熱噴涂技術(shù)及應(yīng)用

1、12n熱噴涂是利用熱源將噴涂材料加熱到熔化或熱噴涂是利用熱源將噴涂材料加熱到熔化或半熔化狀態(tài)，借助于焰流或外加的推力將熔半熔化狀態(tài)，借助于焰流或外加的推力將熔滴霧化或推動(dòng)熔粒成噴射的粒束，以一定速滴霧化或推動(dòng)熔粒成噴射的粒束，以一定速度噴射到經(jīng)過(guò)制備的基體表面形成某種功能度噴射到經(jīng)過(guò)制備的基體表面形成某種功能的涂層。的涂層。什么是熱噴涂？什么是熱噴涂？3Particle or Droplet generationAcceleratingHeatingSplat formation:Impact, flatteningSolidification熱噴涂原理熱噴涂原理4典型熱噴涂系統(tǒng)5涂層結(jié)構(gòu)涂層

2、結(jié)構(gòu)6單個(gè)粒子表面形貌單個(gè)粒子表面形貌530 oC740 oC涂層斷面形貌（層狀結(jié)構(gòu)）涂層斷面形貌（層狀結(jié)構(gòu)）7熱噴涂分類熱噴涂分類線材火焰噴涂、棒材火焰噴涂線材火焰噴涂、棒材火焰噴涂 氣體燃燒火焰法氣體燃燒火焰法粉末火焰噴涂粉末火焰噴涂、爆炸噴涂爆炸噴涂超音速火焰噴涂超音速火焰噴涂、粉末火焰噴熔、粉末火焰噴熔電弧噴涂電弧噴涂大氣等離子噴涂大氣等離子噴涂熱熱真空等離子噴涂真空等離子噴涂噴噴 氣體放電法氣體放電法等離子噴涂等離子噴涂 保護(hù)氣體等離子噴涂保護(hù)氣體等離子噴涂涂涂水穩(wěn)等離子噴涂水穩(wěn)等離子噴涂超音速等離子噴涂超音速等離子噴涂等離子噴熔等離子噴熔電熱法電熱法：高頻噴涂、線材電爆噴涂：高頻噴

3、涂、線材電爆噴涂激光熱源激光熱源：激光噴涂、激光噴熔：激光噴涂、激光噴熔8幾種主要熱噴涂方法和設(shè)備幾種主要熱噴涂方法和設(shè)備9粉末火焰噴涂粉末火焰噴涂 噴槍通過(guò)氣閥分別引入燃料氣（主要采用乙炔）和氧氣，經(jīng)混合后從噴槍通過(guò)氣閥分別引入燃料氣（主要采用乙炔）和氧氣，經(jīng)混合后從噴咀噴出，產(chǎn)生燃燒火焰。合金粉末在高速氧氣流的帶動(dòng)下由噴嘴射、噴咀噴出，產(chǎn)生燃燒火焰。合金粉末在高速氧氣流的帶動(dòng)下由噴嘴射、出，穿過(guò)燃燒火焰時(shí)被加熱到熔化或半熔化狀態(tài)，并高速撞擊在已預(yù)處出，穿過(guò)燃燒火焰時(shí)被加熱到熔化或半熔化狀態(tài)，并高速撞擊在已預(yù)處理的基體表面上，沉積為噴涂層。理的基體表面上，沉積為噴涂層。 粉末火焰噴涂原理示意

4、圖粉末火焰噴涂原理示意圖1-氧、乙炔混合氣；氧、乙炔混合氣；2-送粉氣；送粉氣；3-噴涂粉末；噴涂粉末；4-噴嘴；噴嘴；5-火焰；火焰；6-涂層；涂層；7-基體基體10火焰噴涂特點(diǎn)及應(yīng)用火焰噴涂特點(diǎn)及應(yīng)用特點(diǎn)： a. 設(shè)備簡(jiǎn)單、輕便、初投資少，操作工藝簡(jiǎn)單，現(xiàn)場(chǎng)施工方便； b. 適于機(jī)械零部件的局部修復(fù)和強(qiáng)化，成本低，耗時(shí)少，效益高； c. 可以噴涂純金屬粉、合金、陶瓷、金屬陶瓷和復(fù)合粉末等多種材料； d. 涂層孔隙率較高，涂層結(jié)合強(qiáng)度10-30MPa。應(yīng)用： 粉末火焰噴涂廣泛用于機(jī)械部件和化工容器、輥筒表面制備耐蝕、耐磨涂層。對(duì)噴槍噴咀部分作適當(dāng)變動(dòng)后，可用于噴涂塑料粉末。11等離子噴涂等離

5、子噴涂在陰極和陽(yáng)極（噴嘴）之間產(chǎn)生一直流電弧。該電弧把導(dǎo)入的工作氣體加熱電離成高溫等離子體并從噴嘴噴出形成等離子焰。粉末由送粉氣體送入等離子射流后被熔化、加速、噴射到以預(yù)處理的基體材料表面形成涂層。等離子噴涂原理示意圖等離子噴涂原理示意圖1-噴涂粉末；噴涂粉末；2-工作氣；工作氣；3-陰極；陰極；4-陽(yáng)極；陽(yáng)極；5-等離子射流；等離子射流；6-基體；基體；7-噴涂層噴涂層;12APS設(shè)備組成13APS涂層特點(diǎn)及應(yīng)用特點(diǎn)特點(diǎn): a. 噴涂材料范圍廣：制備難熔金屬、陶瓷、金屬陶瓷復(fù)合材料涂層及其它特殊功能涂層； b. 等離子弧溫度高，能量集中，焰流速度高涂層結(jié)合強(qiáng)度高，可達(dá)35-70MPa，氣孔率

6、可控制到2-5%； c. 惰性氣體等離子射流有保護(hù)氣氛，加氫的射流有還原氣氛，避免或減少了噴涂粒子的氧化；應(yīng)用：應(yīng)用： 制備質(zhì)量要求高的耐蝕、耐磨、隔熱、絕緣、抗高溫和特殊功能涂層。14電弧噴涂是將兩根被噴涂的金屬絲作為自耗性電極，利用其端面產(chǎn)電弧噴涂是將兩根被噴涂的金屬絲作為自耗性電極，利用其端面產(chǎn)生的電弧作熱源來(lái)熔化金屬絲材，用壓縮空氣進(jìn)行霧化的熱噴涂方法。生的電弧作熱源來(lái)熔化金屬絲材，用壓縮空氣進(jìn)行霧化的熱噴涂方法。電弧噴涂原理示意圖電弧噴涂原理示意圖1-直流電源；直流電源；2-金屬絲；金屬絲；3-送絲滾輪；送絲滾輪；4-導(dǎo)電塊；導(dǎo)電塊；5-導(dǎo)電嘴；導(dǎo)電嘴；6-空氣噴嘴；空氣噴嘴；7-電

7、??；電??；8-噴涂射流；噴涂射流；9-涂層；涂層；10-基體基體電弧噴涂15電弧噴涂設(shè)備161) 鋼鐵構(gòu)件上制備Zn、Al長(zhǎng)效防護(hù)涂層；2） 在鋼鐵件上噴涂不銹鋼或其它耐磨金屬，用于耐磨蝕防護(hù)；3) 噴涂碳鋼、鉻鋼、青銅、巴氏合金等材料，用于修復(fù)零件已磨損或尺寸超差的部位；4) 在電容器上噴涂導(dǎo)電涂層，在塑料制品上噴涂屏蔽涂層等。電弧噴涂典型應(yīng)用17爆炸噴涂爆炸噴涂 將一定比例和流量的乙炔和氧氣引入內(nèi)徑為25mm的水冷槍筒內(nèi)，與同時(shí)引入的噴涂粉末混合，通過(guò)火花塞瞬間引爆，槍筒內(nèi)的溫度突然上升到3300以上,氣體燃燒的速度超過(guò)音速的十倍，形成沖擊波, 爆炸的熱能將噴涂粉末加熱到熔融或半熔融狀態(tài)，

8、并使熔粒加速到2倍音速噴出，撞擊到基體表面形成涂層，此后將氮?dú)庖霕屚矁?nèi)置換，直到下一個(gè)爆炸過(guò)程開(kāi)始，噴涂頻率可達(dá)每秒4-8次。18爆炸噴涂原理示意圖爆炸噴涂原理示意圖1-氮?dú)?；氮?dú)猓?-粉末；粉末；3-火花塞；火花塞；4-噴涂射流；噴涂射流；5-涂層；涂層；6-基體；基體；7-氧氣；氧氣；8-乙炔乙炔19爆炸噴涂設(shè)備201)涂層結(jié)合強(qiáng)度高：它與基材的結(jié)合力比等離子噴涂高，涂層結(jié)合強(qiáng)度高：它與基材的結(jié)合力比等離子噴涂高，尤其是尤其是WC-Co涂層比等離子噴涂高涂層比等離子噴涂高2倍以上；倍以上；2)涂層硬度高：噴涂涂層硬度高：噴涂WC-Co涂層的斷面硬度比等離子噴涂層的斷面硬度比等離子噴涂高涂

9、高50%以上；以上；3)氣孔率低：噴涂氣孔率低：噴涂WC-Co涂層氣孔率一般只有涂層氣孔率一般只有0.5%；4)目前爆炸噴涂主要用于制備優(yōu)質(zhì)耐磨涂層。目前爆炸噴涂主要用于制備優(yōu)質(zhì)耐磨涂層。爆炸噴涂特點(diǎn)及應(yīng)用爆炸噴涂特點(diǎn)及應(yīng)用21l燃料氣體（氫氣、丙烷、丙烯或燃料氣體（氫氣、丙烷、丙烯或MAPP）和助燃劑（）和助燃劑（O2)以一定的比例導(dǎo)入燃燒室內(nèi)混合，爆炸式燃燒，高溫燃?xì)庖砸欢ǖ谋壤龑?dǎo)入燃燒室內(nèi)混合，爆炸式燃燒，高溫燃?xì)饨?jīng)燃燒室上部燃燒頭內(nèi)的四根傾斜噴管進(jìn)入銅噴咀，粉末經(jīng)燃燒室上部燃燒頭內(nèi)的四根傾斜噴管進(jìn)入銅噴咀，粉末由送粉氣（由送粉氣（Ar或或N2）定量沿燃燒頭內(nèi)碳化鎢中心套管送）定量沿燃燒

10、頭內(nèi)碳化鎢中心套管送入高溫燃?xì)庵?，由高溫高速燃?xì)鈳С鰢娋祝咚賴娚涞焦と敫邷厝細(xì)庵?，由高溫高速燃?xì)鈳С鰢娋?，高速噴射到工件上形成涂層，整個(gè)噴槍由循環(huán)水冷卻。件上形成涂層，整個(gè)噴槍由循環(huán)水冷卻。超音速火焰噴涂超音速火焰噴涂 22Jet-Kote超音速粉末火焰槍原理圖超音速粉末火焰槍原理圖1-粉末及送粉氣；粉末及送粉氣；2-冷卻水；冷卻水；3-冷卻水；冷卻水；4-氧氣；氧氣；5-燃料氣；燃料氣；23超音速火焰噴涂設(shè)備241)火焰及噴涂粒子速度極高：燃?xì)饬魉倏蛇_(dá)火焰及噴涂粒子速度極高：燃?xì)饬魉倏蛇_(dá)1500-2000m/s，粉，粉粒撞擊到工件表面的速度為粒撞擊到工件表面的速度為550800 m/s；2

11、)粉粒在火焰中加熱時(shí)間長(zhǎng)：噴涂粉末以中心軸式方法供給，粉粒在火焰中加熱時(shí)間長(zhǎng)：噴涂粉末以中心軸式方法供給，這種供粉方式使粉末在火焰中停留時(shí)間長(zhǎng)，能均勻地受熱熔這種供粉方式使粉末在火焰中停留時(shí)間長(zhǎng)，能均勻地受熱熔融，產(chǎn)生集中的噴射束流；融，產(chǎn)生集中的噴射束流；3)熔粒與周圍大氣接觸時(shí)間短：這可避免碳化物材料分解和脫熔粒與周圍大氣接觸時(shí)間短：這可避免碳化物材料分解和脫碳；碳；4)噴涂粉末細(xì)微，涂層光滑：粉末粒度為噴涂粉末細(xì)微，涂層光滑：粉末粒度為5-45m，可獲得表，可獲得表面光滑的涂層；面光滑的涂層；5)涂層致密，結(jié)合強(qiáng)度高：涂層的孔隙率可小于涂層致密，結(jié)合強(qiáng)度高：涂層的孔隙率可小于0.1%，結(jié)

12、合，結(jié)合力可大于力可大于100N/mm2；6)氣體耗量大、噴涂噪聲大：目前噴槍所消耗的氣體遠(yuǎn)大于一氣體耗量大、噴涂噪聲大：目前噴槍所消耗的氣體遠(yuǎn)大于一般火焰噴涂；般火焰噴涂；7)被廣泛使用來(lái)制備碳化物（被廣泛使用來(lái)制備碳化物（WC-Co、NiCr-Cr3C2）涂層和）涂層和耐蝕涂層。耐蝕涂層。特點(diǎn)及應(yīng)用25熱噴涂的應(yīng)用范圍熱噴涂的應(yīng)用范圍p 航天航空、機(jī)械、電子、冶金、能源、交通、航天航空、機(jī)械、電子、冶金、能源、交通、石油、化工、食品、輕紡等，并在高新技術(shù)領(lǐng)域石油、化工、食品、輕紡等，并在高新技術(shù)領(lǐng)域也得到了應(yīng)用。也得到了應(yīng)用。261抗腐蝕抗腐蝕/氧化涂層氧化涂層 1) 抗化學(xué)腐蝕涂層：涂層

13、材料主要有抗化學(xué)腐蝕涂層：涂層材料主要有Ni、NiCr、NiAl、Al2O3、TiO2、Y2O3、Ta、Mo、塑性等；、塑性等；2) 抗大氣抗大氣/電化學(xué)腐蝕涂層：電化學(xué)腐蝕涂層： 涂層材料主要有：涂層材料主要有：Al、Zn、AlZn、青銅、不銹鋼、蒙乃爾合金、鎳基合金；、青銅、不銹鋼、蒙乃爾合金、鎳基合金；3) 抗氧化涂層：抗氧化涂層： 涂層材料主要有：涂層材料主要有：NiCr、MCrAlY（M為為Ni、Co或或Fe）、）、Mo、鎳基合金和鋁化物等。、鎳基合金和鋁化物等。涂層應(yīng)用分類涂層應(yīng)用分類272抗磨損涂層抗磨損涂層 : 抗滑動(dòng)磨損、磨料磨損、沖蝕磨損、微動(dòng)磨損、氣蝕磨損等，其涂層材料主

14、要有：Al2O3/TiO2、Cr2O3、WC/Co、TiC/NiCr、高碳鋼、不銹鋼、NiCrBSi、CoCrW、Cr3C2/NiCr、Mo等。3 3熱障涂層：熱障涂層： 熱噴涂材料主要有ZrO2/Y2O3、ZrO2/MgO、ZrO2/CeO2、MCrAlY、NiAl等。4可磨密封涂層：可磨密封涂層： 涂層材料主要有Al/聚酯、Ni/石墨、NiCr/ Al2O3、NiCr/ TiC、NiCr/ SiC、 ZrO2等。285.5. 修復(fù)修復(fù)/ /裝飾涂層裝飾涂層 涂層材料主要有Ni 、Al、Cu、鋁青銅、不銹鋼、碳鋼、NiAl、NiCr、Mo等。6電電/磁磁/光涂層光涂層: 電/磁/光涂層包括絕

15、緣涂層、導(dǎo)電涂層、半導(dǎo)體與超導(dǎo)體涂層、壓電涂層、電致伸縮涂層、輻射、吸收及反射涂層、光-電涂層等。7特殊功能涂層: 生物種植、梯度功能材料、復(fù)合材料制造、防滑表面和模具制造中。29熱噴涂的應(yīng)用實(shí)例熱噴涂的應(yīng)用實(shí)例30石油行業(yè)l 防護(hù)區(qū)域：桿表面，油泵等。工作狀態(tài)：介質(zhì)腐蝕、磨粒磨損等。解決方法：火焰噴焊、超音速噴涂、電弧噴涂。涂層材料：鎳基合金、金屬陶瓷粉末、蒙乃爾合金粉等。技術(shù)規(guī)范：涂層厚度0.41.0 mm鉆井抽油裝置耐磨抗腐蝕噴涂31發(fā)電系統(tǒng)l 防護(hù)區(qū)域：鍋爐四管（水冷壁管、過(guò)熱器管、再熱器管和省煤器（水冷壁管、過(guò)熱器管、再熱器管和省煤器管）管） 、風(fēng)機(jī)葉輪、風(fēng)機(jī)軸承、風(fēng)機(jī)輪轂等。工作狀

16、態(tài)：高溫腐蝕、高速磨粒磨損、海水侵蝕等。解決方法：噴涂耐磨耐蝕涂層。涂層材料：復(fù)合芯絲、金屬陶瓷、高耐蝕合金。噴涂工藝：電弧噴涂、超音速噴涂、噴焊。使用效果：提高耐蝕耐磨壽命3-8倍。電廠鍋爐四璧抗磨損腐蝕電廠鍋爐四璧抗磨損腐蝕風(fēng)能發(fā)電機(jī)組防腐噴涂風(fēng)能發(fā)電機(jī)組防腐噴涂混流式水輪機(jī)混流式水輪機(jī)32航空l(shuí) 防護(hù)區(qū)域：高溫燃?xì)饨佑|部位。工作狀態(tài)：物料磨損、介質(zhì)腐蝕等。解決方法：等離子噴涂、超音速噴涂。涂層材料：陶瓷、金屬陶瓷、高溫合金 33印刷行業(yè)l 防護(hù)區(qū)域：輥、烘缸、儲(chǔ)料槽。工作狀態(tài)：物料磨損、介質(zhì)腐蝕。解決方法：超音速噴涂WC-CoCr涂層、火焰噴涂金屬鉬涂層、電弧噴涂耐蝕合金印刷設(shè)備輥筒耐磨

17、防腐噴涂印刷設(shè)備輥筒耐磨防腐噴涂34鋼結(jié)構(gòu)防腐東方明珠電視塔鋼結(jié)構(gòu)天線噴鋁東海大橋橋墩支架噴鋁三峽永久閘門噴鋅橋梁防腐及維護(hù)35鋼鐵冶金行業(yè)瓦楞輥爐輥噴涂36l涂層功能：恢復(fù)尺寸、耐磨 涂層材料：Ni、Fe 、Co基基合金 工藝方法：火焰噴涂、電弧噴涂、等離子弧噴涂、超 音速火焰噴涂 機(jī)械軸類零件37耐磨襯套涂層功能：恢復(fù)尺寸、耐腐蝕涂層材料：Ni基合金、馬氏體不銹鋼工藝方法：火焰噴涂、電弧噴涂、 超音速火焰噴涂38熱噴涂特點(diǎn)熱噴涂特點(diǎn)1. 噴涂材料的選擇范圍廣泛噴涂材料的選擇范圍廣泛,它幾乎包括所有的固體它幾乎包括所有的固體材料；如金屬及其合金，各種陶瓷及金屬陶瓷、材料；如金屬及其合金，各種

18、陶瓷及金屬陶瓷、塑料和各種類型的復(fù)合材料等。塑料和各種類型的復(fù)合材料等。2. 選擇合適的工藝方法幾乎選擇合適的工藝方法幾乎能在任何固體材料表面能在任何固體材料表面上進(jìn)行噴涂。上進(jìn)行噴涂。3. 一般一般不受施工場(chǎng)所的限制不受施工場(chǎng)所的限制，既可以在室內(nèi)噴涂，既可以在室內(nèi)噴涂，又可以現(xiàn)場(chǎng)施工。又可以現(xiàn)場(chǎng)施工。4. 一般不受工件尺寸及形狀限制一般不受工件尺寸及形狀限制，既可對(duì)大型構(gòu)件，既可對(duì)大型構(gòu)件進(jìn)行大面積噴涂，也可以對(duì)工件進(jìn)行局部噴涂。進(jìn)行大面積噴涂，也可以對(duì)工件進(jìn)行局部噴涂。5. 涂層厚度涂層厚度可以在幾十微米到幾毫米范圍內(nèi)控制，可以在幾十微米到幾毫米范圍內(nèi)控制，因此可作薄涂層或厚涂層使用。因此可作薄涂層或厚涂層使用。396. 除噴熔外，熱噴涂工藝對(duì)除噴熔外，熱噴涂工藝對(duì)基體材料熱影響基體材料熱影響較小，較小，并且可以進(jìn)行控制，它不會(huì)影響基體金屬的金相并且可以進(jìn)行控制，它不會(huì)影響基體金屬的金相組織和機(jī)械性能。組織和機(jī)械性能。7. 能使涂層具有耐磨、耐蝕、耐氧化、耐高溫、隔能使涂層具有耐磨、耐蝕、耐氧化、耐高溫、隔熱、導(dǎo)電、絕緣、密封、減磨、輻射及電子發(fā)射熱、導(dǎo)電、絕緣、密封、減磨、輻射及電子發(fā)射等不同功能或使等不同功能或使涂層具有復(fù)合功能涂層具有復(fù)合功能。8