焊接技師培訓(xùn)教材(噴涂)

1、熱熱 噴噴 涂涂1.噴涂技術(shù)的原理2.熱噴涂技術(shù)的分類及其特點(diǎn)3.熱噴涂材料4熱噴涂工藝流程和質(zhì)量控制5.熱噴涂方法6.噴涂工藝的選擇原則7.熱噴涂技術(shù)的應(yīng)用8.熱噴涂的涂層質(zhì)量評(píng)定提提 綱綱1.1.熱噴涂原理熱噴涂原理 利用熱能將噴涂材料熔化，再借助高速氣流將其霧化，并在高速氣流的帶動(dòng)下粒子撞擊基材表面，冷凝后形成具有某種功能的涂層。一、一、 噴涂技術(shù)的原理噴涂技術(shù)的原理（1） 噴涂材料被加熱到熔融狀態(tài)。（2） 噴涂材料被霧化成微小熔滴并高速撞擊基體表面，撞 擊基體的顆粒動(dòng)能越大和沖擊變形越大，形成的涂層結(jié)合越好。（3） 熔融的高速粒子在沖擊基材表面后發(fā)生變形，冷凝后形成涂層。2. 涂層形成

2、過(guò)程涂層形成過(guò)程 涂層性能具有方向性，垂直和平行涂層方向上的性能不一致。 涂層中伴有氧化物等夾雜，存在部分孔隙，孔隙率420。3. 涂層結(jié)構(gòu)涂層結(jié)構(gòu)（1） 涂層是由無(wú)數(shù)變形粒子互相交錯(cuò)堆疊在一起，形成一層堆積而成的層狀結(jié)構(gòu)。 涂層內(nèi)有一定比例的孔隙，產(chǎn)生原因是：（1） 噴涂角度不同造成的遮蔽效應(yīng)；（2） 涂層材料凝固收縮時(shí)形成的空隙。 孔隙將降低涂層的硬度、耐磨性和耐蝕性。 涂層內(nèi)的氧化夾雜物含量及涂層的致密度取決于加熱源、噴涂材料及噴涂工藝。 涂層結(jié)構(gòu)涂層結(jié)構(gòu)（2） 涂層冷凝收縮時(shí)，涂層外層的拉應(yīng)力、涂層內(nèi)層的壓應(yīng)力、組織轉(zhuǎn)變產(chǎn)生的微觀應(yīng)力，結(jié)果使涂層產(chǎn)生殘余張應(yīng)力，應(yīng)力大小與涂層厚度成正比

3、，當(dāng)張應(yīng)力超過(guò)涂層與基材之間結(jié)合強(qiáng)度時(shí)，涂層就會(huì)發(fā)生破壞。4. 涂層應(yīng)力涂層應(yīng)力（1） 殘余應(yīng)力限制了涂層的厚度。減少涂層殘余應(yīng)力措施：（1） 調(diào)整噴涂工藝參數(shù)；（2）致密涂層的殘余應(yīng)力要比疏松涂層大；（3） 采用梯度過(guò)渡層緩和涂層內(nèi)應(yīng)力。涂層應(yīng)力涂層應(yīng)力（2） 包括涂層與基材之間、涂層中顆粒與顆粒之間的結(jié)合，結(jié)合形式有：（1） 機(jī)械結(jié)合：撞成扁平狀的顆粒和凸凹不平的基材表面互相嵌合(即拋錨效應(yīng))而結(jié)合在一起。5. 涂層的結(jié)合強(qiáng)度涂層的結(jié)合強(qiáng)度（1）（2） 物理結(jié)合：熔融粒子的原子與基材表面原子之間距離達(dá)到晶格常數(shù)范圍時(shí)，產(chǎn)生范德華力，形成物理結(jié)合。（3） 冶金-化學(xué)結(jié)合：熔融粒子撞擊基材表面

4、時(shí)釋放出的能量使噴涂材料與基材之間發(fā)生局部擴(kuò)散和焊合，形成冶金結(jié)合。如噴涂鎳包鋁復(fù)合粉末時(shí)的放熱反應(yīng)。 熱噴涂的涂層與基材的結(jié)合主要以機(jī)械結(jié)合為主，結(jié)合強(qiáng)度較差(70MPa)。涂層的結(jié)合強(qiáng)度涂層的結(jié)合強(qiáng)度（2） 1. 1.熱噴涂技術(shù)的分類熱噴涂技術(shù)的分類 按熱源分類，各噴涂方法的焰流溫度和粒子速度不同。二、熱噴涂技術(shù)的分類及其特點(diǎn)二、熱噴涂技術(shù)的分類及其特點(diǎn)（1） 可在各種基材上制備各種涂層；（2） 基材溫度低（30 200），熱影響區(qū)淺，變形?。唬?） 涂層厚度范圍寬（0.5 5mm） ；（4） 操作靈活，可在不同尺寸和形狀的工件上噴涂；（5） 加熱效率低，噴涂材料利用率低，（6） 涂層與基

5、體結(jié)合強(qiáng)度低。 2.熱噴涂技術(shù)的特點(diǎn)熱噴涂技術(shù)的特點(diǎn)1. 噴涂材料的分類和要求噴涂材料的分類和要求 熱噴涂按材料的形態(tài)分線材、棒材和粉末三大類。三、熱噴涂材料三、熱噴涂材料熱噴涂材料分類熱噴涂材料分類（金屬類）熱噴涂材料分類熱噴涂材料分類（非金屬類）（1）熱穩(wěn)定性好，在高溫焰流中不升華，不分解(復(fù)合粉末）。（2） 有較寬的液相區(qū)，使熔滴在較長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)保持液相。（3）與基材有相近的熱膨脹系數(shù)，以防止因膨脹系數(shù)相差過(guò)大產(chǎn)生較大的熱應(yīng)力。（4） 噴涂材料在熔融狀態(tài)下應(yīng)和基材有較好的浸潤(rùn)性，以保證涂層與基材之間有良好的結(jié)合性能。1.熱噴涂材料的要求熱噴涂材料的要求（1） 要把實(shí)用性、工藝性和經(jīng)濟(jì)性結(jié)合起

6、來(lái)考慮，盡量選擇合理的噴涂材料。（2） 對(duì)于重要的部件以獲得最優(yōu)涂層性能為準(zhǔn)則；不十分重要的部件則以獲得最大的經(jīng)濟(jì)效益為準(zhǔn)則。（3） 根據(jù)工件的工作環(huán)境選擇合適的工作涂層。（4） 為滿足噴涂工件的使用要求，可采用復(fù)合涂層和梯度涂層。2.熱噴涂材料的選材原則熱噴涂材料的選材原則 質(zhì)量控制要素（4M）：設(shè)備（Machine）、材料（Materials）、工藝（Methods）和人員（Man）。 熱噴涂工藝流程包括基材表面預(yù)處理、熱噴涂、后處理和精加工等過(guò)程。四、熱噴涂工藝流程和質(zhì)量控制四、熱噴涂工藝流程和質(zhì)量控制熱噴涂工藝流程熱噴涂工藝流程（1） 凈化處理：清除表面污垢。（2） 粗化處理：提高涂層

7、與基體之間的結(jié)合牢度。1. 基材表面預(yù)處理基材表面預(yù)處理 粗化處理可提高涂層結(jié)合強(qiáng)度的理由是：1） 提供表面壓應(yīng)力；2） 提供與涂層顆?；ユi機(jī)會(huì)；3） 增大結(jié)合面積；4） 凈化表面。 1） 表面噴砂，使其粗糙度為Ra3.212.5m；粗化處理的方法粗化處理的方法（1）表 61 達(dá)到所要求粗糙度的噴砂條件 磨料粒度 /目 磨料材質(zhì) 噴砂壓力 /kPa 噴嘴孔徑 /mm 設(shè)備類型 基體材質(zhì) 粗糙度 /m 24 60 80 氧化鋁 氧化鋁 碳化硅 氧化鋁 414 414 414 7.9 7.9 7.9 壓力式 虹吸式 壓力式 鋼 不銹鋼 塑料 12.5 6.3 6.3 2） 開(kāi)槽；粗化處理的方法粗化

8、處理的方法（2）粗化處理的方法粗化處理的方法（3）表 62 粘結(jié)底層材料及最高使用溫度 涂層（質(zhì)量分?jǐn)?shù)） 溫度/ 鉬 80Ni20Al 95Ni5Al 80Ni20Cr 94Ni6A1 Ni(Co)CrY 315 620 1010 1260 980 1316 4） 噴涂粘結(jié)底層。3） 電火花拉毛； 封孔處理的目的：（1） 防止或阻止涂層界面處的腐蝕；（2） 在某些機(jī)械部件中防止液體和壓力的密封泄露；（3） 防止污染或研磨碎屑碎片進(jìn)入涂層；（4） 保持陶瓷涂層的絕緣強(qiáng)度。 封孔處理是在噴涂之后、機(jī)加工之前進(jìn)行。2 涂層的后處理（封孔處理）涂層的后處理（封孔處理）表 63 常用封孔劑 類 型 封

9、孔 劑 非干燥型 石蠟、油脂、油 空氣干燥型 油漆、氯化橡膠、空氣干燥型酚醛、乙烯樹(shù)脂、硅樹(shù)脂、 煤焦油、聚氨酯、亞麻子油、聚酯 烘烤型 烘烤酚醛、酚醛樹(shù)脂、環(huán)氧樹(shù)脂、聚酯、聚酰胺樹(shù)脂 催化型 環(huán)氧樹(shù)脂、聚酯、聚氨酯 無(wú)機(jī)封孔劑 硅酸鈉、磷酸鹽 常用封孔劑常用封孔劑1. 火焰噴涂火焰噴涂 用氧乙炔氣體作為加熱源，用燃?xì)饣蚨栊詨嚎s氣體霧化并加速噴涂材料，在基材表面沉積形成涂層。 火焰噴涂包括線材火焰噴涂和粉末火焰噴涂。五、熱噴涂方法五、熱噴涂方法常用的火焰噴涂材料及用途常用的火焰噴涂材料及用途表 65 最常用的火焰噴涂涂層材料及應(yīng)用 涂層材料 應(yīng) 用 鋅、鋁 鋼結(jié)構(gòu)的陰極保護(hù)防腐涂層 鎳鋁 粘結(jié)

10、底層 鉬 粘結(jié)底層；有優(yōu)異的抗粘著磨損性能 高鉻鋼 耐磨保護(hù)涂層 青銅、巴氏合金 軸承修復(fù) 不銹鋼、鎳、蒙乃兒合金 耐腐蝕涂層 鋁、鎳鋁 抗熱氧化涂層 塑料 防腐蝕涂層 線材火焰噴涂設(shè)備示意圖和噴涂槍。（1）線材火焰噴涂）線材火焰噴涂 線材火焰噴涂原理圖。（2）粉末火焰噴涂 粉末火焰噴涂的基本原理和噴涂槍。（2）粉末火焰噴涂）粉末火焰噴涂 工藝流程工件表面預(yù)處理預(yù)熱噴涂打底層噴涂工作層后處理。 a) 預(yù)熱目的：1） 去除工件表面的水分；2） 提高工件表面與熔粒的接觸溫度；3） 降低涂層冷卻速度，減小涂層內(nèi)應(yīng)力。 預(yù)熱溫度一般控制在150300為宜。可直接用噴槍預(yù)熱?；鹧鎳娡抗に嚮鹧鎳娡抗に嚕?

11、）b) 噴涂 需打底層時(shí)，可在噴涂工作層之前用鉬或放熱型的鎳包鋁、鋁包鎳粉末先噴涂一層厚度約0.100.15mm的打底層。 嚴(yán)格控制噴涂材料的供給速度、噴涂距離（100150mm）、每道涂層的厚度（0.10.15mm）、噴槍與工件的移動(dòng)速度（718mmin）和層間溫度（120dB)，需有隔音和防護(hù)裝置。（1）超音速噴涂的特點(diǎn)）超音速噴涂的特點(diǎn)超音速噴涂的涂層質(zhì)量?jī)?yōu)于等離子噴涂的涂層。（2）涂層性能及應(yīng)用）涂層性能及應(yīng)用各種熱噴涂方法比較各種熱噴涂方法比較1 對(duì)涂層結(jié)合力要求不高，噴涂材料熔點(diǎn)2500，可采用火焰噴涂。2 對(duì)涂層性能要求較高，噴涂高熔點(diǎn)材料時(shí)，應(yīng)采用等離子噴涂。3 工程量大的金屬

12、噴涂施工最好采用電弧噴涂。4 要求高結(jié)合力、低孔隙度的金屬、合金及以某些金屬陶瓷涂層可采用超音速火焰噴涂。5 對(duì)于批量大的工件，宜采用自動(dòng)噴涂。六、噴涂工藝的選擇原則六、噴涂工藝的選擇原則1. 噴涂耐腐蝕涂層噴涂耐腐蝕涂層(1) 鋁、鋅及其合金涂層：鋅、鋁的腐蝕電極電位高于鐵，涂層有保護(hù)作用，可用于橋梁、鐵塔等大型部件的防腐處理(在鋅中加鋁可提高涂層的耐蝕性能，若鋁的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為30，則耐蝕性最佳) 。(2) 不銹鋼涂層：不銹鋼電極電位比鐵高，易在涂層孔隙處產(chǎn)生電化學(xué)腐蝕，所以噴涂后必須封孔處理。(3) 塑料涂層：用于化工、食品等行業(yè)。七、熱噴涂技術(shù)的應(yīng)用七、熱噴涂技術(shù)的應(yīng)用(1) 用于耐磨的涂

13、層：1) 涂層硬度超過(guò)磨料硬度：如氧化鋁陶瓷涂層或鎳基、鈷基碳化鎢涂層。用于軋輥、螺旋送料器等部件。(2) 用于修復(fù)的涂層：噴涂鐵基或鎳基耐磨合金涂層 。2. 噴涂耐磨涂層噴涂耐磨涂層3 噴涂耐高溫涂層(1) 抗高溫氧化的涂層：如超音速火焰噴涂Cr2C3-NiCr涂層；用等離子噴涂氧化鋁陶瓷涂層。(2) 熱障涂層：使金屬基體與高溫環(huán)境隔離，保持金屬構(gòu)件的力學(xué)性能。3. 噴涂耐高溫涂層噴涂耐高溫涂層 生物相容性涂層：在種植體(不銹鋼等)表面用等離子噴涂一層生物相容性好的羥基磷灰石涂層，生物組織可以長(zhǎng)入涂層中的孔隙中，與種植體形成牢固的結(jié)合。4. 噴涂功能涂層噴涂功能涂層（1） 直接測(cè)量法：用卡尺

14、或在顯微鏡下測(cè)量。（2） 測(cè)厚儀測(cè)量法：1） 渦流法：利用高頻磁場(chǎng)引起金屬內(nèi)部渦流，渦流產(chǎn)生的磁場(chǎng)又影響探頭的阻抗，測(cè)量其阻抗值就可確定涂層的厚度。2） 磁性法：根據(jù)非磁性涂層對(duì)探頭磁通量的變化值來(lái)測(cè)量。5. 涂層的厚度涂層的厚度（1）涂層拉伸結(jié)合強(qiáng)度：制備試樣，涂層厚度大于0.38mm。用粘結(jié)劑把試樣粘結(jié)在一起，然后將其拉斷，拉伸結(jié)合強(qiáng)度： b FA0式中，b 為涂層結(jié)合強(qiáng)度；F為試樣斷裂載荷；A0為試樣涂層面積。6. 涂層結(jié)合強(qiáng)度涂層結(jié)合強(qiáng)度（1）（2）涂層剪切強(qiáng)度：用粘結(jié)劑將涂層A粘在B上(a)，然后拉伸使涂層與基材分離；或用(b)方法在材料試驗(yàn)機(jī)上緩慢加壓，直至涂層被剪切剝離，此時(shí)涂層

15、的剪切強(qiáng)度F： 式中，P涂層剪切剝離時(shí)的載荷；D試樣末噴涂前的直徑；L涂層在試樣上的寬度。DLPF涂層結(jié)合強(qiáng)度涂層結(jié)合強(qiáng)度（2）（3）涂層的彎曲強(qiáng)度：將涂層試樣彎曲到一定角度時(shí)，涂層開(kāi)始出現(xiàn)龜裂的彎曲角度就是涂層的彎曲強(qiáng)度。涂層結(jié)合強(qiáng)度涂層結(jié)合強(qiáng)度（3）式中，m涂層材料密度（m可從相關(guān)手冊(cè)中查得）。csscVVG%100)1 (mc7. 涂層的孔隙度涂層的孔隙度（1）（1）計(jì)算法：按圖351加工涂層試樣并稱重，涂層密度c： 式中G試樣重量；s 基材密度；Vs基材體積；Vc涂層體積。 根據(jù)c算出涂層孔隙度 孔隙度5 涂層的金相檢測(cè) 用金相觀察涂層的組織、涂層與基體的結(jié)合程度、涂層中的微觀缺陷等。

16、涂層的孔隙度涂層的孔隙度（2）（2） 金相法：用金相顯微鏡中的柵格測(cè)定孔隙所占的格數(shù)，與總視場(chǎng)格數(shù)的比值即為涂層的孔隙度。（3） 試劑法和 高壓放電法。1. 外觀 涂層應(yīng)無(wú)剝離、裂紋、大的變形等宏觀缺陷。2. 涂層的硬度 用布氏、洛氏、維氏和顯微硬度法測(cè)量涂層硬度。八、熱噴涂的涂層質(zhì)量評(píng)定八、熱噴涂的涂層質(zhì)量評(píng)定熱熱 噴噴 焊焊 用熱源將涂層材料重熔，涂層內(nèi)顆粒之間、涂層與基體之間形成無(wú)孔隙的冶金結(jié)合。一、熱噴焊的特點(diǎn)一、熱噴焊的特點(diǎn)1）工件表面溫度：噴涂時(shí)工件表面溫度900。2）結(jié)合狀態(tài)：噴涂層以機(jī)械結(jié)合為主；噴焊層是冶金結(jié)合。3）粉末材料：噴焊用自熔性合金粉末，噴涂粉末不受限制。4）涂層結(jié)

17、構(gòu)：噴涂層有孔隙，噴焊層均勻致密無(wú)孔隙。5）承載能力：噴焊層可承受沖擊載荷和較高的接觸應(yīng)力。1. 熱噴焊工藝與熱噴涂工藝的區(qū)別熱噴焊工藝與熱噴涂工藝的區(qū)別（1） 越大，涂層性能與原粉末性能偏差越大。噴焊層的約510，噴涂層的幾乎為零。%100BAB熱噴焊工藝與熱噴涂工藝的區(qū)別熱噴焊工藝與熱噴涂工藝的區(qū)別（2）6） 涂層稀釋率 ：式中A噴焊金屬質(zhì)量；B基材熔化的金屬質(zhì)量。 自熔性合金粉末：利用合金中B、Si元素的作用，獲得高質(zhì)量的噴焊層。B、Si的作用是：（1）降低合金熔點(diǎn)，擴(kuò)大固液兩相區(qū)（熔點(diǎn)9501200）。（2）起到脫氧還原作用。（3）起到造渣作用。（4）利用B、Si固溶強(qiáng)化、彌散強(qiáng)化、生

18、成的金屬間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噴焊工藝性能。二、常用熱噴焊材料二、常用熱噴焊材料 常用的熱噴焊材料分為鐵基、鎳基、鈷基和銅基四大類。三、熱噴焊材料分類三、熱噴焊材料分類 用氧乙炔火焰作為噴焊的熱源，把自熔合金粉末噴涂在基材表面，然后在基材不熔化的前提下加熱熔化涂層，獲得致密的、結(jié)合牢固的噴焊層。（1） 火焰噴焊設(shè)備 噴焊槍1 1、氧、氧乙炔火焰噴焊乙炔火焰噴焊四、熱噴焊方法四、熱噴焊方法（1） 預(yù)處理：清潔、粗化被處理工件表面；（2） 預(yù)熱：使工件產(chǎn)生適當(dāng)?shù)臒崤蛎?，減少噴焊層應(yīng)力。（3）噴粉和重熔： 1） 一步法：邊噴粉邊熔化。特點(diǎn)是粉末沉

19、積率高，但涂層厚度不均勻。 2） 二步法：先噴涂，然后用重熔槍將涂層熔化形成噴焊層（“鏡面”反光）。（4） 后處理：噴焊較硬涂層時(shí)，應(yīng)采取噴焊后緩冷的措施。2 . 火焰噴焊工藝火焰噴焊工藝3 . 火焰噴焊的應(yīng)用火焰噴焊的應(yīng)用 表 714 氧乙炔火焰噴焊工藝應(yīng)用實(shí)例 原材料工藝 改用火焰噴焊工藝 工件名稱 基 材 處理工藝 基 材 噴焊合金 工 藝 使用效果 拉絲機(jī)平輥 拉絲機(jī)寶塔輪 沖 頭 冷沖模沖頭 耐火磚模具 冷拉鋼管內(nèi)模 翻鋼機(jī)工作輥 軋機(jī)導(dǎo)衛(wèi)板 加熱爐輥道 磨料密封環(huán) 玻璃模具 GCrl5 GCrl5 3Cr2W8V T10A或 2Cr13 45 鋼 45 鋼 45 鋼 鑄鐵 低碳鋼

20、1Crl3 鑄鐵 熱處理 熱處理 熱處理 熱處理 熱處理 熱處理 45 鋼 45 鋼 3Cr2W8V A3 鋼 45 鋼 45 鋼 45 鋼 35 鋼 低碳鋼 lCr13 鑄鐵 NiWC25 Ni60 Co35WC Ni60 Ni55 Ni55 或 Ni60 Ni55WC25 CoWC35 Ni60 Ni60 Ni25 二步法 一步法 二步法 二步法 二步法 二步法 二步法 一步法 二步法 二步法 一步法 提高 34 倍 提高 5 倍 提高 3.5 倍 提高 10 倍 提高 9 倍 提高 4 倍 提高 10 倍 提高 4 倍 提高 3 倍 提高 6 倍以上 提高 5 倍 1 等離子噴焊設(shè)備 一般采用聯(lián)合弧。 噴嘴的長(zhǎng)度L和直徑d比(稱為壓縮比)通常在11.4之間，以獲得柔性弧。 噴焊槍要固定在機(jī)械擺動(dòng)裝置上左右擺動(dòng)。2 2、等離子噴焊、等離子噴焊 與其它涂層技術(shù)相比，等離子噴焊技術(shù)的主要特點(diǎn)：（1）生產(chǎn)效率高。（2）稀釋率低(5)。（3）工藝穩(wěn)定性好，易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化。（4）噴焊層平整，成分均勻，可獲得0.258mm任意厚度噴焊層。3. 等離子噴焊的特點(diǎn)等