表面工程06熱噴涂

1、第一節(jié)熱噴涂技術(shù)一、 噴涂技術(shù)的原理與特點(diǎn)1 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。第六章第六章 熱噴涂、噴焊與堆焊技術(shù)熱噴涂、噴焊與堆焊技術(shù)（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)（

2、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)（4） 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，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

3、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)

4、度較差(70MPa)。涂層的結(jié)合強(qiáng)度涂層的結(jié)合強(qiáng)度（2）1 熱噴涂技術(shù)的分類(lèi) 按熱源分類(lèi)，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(lèi)及其特點(diǎn)二、熱噴涂技術(shù)的分類(lèi)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，變形小；（3） 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） 涂層與基體結(jié)合強(qiáng)度低。 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(lèi)和要求 熱噴涂材料按材料的形態(tài)分線(xiàn)材、棒材和粉末三大類(lèi)。三、熱噴涂材料三、熱噴涂材料表 12 熱噴涂線(xiàn)材和棒材分

5、類(lèi) 類(lèi)別 分 類(lèi) 品 種 有色金屬 (1)純金屬：Zn、A1、Cu、Ni、Mo (2)合金：Zn-A1，Pb-Sn、Cu 合金、巴氏合金、Ni 合金 普通鋼及 低合金鋼 碳鋼、低合金鋼 金屬 線(xiàn)材 高合金鋼 不銹鋼、耐熱鋼 棒材 陶瓷棒材 A12O3，TiO2，Cr2O3、ZrO2、A12O3+MgO、A12O3+SiO2 金屬包金屬 鋁包鎳、鎳包合金 金屬包陶瓷 金屬包碳化物、金屬包氧化物 復(fù)合 線(xiàn)材 塑料包覆 塑料包金屬、塑料包陶瓷 熱噴涂材料分類(lèi)熱噴涂材料分類(lèi)（金屬類(lèi)，表1-3）熱噴涂材料分類(lèi)熱噴涂材料分類(lèi)（非金屬類(lèi)，表1-3）（1）熱穩(wěn)定性好，在高溫焰流中不升華，不分解(復(fù)合粉末）。（

6、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。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(mǎn)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（Mach

7、ine）、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

8、/目 磨料材質(zhì) 噴砂壓力 /kPa 噴嘴孔徑 /mm 設(shè)備類(lèi)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：

9、（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(lèi) 型 封 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 用氧乙炔氣體作為加熱源，用燃?xì)饣蚨栊?/p>

10、壓縮氣體霧化并加速?lài)娡坎牧?，在基材表面沉積形成涂層。 火焰噴涂包括線(xiàn)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)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(xiàn)材火焰噴涂設(shè)備示意圖和噴涂槍。（1）線(xiàn)材火焰噴涂）線(xiàn)材火焰噴涂（1）線(xiàn)材火焰噴涂 線(xiàn)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。

11、（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?）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（85MPa）。2） 涂層致密（最高密度

12、可達(dá)99.9）。3） 工件表面溫度低。4） 效率非常低，運(yùn)行成本高，只用于含碳化物涂層的噴涂。（3）爆炸噴涂特點(diǎn)）爆炸噴涂特點(diǎn)1） 航空發(fā)動(dòng)機(jī)鈦合金風(fēng)扇葉片阻尼臺(tái)上用爆炸噴涂0.25mn厚的WC，壽命提高10倍；2） 燃燒室的定位卡環(huán)上噴一層0.12mm厚Cr3C2，壽命提高7倍。（4）爆炸噴涂應(yīng)用）爆炸噴涂應(yīng)用（1）超音速火焰噴涂原理 超音速火焰噴涂原理圖。5. 超音速火焰噴涂超音速火焰噴涂(High Velocity Oxygen Fuel，簡(jiǎn)稱(chēng)，簡(jiǎn)稱(chēng)HVOF)1） 焰流速度高但溫度相對(duì)較低，適合噴涂含碳化物材料。2） 涂層致密（99.9），表面粗糙度低。3） 結(jié)合強(qiáng)度略低于爆炸噴涂，達(dá)7

13、0MPa以上。4） 噴涂效率高，但燃料消耗大，噴涂成本比較高。；5） 噪音大(120dB)，需有隔音和防護(hù)裝置。（3）超音速?lài)娡康奶攸c(diǎn)）超音速?lài)娡康奶攸c(diǎn)超音速?lài)娡康耐繉淤|(zhì)量?jī)?yōu)于等離子噴涂的涂層。（4）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)時(shí)，應(yīng)采用等離子噴涂。3 工程量大的金屬?lài)娡渴┕ぷ詈貌捎秒娀娡俊? 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

14、 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)

15、 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（1）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5 裝飾裝飾6 汽車(chē)制造汽車(chē)制造6 航空航天航空航天熱噴涂技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域和市場(chǎng)熱噴涂技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域和市場(chǎng) 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)

16、量評(píng)定八、熱噴涂的涂層質(zhì)量評(píng)定（1） 直接測(cè)量法：用卡尺或在顯微鏡下測(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。3 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。4 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

17、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 (mc4 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(chēng)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

18、的組織、涂層與基體的結(jié)合程度、涂層中的微觀缺陷等。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。1910年：線(xiàn)材火焰噴涂技術(shù)；20年代：電弧絲噴涂技術(shù)；50年代：爆炸噴涂和等離子噴涂技術(shù)；60年代：自熔性合金粉末火焰、等離子噴涂和噴焊技術(shù)；80年代：超音速火焰噴涂技術(shù)；90年代：激光熔覆技術(shù)。九、熱噴涂技術(shù)的發(fā)展過(guò)程九、熱噴涂技術(shù)的發(fā)展過(guò)程60年代以來(lái)主要噴涂方法的應(yīng)用比例 （1） 大功率高熱焓等離子噴涂，提高噴涂效率，降低成本。（2） 精密?chē)娡考夹g(shù)。（3） 用熱噴涂法部分代替鍍硬鉻的工藝

19、。（4） 新型熱障涂層，如噴涂0.3mm的MCrAlY熱障涂層可使基材溫度降低200300。（5） 噴涂新材料，如納米涂層材料、非晶態(tài)涂層材料。（6） 計(jì)算機(jī)自動(dòng)控制，提高生產(chǎn)效率，減少工作強(qiáng)度。 熱噴涂技術(shù)主要發(fā)展動(dòng)向熱噴涂技術(shù)主要發(fā)展動(dòng)向（1）（7） 在較低溫度下具有高速飛行的噴涂，如脈沖放電線(xiàn)爆噴涂）和冷噴涂技術(shù) 。 熱噴涂技術(shù)主要發(fā)展動(dòng)向熱噴涂技術(shù)主要發(fā)展動(dòng)向（2）一、熱噴焊的特點(diǎn) 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。第二節(jié)第二節(jié) 熱噴焊工藝與特點(diǎn)熱噴焊工藝與特點(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

20、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)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

21、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(lèi)。熱噴焊材料分類(lèi)熱噴焊材料分類(lèi) 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 噴焊槍三、氧三、氧乙炔火焰噴焊乙炔火焰噴焊（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?lài)姾笇討?yīng)力。（3）噴粉和重熔： 1） 一

22、步法：邊噴粉邊熔化。特點(diǎn)是粉末沉積率高，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(chēng) 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

23、45 鋼 鑄鐵 低碳鋼 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

24、 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(chēng)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)。四、等離子噴焊四、等離子噴焊 噴焊工藝參數(shù)有：轉(zhuǎn)移弧和非轉(zhuǎn)移弧電流、噴焊速度、送粉量、氣體流量、噴槍擺動(dòng)頻率和幅度，噴嘴距工件距離等。2 等離子噴焊工藝等離子噴焊工藝（1） 轉(zhuǎn)移弧電流：對(duì)噴焊層的形狀、稀釋率有較大的影響。（2） 噴焊槍的擺動(dòng)：擺動(dòng)軌跡對(duì)噴焊層的截面有影響。 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

25、度噴焊層。3 等離子噴焊的特點(diǎn)等離子噴焊的特點(diǎn)4 等離子噴焊的應(yīng)用等離子噴焊的應(yīng)用（1）等離子噴焊的應(yīng)用（等離子噴焊的應(yīng)用（2）表 715 等離子噴焊工藝應(yīng)用示例 原材料工藝 粉末等離子噴焊 工件名稱(chēng) 基 材 處理工藝 基 材 噴焊部位 噴焊用臺(tái)金 使用效果中溫中壓閥門(mén)DN600mm 25 鋼 手工堆焊2Crl3 熱處理 25 鋼閥門(mén)密封面鐵基不銹鋼HRC3545使用壽命提高1 倍以上 電站鍋爐 蒸汽閥門(mén) 25 鋼或， 40CrMo 手工堆焊 鈷基焊條 25 鋼或 40CrMo閥門(mén)密封面 鈷基HRC4045生產(chǎn)效率提高 3 倍內(nèi)燃機(jī)進(jìn)排氣閥、閥座 4Cr9Si2Cr14Ni14W2Mo 熱處理

26、 4Cr9Si2Cr14Ni14W2Mo氣門(mén)密封面氣門(mén)頂端 鈷基HRC4045代替手工堆焊，提高效率及質(zhì)量輸煤機(jī)中部槽板 16Mn 16Mn 高鉻鑄鐵， HC6065使用壽命提高 3 倍無(wú)縫鋼管軋頂 Cr17Ni2Mo 熱處理 45 鋼 軋頂表面 WF2604HRC4550使用壽命提高3 倍以上 熱作模具 3Cr2W8V 熱處理 45 鋼 工作面 鈷基HRC4045使用壽命提高 2 倍 機(jī)械密封件 1Cr18Ni9Ti lCrl8Ni9Ti 密封面 鎳基HRC4550使用壽命提高 2 倍 噴焊層主要評(píng)定指標(biāo)有涂層厚度、硬度、稀釋率、結(jié)合強(qiáng)度以及界面和涂層顯微結(jié)構(gòu)等。五、噴焊層質(zhì)量評(píng)定五、噴焊層

27、質(zhì)量評(píng)定 在金屬零件表面熔敷一層性能特殊的合金層。一、影響堆焊層性能的因素(1) 堆焊層的成分 堆焊屬于異種金屬焊接，難度較大。第三節(jié)第三節(jié) 堆焊工藝及特點(diǎn)堆焊工藝及特點(diǎn)1） 冶金相容性：堆焊材料與基體在液態(tài)和固態(tài)時(shí)的互溶性，是否出現(xiàn)金屬間化合物。2） 物理相容性：兩者之間的熔點(diǎn)、膨脹系數(shù)、熱導(dǎo)率的差異將影響堆焊層的應(yīng)力和結(jié)合強(qiáng)度。(2) 堆焊層與基材的相容性堆焊層與基材的相容性(3) 堆焊層的內(nèi)應(yīng)力 用焊前預(yù)熱和焊后緩冷，或打底層的方法減少堆焊層的內(nèi)應(yīng)力。避免在熔合區(qū)產(chǎn)生脆性相。(4) 堆焊的熔合區(qū)堆焊的熔合區(qū)(5) 稀釋率 一般稀釋率越低越好，取決于堆焊方法和堆焊工藝參數(shù)。幾種常用的堆焊方

28、法比較。二、堆焊方法二、堆焊方法表 54 常用堆焊方法及其特點(diǎn) 堆焊方法稀釋率/(%)熔覆/速度/(kgh1)最小堆焊層厚度/mm 特 點(diǎn) 氧乙炔焰堆焊1100.51.80.8設(shè)備簡(jiǎn)單，成本低?；鹧鏈囟容^低，稀釋率小。堆焊層表面光滑，用于堆焊批量不大的零件。 手工電弧堆焊30500.55.43.2設(shè)備簡(jiǎn)單，成本低，是一種主要的堆焊方法。常用于小型或復(fù)雜形狀零件的全位置堆焊修復(fù)。 鎢極氬弧堆焊10200.54.52.4設(shè)備簡(jiǎn)單，堆焊層質(zhì)量高。 熔化極氣體 保護(hù)電弧堆焊10400.95.43.2成本低，熔覆率高。單絲埋弧堆焊30604.511.33.2質(zhì)量穩(wěn)定，熔敷率高，勞動(dòng)條件好，稀釋率較大。多

29、絲埋弧堆焊152511.327.24.8用雙絲或多絲同時(shí)堆焊，熔敷率高，稀釋率比單絲低。 埋弧 自動(dòng) 堆焊帶極埋弧堆焊102012363.0熔深淺，熔敷率高，堆焊層外形美觀。 等離子弧堆焊5150.53.62.4稀釋率低，外形美觀，堆焊零件變形小，易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化。 電渣堆焊1014157515適合大型工件厚堆焊層。（1） 在允許的稀釋率下具有最高的熔敷速度。（2） 能獲得符合要求最小堆焊層厚度。（3） 經(jīng)濟(jì)性。選擇堆焊方法的原則選擇堆焊方法的原則 堆焊材料分鐵基、鎳基、鈷基、銅基和碳化鎢基等。 常見(jiàn)的堆焊材料形狀及適用的堆焊方法。三、常用堆焊材料及其堆焊工藝三、常用堆焊材料及其堆焊工藝表 613

30、 堆焊材料的形狀及適用的堆焊方法 堆焊材料的形狀 適用的堆焊方法 絲(dw =0.55.8mm) 熔化極氣體保護(hù)電弧堆焊、震動(dòng)堆焊、埋弧堆焊 帶(t=0.40.8 mm，B=30300mm) 埋弧堆焊、電渣堆焊 鑄棒(dw=2.28.Omm) 鎢極氬弧堆焊 管狀焊絲 自保護(hù)電弧堆焊、埋弧堆焊、鎢極氬弧堆焊 焊條 手工電弧堆焊 按合金元素含量分為低合金、中合金和高合金三種。根據(jù)材料的碳當(dāng)量選擇最低預(yù)熱溫度。1 鐵基堆焊材料及堆焊工藝鐵基堆焊材料及堆焊工藝1) 珠光體鋼堆焊材料：c0.5，堆焊層為珠光體組織，硬度2038HRC?？珊感院?，有一定的耐磨性、韌性和切削加工性能，價(jià)格便宜，可用于不要求高

31、硬度零件表面的堆焊和打過(guò)渡層的堆焊。用手工電弧堆焊和熔化極自動(dòng)堆焊，焊前不預(yù)熱。2) 馬氏體鋼：堆焊層組織為馬氏體，硬度2565HRC。堆焊層韌性、強(qiáng)度和耐磨性都好，是最經(jīng)濟(jì)的堆焊材料。堆焊方法有手工電弧堆焊和熔化極自動(dòng)堆焊，預(yù)熱溫度150350。（1）低合金鋼堆焊材料）低合金鋼堆焊材料1) 工、模具鋼堆焊時(shí)需預(yù)熱200600 ?？捎檬止る娀《押?、氣保堆焊和埋弧焊。母材碳當(dāng)量較高時(shí)可先用30HRC珠光體鋼堆焊一、二層，然后再堆焊耐磨層。焊后應(yīng)緩冷。（2） 中、高合金鋼堆焊材料中、高合金鋼堆焊材料（1）2) 高錳鋼（奧氏體錳鋼）：硬度約200HB，受強(qiáng)烈沖擊后轉(zhuǎn)變成馬氏體，硬度提高到450500

32、HB。高錳鋼用鉻錳鋼和高錳鋼堆焊材料堆焊，主要用于高錳鋼鑄件缺陷的補(bǔ)焊和修復(fù)，一般用手工電弧焊。為減少裂紋，應(yīng)采取以下措施：a) 焊前不預(yù)熱，用小電流、斷續(xù)焊、焊后快冷，使碳化物來(lái)不及析出。b) 采用短道焊、分散焊、焊后捶擊等方法，以減少焊接應(yīng)力。c) 舊件堆焊時(shí)，應(yīng)先磨去表面冷作硬化部分后再焊。中、高合金鋼堆焊材料中、高合金鋼堆焊材料（2）（3） 奧氏體鉻鎳鋼：有優(yōu)良的耐蝕性和抗高溫氧化性，主要用于石化企業(yè)中需要耐蝕、耐熱零件的堆焊。常用手工電弧焊和帶極埋弧堆焊堆焊?；氖堑吞迹ê辖穑╀摃r(shí)，先用高鉻不銹鋼打過(guò)渡層（圖623）。多數(shù)情況下不預(yù)熱，堆焊電流盡可能小。中、高合金鋼堆焊材料中、高合金

33、鋼堆焊材料（3）(4) 高鉻合金鑄鐵：堆焊組織中含有 大 量 柱 狀 高 硬 度 的 C r7C3相（圖），有很高的抗磨粒磨損、耐熱、耐蝕性能，用于鏟斗齒、高爐料鐘等設(shè)備的堆焊。堆焊方法有手工電弧堆焊和氧一乙炔焰堆焊，堆焊層允許有一些裂紋。中、高合金鋼堆焊材料中、高合金鋼堆焊材料（4） 常用的鎳基堆焊材料Ni-Cr-B-Si型有較低的熔點(diǎn)（1040）、較好的潤(rùn)濕性和流動(dòng)性，堆焊層組織是奧氏體+硼化物+碳化物，有優(yōu)良的耐低應(yīng)力磨料磨損和耐金屬間磨損性能，以及耐高溫、耐腐蝕和抗氧化性。因鎳基合金脆，一般制成鑄造焊絲用氣焊或鎢極氬弧焊（TIG焊）堆焊?？捎糜诟邷亻y門(mén)、泵的柱塞等零件的堆焊。2 鎳基堆

34、焊材料及工藝鎳基堆焊材料及工藝 稱(chēng)為司太立合金。具有一定的抗粘著磨損能力和較高的抗氧化、耐蝕和耐熱性能，在650時(shí)仍能保持高的硬度。鈷基堆焊材料價(jià)格昂貴，應(yīng)采用低稀釋率的氧一乙炔焰堆焊或粉末等離子堆焊，焊前預(yù)熱200500?？捎糜诟邷馗g和高溫磨損工況條件下工件的堆焊。3 鈷基堆焊材料及工藝鈷基堆焊材料及工藝 堆焊層是含碳化鎢硬質(zhì)顆粒和較軟的基體金屬?gòu)?fù)合材料（圖）?；w金屬有鐵基、鎳基、鈷基和銅基合金。碳化鎢堆焊多用氧一乙炔焰手工堆焊，用中性焰，停留時(shí)間不宜過(guò)長(zhǎng)，焊后應(yīng)緩冷。碳化鎢堆焊在石油鉆探、冶金、礦山開(kāi)采等設(shè)備上應(yīng)用較普遍。4 碳化鎢堆焊材料及工藝碳化鎢堆焊材料及工藝各種堆焊材料的性能比

35、較各種堆焊材料的性能比較一、涂敷原理與特點(diǎn) 通過(guò)電極與金屬之間的火花放電，使電極材料(如WC、TiC等)熔滲進(jìn)金屬工件的表層，從而形成含電極材料的合金熔覆層。1 電火花涂敷原理 電火花涂敷設(shè)備的示意圖。其它熔覆技術(shù)其它熔覆技術(shù)（1）電極開(kāi)始接近工件，電容充電（圖517a）（2）當(dāng)電極接近工件到某個(gè)距離時(shí)，空間被擊穿電離而產(chǎn)生電火花，瞬時(shí)電流密度106Acm2，放電時(shí)間為數(shù)毫秒，產(chǎn)生幾千度高溫，使該區(qū)域的局部材料熔化或氣化，部分電極材料和基體材料向周?chē)橘|(zhì)中濺射（圖517b）。2 電火花涂敷過(guò)程電火花涂敷過(guò)程（1）（3）電極繼續(xù)向下運(yùn)動(dòng)，電極和工件上熔化了的材料擠壓在一起（圖517c）。（4）電容放電結(jié)束，電極向上運(yùn)動(dòng)，工件表面熔融的材料迅速冷卻而凝固（圖517d）。電火花涂敷過(guò)程電火花涂敷過(guò)程（2）（1）設(shè)備簡(jiǎn)單，操作方便。（2）強(qiáng)化效果顯著。（3）涂層結(jié)合非常牢固。（4）工件變形小。（5）表面粗糙度較高。（6）涂敷