等離子噴涂粉料研究

1、山東科技大學 等離子噴涂粉料的研究 2016/4/12山東科技大學 等離子噴涂粉料的研究課程論文：材料表面工程基礎學院：材料科學與工程學院專業(yè)：無機非金屬材料工程13-2姓名：劉鳳軍學號：2013011304142016年4月12日等離子噴涂粉料的研究劉鳳軍 無機非金屬材料工程13-2 201301130414摘要：隨著科學技術的不斷發(fā)展，人們對機器零部件表面性能的要求也越來越高，一股的金屬材料和工程合金，在表面的耐磨性，耐腐蝕和耐高溫等方面，已遠遠不能滿足要求。等離子噴涂技術和其它噴涂方法(氧己快火餡噴涂、金屬電弧噴涂)相比，可以熔化一切難熔金屬和非金屬粉末，使普通材質的零件表面獲得一層具有

2、耐磨、耐腐蝕、耐高溫等各種不同性能的涂層。它可以達到提高機器設備零部件的表面質量、延長使用壽命、修復已損缺的舊件等目的。它還具有噴涂效率高，涂層致密、與基體的拈結強度高、零件熱變形影響極小等優(yōu)點。因此，等離子噴法技術在現代工業(yè)和尖端科學技術中得到了廣泛的應用關鍵字：等離子噴涂 陶瓷粉料 氧化鋁 氧化鋯 碳化物等一：等離子噴涂的基本原理及特點基本原理：等離子噴涂基本原理是將金屬（或非金屬)粉末通過非轉移型等離子弧焰流中加熱到熔化或半熔化狀態(tài)，并隨同等離子焰流，以高速噴射并沉積到預先經過處理過的工件表面上，從而形成一種具有特殊性能的涂層。噴涂特點：1可以獲得各種性能的涂層，2噴涂后的涂層致密和粘接

3、強度高，3噴涂后涂層平整、光滑，并可精確控制，4.等離子噴涂能獲得含氧化物少，雜質少，很純潔的涂層，5.噴涂時對工件的熱變形影響小，無組織變化，6.噴涂效率高，7.噴涂工藝規(guī)范穩(wěn)定，調節(jié)性能好，容易操作。噴涂缺點：小孔徑孔內表面難以噴涂，原因是噴槍尺寸及噴距限制。其次是由于高溫、高速等離子焰流產生劇烈噪聲、強光輻射、有害氣體如具氧、氮氧化合物等)，金屬蒸汽、粉塵、對人體有害，需采取防護措施。二：噴涂材料的分類及特點 噴涂材料按形狀分，可分為線材及粉末兩大類；按成分組成分，可分為金屬，非金屬及復臺材料三大類。 金屬及其合金線材一般用于火焰及電弧噴涂。金用及其合金粉末一般用于火焰噴涂及噴熔，等離于

4、噴涂和等離子弧堆焊。陶瓷材料一般為高熔點材料主要用于等離子噴涂和爆炸噴涂。塑料粉末一般用于火餡及等離子噴涂。復合材料線材可用于火焰及電弧噴涂，粉末則用于火焰、等離子及爆炸噴涂。 噴涂材料應具備的特點： 1熱穩(wěn)定性好 熱噴涂材料在噴涂過程中，必須能夠耐高溫。即在高溫下不改變性能。2使用性能好 根據對工件的要求，由噴涂材料形成的涂層應滿足各種使用要求(如耐磨、耐蝕等)、即噴徐材料也必須具有相應性能。3濕潤性能好 濕潤性能的優(yōu)劣關系到涂層與基體的結合強度，涂層自身的致密度。液態(tài)流動性好，則得到的徐層也平整。因此，要求噴涂材料具有良好的濕潤性。4固態(tài)流動性好(粉末) 為保證送粉的均勻，要求粉末材科具備

5、良好的固態(tài)流動性。粉末固態(tài)流動性與粉末形狀、濕度、粒度等因素有關。5熱膨脹系數合適 若涂層與工件熱脹系數相差甚遠，則可能導致工件在由涂后冷卻過程中引起涂層龜裂。因此，噴涂材料應與工件有相近的熱脹系數。 三：粉末涂料金屬粉末涂料分為噴涂合金粉料和自熔合金的噴涂合金粉料，非金屬噴涂粉料分為陶瓷粉料和塑料粉料，其中陶瓷粉料又分為金屬氧化物，碳化物，硼化物，氮化物，硅化物。還有復合材料粉料。與線材比較，粉末材料的特點是： 1不受成材限制，可選擇范圍廣。2不用粉末材料，易于組合不同功能要求之新型復合材料3同樣熱源情況下，粉末噴涂氣孔率大于線材噴涂層。四：陶瓷材料粉料 等離子噴涂中常用的陶瓷粉末主要包括金

6、屬氧化物、碳化物、硼化物、硅化物和氮化物等。陶瓷粉末的特點： 1具有很好的使用性能。陶瓷粉末的熔點和硬度都很高，最高熔點可達3500-4000，硬度一般夜HRC60以上。因此，它具有很高的耐熱、絕熱、抗氧化、耐磨和耐蝕等性能。2屬于多晶體材料陶瓷材料是由無數細小的晶粒聚集而成的，它的延展性、抗沖擊性，抗拉伸、抗剪切、抗疲勞等機械性能都較差。因此，在應用時有一定的局限性。（1）：氧化物 特點 高溫強度高；導電性及早熱系數低，故適于作絕熱層及電絕緣層。 a:氧化鋁： 純氧化鋁涂層呈白色，硬度高，摩擦系數低，化學性能穩(wěn)定。同時它還具有耐磨、耐熱、耐蝕、抗氧化、絕緣等特性。但是，純氧化銀涂層質脆，與基

7、體的結合強度低，勿涂層局部地與物體碰撞，則會造成涂層的刮傷和剝落。當氧化鋁中固溶有少量氧化鋁時，呈綠灰色。這種涂層的韌性和抗沖擊性能比純氧化鋁涂層高，與基體曲結合強度高，其耐磨性能也比較好，但耐熱性能比純氧化鋁涂層稍差些。氧化鋁至少有七種相變，但大多數是氧化鋁和Y氧化鋁為代表，在759-1200度高溫時，向穩(wěn)定的氧化鋁轉變，這是一種非可逆性轉變。所以，在等離子噴涂氧化鋁粉末時，應采用穩(wěn)定的氧化鋁粉末制成涂層，這樣才不會因加熱或冷卻而發(fā)生相交。因此，提高了涂層與基體的結合強度。純氧化鋁涂層具有一定的孔隙度，若在高溫氧化性氣氛介質中使用，而基體本身又不能抗氧化，則氣體介質就會通過涂層的孔隙侵入，使

8、涂層與基體界面上發(fā)生氧化，這就會引起涂層的剝落現象。為此，最好采用鎳鉻耐熱合金作為打底層，既可隔絕氧化性氣氛介質的侵入，又可增加氯化鋁涂層與基體的結合強度。 氫化鋁還能耐熔融玻離積許多熔化了的金屬，它是一種非磁性、導熱性差的材料。然而，它又是一種絕緣性好導熱性差的最廉價的材料。b：氧化鋯 氧化鋯是耐熱氧化物中耐熱和絕緣性能最好的材料，它是等離子噴涂中應用員廣泛的隔熱涂層材科。目前已廣泛應用于導彈衛(wèi)星、火箭等方面。 氧化鋯在1000-1200溫度范國內，會發(fā)生晶體結構由單斜型向正方形的相變，這種相交是可逆的。當加熱到約1200度時，隨著晶格體積的收縮產生吸熱反應，冷卻到1000度時，隨著體積的膨

9、脹產生放熱反應。這種體積變化造成了涂層內的熱應力，使純氧化鉻涂層的高溫性能受到很大的影響，產生了涂層剝落現象。為了克服上述缺陷，可在氧化鋯中加入少量氧化鈣、氧化鋁等(如氧化鋯：93，氧化鈣：5，氯化鋁：0.5，氧化硅0.35)，經澆結擴散處理，可使氧化接的品型結構穩(wěn)定。這種氧化鋁涂層呈談黃色，熔點約為2670。 如果基體表面的抗氧化性能差，則與噴涂氧化鋁涂層材料相同，應采用鎳鉻耐熱臺金作為打底層。c碳化物· 碳化物熔點高(2800)。硬度高(莫氏硬度9)，為超硬材料，耐磨性極強。常用的碳化物為碳化鎢(WC)，其主要特性及用途是： 1)耐磨性高。WC顆粒分布于涂層中，與Fe、Co、Ni

10、濕潤性好。 2)失碳。噴涂中，等離子焰流溫度難以控制。WC分解溫度與熔點相近。始化了，也分解了。故工藝參數不當，會造成嚴重失破，易分解成W2C及C。故純WC不能形成涂層，往往加有物，或含有Co作粘結劑的燒結WC粉末?；蛴肗i、Co等金屬包復WC的復合粉末。 3)應用 耐磨涂層。d.硼化物 高熔點金屬元素的硼化物具有高熔點和高硬度等特點，同時又是電的良導體。但是，硼化物在1300-1500度時的氧化性氣體介質中有被氧化的缺陷。所以，作為耐熱涂層材料時，需在還原介質氣氛中或在真空中使用。 硼化物吸收中于的能力很強，所以在宇航工業(yè)和原子能工業(yè)中的應用是有著特殊的作用，多用作防中子的輻射涂層。硼化物包

11、括硼化鉻CrB2)、硼化鈦(TiB2)、硼化鋯(ZrB2)、硼化釩(VB2)硼化鎢(WB)等。e.硅化物 相對于氧化物碳化物，硼化物而官，多數硅化物的熔點都偏低。但在高溫條件下使用時，這種性質可使涂層產生自封孔作用。硅化物可作為耐熱涂層材料，但在工業(yè)中的應用還不多。硅化鉬具有很好的高溫抗氯化性能，在空氣中直至1700度時仍可使用。硅化物包括硅化鉬、硅化鉻、硅化鈦、硅化鎢等。五：總結采用等離子噴涂技術能使基體表面獲得一層耐磨損、耐高溫、耐腐蝕，耐絕熱、導熱和組織等各種不同特殊性能的涂層；同時，噴涂后的涂層又具有涂層致密、連接強度高、零件變形影響小；噴涂效率高等優(yōu)點。因此，它在國民經濟的各個領域中，具有廣泛的應用