熱噴涂技術(shù)doc.doc

熱噴涂技術(shù)起始于上世紀(jì)初，一九一三年，瑞士人 M.U. Schoop發(fā)明。起初，只是將熔化的金屬用壓縮空氣形成液流，噴到被涂敷的基體表面上，形成一層膜狀組織。其噴涂溫度、熔滴對(duì)基體表面的沖擊速 度及形成涂層的材料的性能構(gòu)成了噴涂技術(shù)的核心。熱噴涂技術(shù)的整個(gè)發(fā)展，基本上是沿著這三支主導(dǎo)線向前推進(jìn)的。溫度和速度取決于不同的熱源和設(shè)備結(jié)構(gòu)。從某種意義上說(shuō)，溫度越高、速度越快，越有利于形成優(yōu)異的涂層，這就導(dǎo)致了溫度和速度兩種要素在整個(gè)技術(shù)發(fā)展過(guò)程中的競(jìng)爭(zhēng)與協(xié)調(diào)的局面。繁多的噴涂材料的可選擇性，是熱噴涂指數(shù)的另一種優(yōu)勢(shì)，它可以使不同設(shè)備的工作面被“點(diǎn)鐵成金、戴盔穿甲”。正是這三種要素，使熱噴涂成為真正具有疊加效果的獨(dú)特技術(shù)，它可 以設(shè)計(jì)出所需的各種各樣性能的表面，獲得從一般機(jī)械維修，直到航天和生物工程等高技術(shù)領(lǐng)域廣泛的應(yīng)用。 1 定義 熱噴涂是這樣原一系列過(guò)程：以某種形式的熱源將噴涂材料加熱，受熱的材料形成熔融或半熔融狀態(tài)的微粒，這些微粒以一定的速度沖擊并沉積在基體表面上，形成具有一定特性的噴涂層。 2 噴涂材料 噴涂材料有粉、線、帶和棒等不同形態(tài)，它們的成分是金屬、合金、陶瓷、金屬陶瓷及塑料等。粉末材料居重要地位，種類逾百種。線材與帶材多為金屬或合金（復(fù)合線材尚含有陶瓷或塑料）；棒材只有十幾種，多為氧化物陶瓷。 3 噴涂方法 以提供熱源的不同，可分為燃燒法及電熱法。前者包括燃燒火焰噴涂、爆炸噴涂及高速火焰噴涂(HVOF);后者包括電弧噴涂及等離子噴涂（又分常壓等離子噴 涂與水穩(wěn)等離子噴涂）。 噴涂工藝對(duì)涂層產(chǎn)生重要影響的是噴涂濕度（嚴(yán)格地說(shuō)，是熔滴沖擊基體表面時(shí)的溫度）和熔滴沖擊表面的速度。 4 涂層的形成及其評(píng)價(jià) 噴涂材料經(jīng)過(guò)具有某種熱源形式的噴涂設(shè)備噴射之后，在到達(dá)被噴涂的基體表面之前，其飛行時(shí)間只有幾千分之一秒或更少。在如此之短的時(shí)間內(nèi)，它被加熱、熔化 或半熔化，形成細(xì)小而分散的熔滴，沖向基體表面，被擊成扁平的疊狀小片，先前生成的扁片又被后來(lái)者所覆蓋，很快就形成由很多扁平羅疊而成的覆蓋層，即為涂層。熱源濕度越高，熔滴沖擊速度越大，形成的涂層越致密。涂層性能與諸多因素有關(guān)。 5. 涂層功能與分類 當(dāng)某一個(gè)工程問(wèn)題提出后，首先應(yīng)明確接受施工的工件被噴涂的部位（通常是設(shè)備或設(shè)施的工作表面）處于什么樣的工況條件，而涂層功能則是確定噴涂工藝及材料的主要依據(jù)，同時(shí)還要考慮在經(jīng)濟(jì)上是否允許。涂層的多樣性源于噴涂材料的多種選擇、工藝參數(shù)的可控及噴涂方法的可變。噴涂粉末材質(zhì)逾百種，線材和棒材也有數(shù)十種，不同的噴涂方法和工藝參數(shù)的變化，能 使同一材質(zhì)形成不盡相同的涂層。如此，這些變數(shù)的組合就可得到一組“菜單式”的涂層系列，當(dāng)你需要具有某種特性的涂層時(shí)，只需從中擇取即是。 噴涂材料噴涂而成的涂層依據(jù)它們的成份可以分為10個(gè)系列；（1）鐵、鎳和鈷基涂層；（2）自熔合金涂層；（3）有色金屬涂層；（4）氧化物陶瓷涂層； （5）碳化鎢涂層；(6)碳化鉻和其他碳化物涂層；（7）難熔金屬涂層；（8）氧化物陶瓷涂層；（9）塑料基涂層；（10）金屬陶瓷涂層。 涂層按其應(yīng)用中的功能可分為： 1） 耐磨損涂層。包括抗粘著磨損、表面疲勞磨損涂層和耐沖蝕涂層。其中有些情況還有抗低溫（538C）磨損和抗高溫（538843C）磨損涂層之分。 2） 耐熱抗氧化涂層。該種涂層包括高溫過(guò)程（其中有氧化氣氛、腐蝕性氣體、高于843的沖蝕及熱障）和熔融金屬過(guò)程（其中有熔融鋅、熔融鋁、熔融鐵和鋼、熔融銅）所應(yīng)用的涂層。 3） 抗大氣和浸漬腐蝕涂層。大氣腐蝕包括工業(yè)氣氛、鹽性氣氛、田野氣氛等造成的腐蝕；浸漬腐蝕包括飲用淡水、非飲用淡水、熱淡水、鹽水、化學(xué)和食品加工等造成的腐蝕。 4） 電導(dǎo)和電阻涂層。該種涂層用于電導(dǎo)、電阻和屏蔽。 5） 恢復(fù)尺寸涂層。該種涂層用于鐵基（可切削與可磨削的碳鋼和耐蝕鋼）和有色金屬（鎳、鈷、銅、鋁、鈦及他們的合金）制品。 6） 機(jī)械部件間隙控制涂層。該種涂層可磨。 7） 耐化學(xué)腐蝕涂層?；瘜W(xué)腐蝕包括各種酸、堿、鹽，各種無(wú)機(jī)物和各種有機(jī)化學(xué)介質(zhì)的腐蝕。 8）個(gè)性功能涂層。如電子行業(yè)減熱噴涂技術(shù)的核心是對(duì)熱噴涂材料進(jìn)行加熱使之熔化或半熔化并加速沉積到經(jīng)過(guò)預(yù)處理的工件表面形成涂層。因此熱源的應(yīng)用和控制對(duì)熱噴涂過(guò)程至關(guān)重要。目前熱噴涂采用的熱源主要有氣（液）體燃燒火焰、電弧和等離子弧等。 一、燃燒火焰 1燃燒原理 將燃料氣體或液體與助燃?xì)怏w按一定比例混合燃燒而產(chǎn)生熱量。常用的燃料氣體或液體有：乙炔、丙烷、丙烯、天然氣、煤油等。由于乙炔和氧氣燃燒可產(chǎn)生較高的燃燒溫度和火焰速度，因此在火焰噴涂方法中氧-乙炔火焰最為常用， 幾種氣體的燃燒溫度 熱源 溫度/ 熱源 溫度/ 乙炔，氧氣 3100丙烷，氧氣 2650氫氣，氧氣 2600天然氣，氧氣 27002火焰的形貌特點(diǎn) 火焰由焰芯、內(nèi)焰、外焰三部分組成。通過(guò)控制燃料氣體與氧氣的流量和比例，可改變?nèi)紵鹧娴男再|(zhì)和功率?；鹧娴男再|(zhì)分為中性焰、還原焰（碳化焰）和氧化焰三種。 （1）中性焰。中性焰是氧氣-乙炔完全燃燒的狀態(tài)。焰芯呈藍(lán)白色圓錐形，有明顯的輪廓。焰芯外面是淡白色的外焰。 （2）還原焰（碳化焰）。碳化焰是乙炔與氧氣的比例相對(duì)偏大的燃燒狀態(tài)。焰芯較長(zhǎng)，呈藍(lán)白色，內(nèi)焰呈淡藍(lán)色，外焰呈橘紅色。 （3）氧化焰。氧化焰是氧氣與乙炔的比例相對(duì)偏大的燃燒狀態(tài)。焰芯短而尖，呈青白色，內(nèi)焰難以分辨，外焰呈藍(lán)紫色。 幾種主要燃料和氧混合燃燒的火焰特性如表所示。 燃料和氧混合燃燒的火焰特性波涂層、核電站的屏粉末火焰噴涂 粉末火焰噴涂是采用氧-乙炔火焰為熱源，噴涂材料為粉末的熱噴涂方法。它是繼火焰線材噴涂之后出現(xiàn)的一種噴涂方法，由于設(shè)備簡(jiǎn)單，噴涂材料種類多，是目前國(guó)內(nèi)應(yīng)用最為普遍的熱噴涂工藝。 1噴涂原理 粉末火焰噴涂是借助粉末火焰噴槍進(jìn)行的。噴槍通過(guò)虹吸氣頭分別引入氧氣和乙炔，二者混合后在噴嘴出口處產(chǎn)生燃燒火焰。噴槍上裝有粉斗或進(jìn)粉口，利用氣流產(chǎn)生的負(fù)壓，抽吸粉斗中的粉末，使粉末隨氣流從噴嘴中心噴出進(jìn)入火焰，被加熱或軟化，焰流推動(dòng)熔粒以一定速度噴射到工件表面形成涂層。為了提高粒子的飛行速度，有的噴槍配有壓縮空氣噴嘴，借助壓縮空氣給粒子以附加的推力。 粉末在被加熱的過(guò)程中，由表層向芯部熔化，熔融的表層會(huì)在表面張力的作用下，趨于球狀，不存在粉粒再被破碎的霧化過(guò)程。因此粉末顆粒的大小在一定程度上決定了涂層中變形顆粒的大小和表面粗糙度。粉末在被焰流加熱和加速的過(guò)程中，由于粉末在焰流中所處的位置不同，造成其受熱的程度不同，有的熔化或半熔化，有的只是軟化或半軟化。這與線材火焰噴涂的熔化-霧化過(guò)程存在較大區(qū)別，使得粉末火焰噴涂涂層的結(jié)合強(qiáng)度和致密性一般不及線材火焰噴涂。 2設(shè)備 粉末火焰噴涂設(shè)備的構(gòu)成與線材火焰噴涂類似，也是由氧氣-乙炔供給系統(tǒng)、壓縮空氣供給系統(tǒng)、噴槍等組成。區(qū)別主要在噴槍。在噴槍不需要壓縮空氣時(shí)，則不需要壓縮空氣供給系統(tǒng)。在槍外送粉的情況下，需要增加送粉器。 粉末火焰噴涂槍的種類較多，國(guó)產(chǎn)的具有代表性的噴槍有：上海產(chǎn)的QT-E-7/h和QT-E2000-7h型噴槍，成都產(chǎn)的CP-3000型亞音速噴槍，進(jìn)口的有美國(guó)Metco公司的5P和6P型。不同型號(hào)的噴槍雖然在結(jié)構(gòu)上存在一定差異，但基本都是由火焰燃燒系統(tǒng)和粉末供給系統(tǒng)兩部分組成。 CP-3000型亞音速噴槍是以氧-乙炔火焰為熱源，以壓縮空氣作為送粉氣、加速氣和冷卻氣的一種高速高效粉末噴涂槍。它具有獨(dú)特的螺旋式混氣和射吸式進(jìn)氣結(jié)構(gòu)，能大幅度提高焰流的燃燒效率和功率。該噴槍通過(guò)選配不同的噴嘴組件，可分別噴制性能優(yōu)異的碳化物涂層和氧化鋁、氧化鋯等高熔點(diǎn)材料涂層。 3涂層和工藝技術(shù)特點(diǎn) （1）涂層結(jié)構(gòu)特性。氧乙炔火焰粉末噴涂涂層，其組織亦為層狀結(jié)構(gòu)，涂層中含有氧化物、孔隙及少量變形不充分的顆粒。涂層與基材間屬于機(jī)械結(jié)合。涂層孔隙率和結(jié)合強(qiáng)度受噴涂材料、噴涂工藝的影響比較大，孔隙率一般在5-20%之間，結(jié)合強(qiáng)度在