焊接技師培訓教材(噴涂)ppt課件

1、熱 噴 涂.1.噴涂技術的原理2.熱噴涂技術的分類及其特點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.熱噴涂技術的應用8.熱噴涂的涂層質(zhì)量評定提 綱.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下粒子撞擊基材表面，冷凝后形成具有某種功能的涂層。一、 噴涂技術的原理.（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 擊基體的顆粒動能越大和沖擊變形越大，形成的涂層結合越好。（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. 涂層形成過程. 涂層性能具有方向性，垂直和平

2、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. 涂層結構（1） 涂層是由無數(shù)變形粒子互相交錯堆疊在一起，形成一層堆積而成的層狀結構。. 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；（2） 涂層材料凝固收縮時形成的空隙。 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。 涂層結構（2）. 涂層冷凝收縮時，涂層外層的拉應力、涂層內(nèi)層的壓應力、組織轉變產(chǎn)生的微觀應力，結果使涂層產(chǎn)生殘余張應力，應力大小與涂層厚度成正比，當張應力超過涂層與基材之間結合強度時，涂層就會發(fā)生破壞。

3、4. 涂層應力（1）. 殘余應力限制了涂層的厚度。減少涂層殘余應力措施：（1） 調(diào)整噴涂工藝參數(shù)；（2）致密涂層的殘余應力要比疏松涂層大；（3） 采用梯度過渡層緩和涂層內(nèi)應力。涂層應力（2）. 包括涂層與基材之間、涂層中顆粒與顆粒之間的結合，結合形式有：（1） 機械結合：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)而結合在一起。5. 涂層的結合強度（1）.（2） 物理結合：熔融粒子的原子與基材表面原子之間距離達到晶格常數(shù)范圍時，產(chǎn)生范德華力，形成物理結合。（3） 冶金-化學結合：熔融粒子撞擊基材表面時釋放出的能量使噴涂材料與基材之間發(fā)生局部擴散和焊合，形成冶金結合。如噴涂鎳包鋁復

4、合粉末時的放熱反應。 熱噴涂的涂層與基材的結合主要以機械結合為主，結合強度較差(70MPa)。涂層的結合強度（2）. 1.熱噴涂技術的分類 按熱源分類，各噴涂方法的焰流溫度和粒子速度不同。二、熱噴涂技術的分類及其特點.（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??；（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） 涂層與基體結合強度低。 2.熱噴涂技術的特點.1. 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.熱噴涂材料分類（

5、金屬類）.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(復合粉末）。（2） 有較寬的液相區(qū)，使熔滴在較長時間內(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)相差過大產(chǎn)生較大的熱應力。（4） 噴涂材料在熔融狀態(tài)下應和基材有較好的浸潤性，以保證涂層與基材之間有良好的結合性能。1.熱噴涂材料的要求.（1） 要把實用性、工藝性和經(jīng)濟性結合起來考慮，盡量選擇合理的噴涂材料。（2） 對于重要的部件以獲得最優(yōu)涂層性能為準則；不十分重要的部件則以獲得最大的經(jīng)濟效益為準則。（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，可采用復合涂層和梯度

6、涂層。2.熱噴涂材料的選材原則. 質(zhì)量控制要素（4M）：設備（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處理、熱噴涂、后處理和精加工等過程。四、熱噴涂工藝流程和質(zhì)量控制.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合牢度。1. 基材表面預處理 粗化處理可提高涂層結合強度的理由是：1） 提供表面壓應力；2） 提供與涂層顆?；ユi機會；3） 增大結合面積；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（1）.2） 開槽；粗化處理的方法（2）.粗化

7、處理的方法（3）4） 噴涂粘結底層。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入涂層；（4） 保持陶瓷涂層的絕緣強度。 封孔處理是在噴涂之后、機加工之前進行。2 涂層的后處理（封孔處理）.常用封孔劑.1. 火焰噴涂 用氧乙炔氣體作為加熱源，用燃氣或惰性壓縮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.常用的火焰噴涂材料及用途.線材火焰噴涂設備示意圖和噴涂槍。（1）線材火焰噴涂 線材火焰噴涂原理圖。.（2）粉末火焰噴涂 粉末

8、火焰噴涂的基本原理和噴涂槍。（2）粉末火焰噴涂. 工藝流程工件表面預處理預熱噴涂打底層噴涂工作層后處理。 a) 預熱目的：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)應力。 預熱溫度一般控制在150300為宜?？芍苯佑脟姌岊A熱?；鹧鎳娡抗に嚕?）.b) 噴涂 需打底層時，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）、噴槍與工件的移動速度（718mmin）和層間溫度（120dB)，需有隔音和防護裝置

9、。（1）超音速噴涂的特點.超音速噴涂的涂層質(zhì)量優(yōu)于等離子噴涂的涂層。（2）涂層性能及應用.各種熱噴涂方法比較.1 對涂層結合力要求不高，噴涂材料熔點2500，可采用火焰噴涂。2 對涂層性能要求較高，噴涂高熔點材料時，應采用等離子噴涂。3 工程量大的金屬噴涂施工最好采用電弧噴涂。4 要求高結合力、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 對于批量大的工件，宜采用自動噴涂。六、噴涂工藝的選擇原則.1. 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)量分數(shù)為3

10、0，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、熱噴涂技術的應用.(1) 用于耐磨的涂層：1) 涂層硬度超過磨料硬度：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) 用于修復的涂層：噴涂鐵基或鎳基耐磨合金涂層 。2. 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，保持金屬構件的力學性能。3. 噴涂耐高溫涂層. 生物相容性涂層：在種

11、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，生物組織可以長入涂層中的孔隙中，與種植體形成牢固的結合。4. 噴涂功能涂層.（1） 直接測量法：用卡尺或在顯微鏡下測量。（2） 測厚儀測量法：1） 渦流法：利用高頻磁場引起金屬內(nèi)部渦流，渦流產(chǎn)生的磁場又影響探頭的阻抗，測量其阻抗值就可確定涂層的厚度。2） 磁性法：根據(jù)非磁性涂層對探頭磁通量的變化值來測量。5. 涂層的厚度.（1）涂層拉伸結合強度：制備試樣，涂層厚度大于0.38mm。用粘結劑把試樣粘結在一起，然后將其拉斷，拉伸結合強度： b FA0式中，b 為涂層結合強度；F為試樣斷裂載荷；A0為試樣涂層面積。6. 涂層結合強度（

12、1）.（2）涂層剪切強度：用粘結劑將涂層A粘在B上(a)，然后拉伸使涂層與基材分離；或用(b)方法在材料試驗機上緩慢加壓，直至涂層被剪切剝離，此時涂層的剪切強度F： 式中，P涂層剪切剝離時的載荷；D試樣末噴涂前的直徑；L涂層在試樣上的寬度。涂層結合強度（2）.（3）涂層的彎曲強度：將涂層試樣彎曲到一定角度時，涂層開始出現(xiàn)龜裂的彎曲角度就是涂層的彎曲強度。涂層結合強度（3）.式中，m涂層材料密度（m可從相關手冊中查得）。7. 涂層的孔隙度（1）（1）計算法：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

13、層的金相檢測 用金相觀察涂層的組織、涂層與基體的結合程度、涂層中的微觀缺陷等。涂層的孔隙度（2）（2） 金相法：用金相顯微鏡中的柵格測定孔隙所占的格數(shù)，與總視場格數(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 涂層應無剝離、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量涂層硬度。八、熱噴涂的涂層質(zhì)量評定.熱 噴 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孔隙的冶金結合。一、熱噴焊的特點.1）工件表面溫度：噴涂時工件表面溫度900。2）結合狀態(tài)：噴涂層以機械結合為主；噴焊層是冶金結合。3）粉末材料：噴焊用自熔性合金粉末，

14、噴涂粉末不受限制。4）涂層結構：噴涂層有孔隙，噴焊層均勻致密無孔隙。5）承載能力：噴焊層可承受沖擊載荷和較高的接觸應力。1. 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。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，擴大固液兩相區(qū)（熔點9501200）。（2）起到脫氧還原作用。（3）起到造渣作用。（4）利用B、Si固溶強化、彌散強化、生成的金屬間化合物以及硼碳化合物等，提高

15、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. 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. 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、結合牢固的噴焊層。（1） 火焰噴焊設備 噴焊槍1、氧乙炔火焰噴焊四、熱噴焊方法.（1） 預處理：清潔、粗化被處理工件表面；（2） 預熱：使工件產(chǎn)生適當?shù)臒崤蛎洠瑴p少噴焊層應力。（3）噴粉和重熔： 1） 一步法：邊噴粉邊熔化。特點是粉末沉積率高，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，應采取噴焊后緩冷的措施。2 . 火焰噴焊工藝.3 . 火焰噴焊的應用.1 等離子噴焊設備 一般采用聯(lián)合弧。 噴嘴的長度L和直徑d比(稱為壓縮比)通常在11.4之間，以獲得柔性弧。 噴焊槍要固定在機械擺動裝置上左右擺動。2、等離子噴焊. 與其它涂層技術相比，等離子噴焊技術的主要特點：（1）生產(chǎn)效率高。（2）稀