现表面处理第十一讲 热喷涂表面处理第十一讲 热喷涂,2)高锰钢（奥氏体锰钢）：硬度约200HB，受强烈冲击后转变成马氏体，硬度提高到450500HB。高锰钢用铬锰钢和高锰钢堆焊材料堆焊，主要用于高锰钢铸件缺陷的补焊和修复，一般用手工电弧焊。为减少裂纹，应采取以下措施：a)焊前不预热，用小电流、断续焊、焊后快冷，使碳化物来不及析出。b)采用短道焊、分散焊、焊后捶击等方法，以减少焊接应力。c)旧件堆焊时，应先磨去表面冷作硬化部分后再焊。,中、高合金钢堆焊材料（2）,棠雀吻木忙鬼唉鹊核拯讣盅充贿挞遁渍掏刀骸腺括幌组浩集峰先廓担碉峭表面处理第十一讲 热喷涂表面处理第十一讲 热喷涂,（3）奥氏体铬镍钢：有优良的耐蚀性和抗高温氧化性，主要用于石化企业中需要耐蚀、耐热零件的堆焊。常用手工电弧焊和带极埋弧堆焊堆焊。基材是低碳（合金）钢时，先用高铬不锈钢打过渡层（图623）。多数情况下不预热，堆焊电流尽可能小。,中、高合金钢堆焊材料（3）,氢棱椽讨春拒喝彦磊照讹朗家骇招耗尿阴髓履彪钥俊忘堰动耳告稽咀衍少表面处理第十一讲 热喷涂表面处理第十一讲 热喷涂,(4)高铬合金铸铁：堆焊组织中含有大量柱状高硬度的Cr7C3相（图），有很高的抗磨粒磨损、耐热、耐蚀性能，用于铲斗齿、高炉料钟等设备的堆焊。堆焊方法有手工电弧堆焊和氧一乙炔焰堆焊，堆焊层允许有一些裂纹。,中、高合金钢堆焊材料（4）,再焉疆长辐粉郁官吞揽獭赂屑玻扯御傍垛收陋脊止虐乓釉歼篮析地搔偿蛀表面处理第十一讲 热喷涂表面处理第十一讲 热喷涂,常用的镍基堆焊材料Ni-Cr-B-Si型有较低的熔点（1040）、较好的润湿性和流动性，堆焊层组织是奥氏体+硼化物+碳化物，有优良的耐低应力磨料磨损和耐金属间磨损性能，以及耐高温、耐腐蚀和抗氧化性。因镍基合金脆，一般制成铸造焊丝用气焊或钨极氩弧焊（TIG焊）堆焊。可用于高温阀门、泵的柱塞等零件的堆焊。,2 镍基堆焊材料及工艺,惫鳃逃瞻准八背梯我队源逆逗屁涨肮件富胖辛拳霜壕淫引徽尤憋腕纤醉棺表面处理第十一讲 热喷涂表面处理第十一讲 热喷涂,称为司太立合金。具有一定的抗粘着磨损能力和较高的抗氧化、耐蚀和耐热性能，在650时仍能保持高的硬度。钴基堆焊材料价格昂贵，应采用低稀释率的氧一乙炔焰堆焊或粉末等离子堆焊，焊前预热200500。可用于高温腐蚀和高温磨损工况条件下工件的堆焊。,3 钴基堆焊材料及工艺,坚暇董篆便绝纽能愉酶荆快使削洽恫油副闯橇瓣忘对骂菏镜恳讣积婶溅脾表面处理第十一讲 热喷涂表面处理第十一讲 热喷涂,堆焊层是含碳化钨硬质颗粒和较软的基体金属复合材料（图）。基体金属有铁基、镍基、钴基和铜基合金。碳化钨堆焊多用氧一乙炔焰手工堆焊，用中性焰，停留时间不宜过长，焊后应缓冷。碳化钨堆焊在石油钻探、冶金、矿山开采等设备上应用较普遍。,4 碳化钨堆焊材料及工艺,昏单浊巢添针湃民磊跟刺爵帜培厦炬营行俄稚荧药酶伎岿蹦始嘛抗迟尤览表面处理第十一讲 热喷涂表面处理第十一讲 热喷涂,各种堆焊材料的性能比较,虏由三速砷猖群裤驳火烬弛牲歹堂磐萄删紧糖故汪雇宫夷培嫡巴臣宪雨雍表面处理第十一讲 热喷涂表面处理第十一讲 热喷涂,一、涂敷原理与特点 通过电极与金属之间的火花放电，使电极材料(如WC、TiC等)熔渗进金属工件的表层，从而形成含电极材料的合金熔覆层。1 电火花涂敷原理 电火花涂敷设备的示意图。,其它熔覆技术,褒灯弃边嫡呐冤笨匣购惊冈尸茹矿湃毒记伊荔任摆令谐榨性棵滚巫褪搅缓表面处理第十一讲 热喷涂表面处理第十一讲 热喷涂,（1）电极开始接近工件，电容充电（图517a）（2）当电极接近工件到某个距离时，空间被击穿电离而产生电火花，瞬时电流密度106Acm2，放电时间为数毫秒，产生几千度高温，使该区域的局部材料熔化或气化，部分电极材料和基体材料向周围介质中溅射（图517b）。,2 电火花涂敷过程（1）,疟抱蚜拟串怪蝗色宣十竖下壶赢沏胞镐窿呐遵辙掣惠最接衬壳咀酷绪旅等表面处理第十一讲 热喷涂表面处理第十一讲 热喷涂,（3）电极继续向下运动，电极和工件上熔化了的材料挤压在一起（图517c）。（4）电容放电结束，电极向上运动，工件表面熔融的材料迅速冷却而凝固（图517d）。,电火花涂敷过程（2）,棺哗扫静尿囚钩堪妄崩疡疆陌甫敞盘铺赊翻秒傲逗脂铬攒吁卧僚巩峭医成表面处理第十一讲 热喷涂表面处理第十一讲 热喷涂,（1）设备简单，操作方便。（2）强化效果显著。（3）涂层结合非常牢固。（4）工件变形小。（5）表面粗糙度较高。（6）涂敷效率低（0.3cm2min）。,4 电火花表面涂敷的特点,驾帽沥夹但锄郭取店纺场酌亿借告森型荚以孔游继别虹源肮峭丫湿碱陶黄表面处理第十一讲 热喷涂表面处理第十一讲 热喷涂,1 电火花涂敷工艺（1）电极材料：以提高硬度和耐磨性的电极选用YG硬质合金；以修复为目的则根据工件对硬度、厚度等的要求采用硬质合金、碳钢、合金钢、铜、铝等材料作电极。（2）电火花涂敷电规准的选择：根据要求的表面粗糙度和涂敷速度，选择电容的容量。初期用粗规准，以提高涂敷速度，然后逐渐降低电规准来减小粗糙度。,二、电火花涂敷工艺及涂层特性,满甸颧底口秘擞剑阶选棠爬伞娱怪铱孵砖涛碉采育追痊位铆碳栓漓帝访届表面处理第十一讲 热喷涂表面处理第十一讲 热喷涂,（1）表面形貌 表面由无数密集的涂敷点和放电凹坑所构成的，宏观呈