熱噴涂概述課件

二、熱噴涂技術(shù)的定義GB/T18719—2002《熱噴涂術(shù)語(yǔ)、分類》中定義：熱噴涂技術(shù)是利用熱源將噴涂材料加熱至溶化或半溶化狀態(tài)并以一定的速度噴射沉積到經(jīng)過預(yù)處理的基體表面形成涂層的方法。二、熱噴涂技術(shù)的定義

三、熱噴涂技術(shù)的形成與發(fā)展1908年由瑞士的肖普（schoop）博士發(fā)明（首創(chuàng)）并用霧化裝置進(jìn)行噴涂試驗(yàn)1913年制作出世界首臺(tái)絲材噴槍，并在其后逐漸完善和得到應(yīng)用1920年日本人去瑞士考察后發(fā)明了以交流電為熱源的電弧熱噴涂裝置，但因交流電不穩(wěn)定，效率低，涂層質(zhì)量差等原因，這種交流電弧熱噴涂技術(shù)及裝置未能得到實(shí)際的推廣和應(yīng)用三、熱噴涂技術(shù)的形成與發(fā)展1938年，美國(guó)研制成功了電弧絲材噴槍，其后又研制出粉末氧－乙炔火焰噴槍1953年，當(dāng)時(shí)的西德研制出自熔性合金粉，這是噴涂材料發(fā)展的一次重大突破，是粉末噴涂材料從單一金屬向合金材料發(fā)展，從低熔點(diǎn)材料向高熔點(diǎn)材料發(fā)展，從低耐磨性向高耐磨性發(fā)展的里程碑。上世紀(jì)50年代后期，美國(guó)又相繼研制出爆炸噴涂和等離子噴涂，滿足了當(dāng)時(shí)航空、導(dǎo)彈等尖端技術(shù)對(duì)涂層性能的需要熱噴涂概述課件上世紀(jì)60～70年代，是噴涂材料發(fā)展十分活躍的時(shí)期，美國(guó)、加拿大、瑞士、西德、比利時(shí)等國(guó)分別研制生產(chǎn)出系列的復(fù)合粉、多種自熔合金粉、陶瓷粉、金屬陶瓷粉和自粘結(jié)復(fù)合粉等，這其中包括以Ni-AL為基礎(chǔ)的放熱型復(fù)合粉，這些材料的出現(xiàn)以及材料生產(chǎn)技術(shù)的不斷完善，使得噴涂材料更加齊備和商品化，滿足了當(dāng)時(shí)，直到今天人們?cè)谶@方面的需求。熱噴涂概述課件四、我國(guó)的熱噴涂技術(shù)及工程應(yīng)用上世紀(jì)50年代初就開始了絲的電弧熱噴涂（江浙一帶的高壓輸電鋼結(jié)構(gòu)塔上噴涂Zn涂層防腐，至今仍在起著防腐蝕的作用）60年代在某些軍工部門，主要是航空部門開始研究等離子噴涂70年代由于一些大國(guó)對(duì)我國(guó)的限制，為了滿足國(guó)防的特殊需求，我國(guó)的一些科研單位以研制生產(chǎn)Ni包Al、Co和WC粉末熱噴涂復(fù)合材料始，先后生產(chǎn)出品種和型號(hào)較為齊全的材料和設(shè)備。四、我國(guó)的熱噴涂技術(shù)及工程應(yīng)用80年代初，北京礦冶研究總院首先研制出系列的自粘一次噴涂粉末；81年末，由當(dāng)時(shí)的國(guó)家經(jīng)委和國(guó)家科委聯(lián)合召開了我國(guó)首屆熱噴涂技術(shù)推廣會(huì)。在此次會(huì)上，由國(guó)家經(jīng)委和國(guó)家科委聯(lián)合下文。（經(jīng)技〔1981〕489號(hào)），成立了全國(guó)熱噴涂協(xié)作組。同時(shí)，在其后的“六五”、“七五”、“八五”和“九五”連續(xù)四個(gè)“五年計(jì)劃”中，將熱噴涂技術(shù)作為國(guó)家重點(diǎn)推廣項(xiàng)目并給予政策和經(jīng)費(fèi)支持，在“十一五”，熱噴涂技術(shù)研發(fā)和應(yīng)用也同樣列入許多單項(xiàng)工程并得到國(guó)家的支持。80年代初，北京礦冶研究總院首先研制出系列的自粘一次噴涂粉末

五、熱噴涂技術(shù)的分類

依據(jù)GB/T1872－2002頒布的分類方法有三種：熱噴涂材料類型操作方法熱源五、熱噴涂技術(shù)的分類依據(jù)GB/T1872－20（1）按熱噴涂材料類型分類線材噴涂wirespraying棒材噴涂rodspraying芯材噴涂cordspraying粉末噴涂powderspraying熔液噴涂moltenbathspraying（1）按熱噴涂材料類型分類（2）按操作方法分類手工噴涂manualspraying機(jī)械化噴涂mechanizedspraying自動(dòng)化噴涂automaticspraying（2）按操作方法分類（3）按熱源分類(最常用)熔液噴涂molten－bathspraying火焰噴涂flamespraying高速火焰噴涂highvelocityflamespraying爆炸噴涂detonationspraying電弧噴涂arcspraying等離子噴涂plasmaspraying激光噴涂laserspraying冷噴涂ColdSpray，ColdGasDynamicSpray（3）按熱源分類(最常用)熱噴涂方法的典型特征參數(shù)

特征值火焰溫度/℃粒子速度/m.s-1結(jié)合強(qiáng)度/N·mm-2氣孔率（％）噴涂效率/kg·h－1相對(duì)成本火焰噴涂3000408－2010－152－61電弧噴涂4000－600010012－251010－252高速火焰噴涂3000800－170070－110＜0.51－52－3火焰爆炸噴涂4000800＞701－214等離子噴涂12000-16000200－40060－80＜0.52－104熱噴涂方法的典型特征參數(shù)特征值火焰溫度/℃粒子速度/m.s各種熱噴涂方法的工作氣體溫度各種熱噴涂方法的工作氣體溫度六、熱噴涂設(shè)備

熱噴涂設(shè)備噴槍熱源涂層材料供給裝置控制系統(tǒng)冷卻系統(tǒng)六、熱噴涂設(shè)備熱噴涂設(shè)備噴槍熱源涂層材料供給裝置控制系統(tǒng)冷圖1火焰線材金屬噴涂設(shè)備原理圖1-空壓機(jī)2-冷凝器3-油水分離器4-貯氣罐5-空氣濾清器6-盤絲架7-噴涂槍8-工件9-氧氣瓶10-乙炔瓶圖1火焰線材金屬噴涂設(shè)備原理圖圖2超音速火焰噴涂設(shè)備圖2超音速火焰噴涂設(shè)備圖3爆炸噴涂設(shè)備原理圖圖3爆炸噴涂設(shè)備原理圖圖4CMD-DG2000型爆炸噴涂機(jī)圖4CMD-DG2000型爆炸噴涂機(jī)圖5電弧噴涂設(shè)備配置圖圖5電弧噴涂設(shè)備配置圖圖6CMD-AS3000型電弧噴涂機(jī)圖6CMD-AS3000型電弧噴涂機(jī)圖7等離子噴涂的設(shè)備配置圖圖7等離子噴涂的設(shè)備配置圖圖8JX-80等離子噴涂系統(tǒng)圖8JX-80等離子噴涂系統(tǒng)圖9激光噴涂設(shè)備圖9激光噴涂設(shè)備七、熱噴涂工藝

熱噴涂工藝過程一般包括：工件表面預(yù)處理→工件預(yù)熱→噴涂→涂層后處理七、熱噴涂工藝熱噴涂工藝過程一般包括：（1）表面預(yù)處理

工件表面預(yù)處理包括凈化和粗化兩個(gè)過程凈化處理的目的是除去工件表面的所有污垢,如氧化皮、油漬、油漆及其他污物,關(guān)鍵是除去工件表面和滲入其中的油脂。凈化處理的方法有溶劑清洗法、蒸汽清洗法、堿洗法及加熱脫脂法等。（1）表面預(yù)處理

粗化處理的目的是增加涂層與基材間的接觸面,增大涂層與基材的機(jī)械咬合力,使凈化處理過的表面更加活化,以提高涂層與基材的結(jié)合強(qiáng)度。粗化處理的方法有噴砂、機(jī)械加工法(如車螺紋、滾花)、電拉毛等，其中噴砂處理是最常用的粗化處理方法，常用的噴砂介質(zhì)有氧化鋁、碳化硅和冷硬鑄鐵等。粗化處理的目的是增加涂層與基材間的接（2）預(yù)熱預(yù)熱的目的是為了消除工件表面的水分和濕氣,提高噴涂粒子與工件接觸時(shí)的界面溫度,以提高涂層與基體的結(jié)合強(qiáng)度；減少因基材與涂層材料的熱膨脹差異造成的應(yīng)力而導(dǎo)致的涂層開裂。預(yù)熱溫度取決于工件的大小、形狀和材質(zhì),以及基材和涂層材料的熱膨脹系數(shù)等因素,一般情況下預(yù)熱溫度控制在60-120℃之間。（2）預(yù)熱（3）噴涂采用何種噴涂方法進(jìn)行噴涂主要取決于選用的噴涂材料、工件的工況及對(duì)涂層質(zhì)量的要求。陶瓷涂層：最好選用等離子噴涂；碳化物金屬陶瓷涂層：最好采用高速火焰噴涂；噴涂塑料：只能采用火焰噴涂；戶外大面積防腐工程噴涂：靈活高效的電弧噴涂或絲材火焰噴涂；總之，噴涂方法的選擇一般來說是多樣的，但對(duì)某種應(yīng)用來說總有一種方法是最好的。（3）噴涂（4）涂層后處理噴涂所得涂層有時(shí)不能直接使用,必須進(jìn)行一系列的后處理。用于防腐蝕的涂層,為了防止腐蝕介質(zhì)透過涂層的孔隙到達(dá)基材引起基材的腐蝕,必須對(duì)涂層進(jìn)行封孔處理。用作封孔劑的材料很多,有石臘、環(huán)氧樹脂、硅樹脂等有機(jī)材料及氧化物等無機(jī)材料,如何選擇合適的封孔劑,要根據(jù)工件的工作介質(zhì)、環(huán)境、溫度及成本等多種因素進(jìn)行考慮；（4）涂層后處理

對(duì)于承受高應(yīng)力載荷或沖擊磨損的工件,為了提高涂層的結(jié)合強(qiáng)度,要對(duì)噴涂層進(jìn)行重熔處理(如火焰重熔、感應(yīng)重熔、激光重熔以及熱等靜壓等),使多孔的且與基體僅以機(jī)械結(jié)合的涂層變?yōu)榕c基材呈冶金結(jié)合的致密涂層；有尺寸精度要求的,要對(duì)涂層進(jìn)行機(jī)械加工。對(duì)于承受高應(yīng)力載荷或沖擊磨損的工件,為了提高涂層的結(jié)

熱噴涂技術(shù)的特點(diǎn)

（1）由于熱源的溫度范圍很寬,因而可噴涂的涂層材料幾乎包括所有固態(tài)工程材料,如金屬、合金、陶瓷、金屬陶瓷、塑料以及由它們組成的復(fù)合物等.因而能賦予基體以各種功能(如耐磨、耐蝕、耐高溫、抗氧化、絕緣、隔熱、生物相容、紅外吸收等)的表面。（熱噴涂技術(shù)的特點(diǎn)（1）由于熱源的溫度范圍很寬,因而（2）噴涂過程中基體表面受熱的程度較小而且可以控制,因此可以在各種材料上進(jìn)行噴涂(如金屬、陶瓷、玻璃、布疋、紙張、塑料等),并且對(duì)基材的組織和性能幾乎沒有影響,工件變形也小。（3）設(shè)備簡(jiǎn)單、操作靈活,既可對(duì)大型構(gòu)件進(jìn)行大面積噴涂,也可在指定的局部進(jìn)行噴涂；既可在工廠室內(nèi)進(jìn)行噴涂也可在室外現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行施工。（4）噴涂操作的程序較少,施工時(shí)間較短,效率高,比較經(jīng)濟(jì)。（2）噴涂過程中基體表面受熱的程度較小而且可以控制,因此可以八、各種熱噴涂方法概述（1）氧乙炔火焰噴涂(焊)

氧乙炔火焰噴涂(焊)是最早的噴涂方法。它是利用氧和乙炔的燃燒火焰將粉末狀或絲狀、棒狀的涂層材料加熱到熔融或半熔融狀態(tài)后噴向基體表面而形成涂層的一種方法。它具有設(shè)備簡(jiǎn)單、工藝成熟、操作靈活、投資少、見效快的特點(diǎn)。

八、各種熱噴涂方法概述（1）氧乙炔火焰噴涂(焊)

它是目前國(guó)內(nèi)最常用的噴涂方法之一，可制備各種金屬、合金、陶瓷及塑料涂層。但是由該方法制備的涂層孔隙度較大,與基體材料的結(jié)合強(qiáng)度也較低。對(duì)于自熔合金而言,如若采用燃燒火焰將其一次噴融或?qū)娡繉舆M(jìn)行二次重熔(有火焰重熔、感應(yīng)重熔和爐熔等)的方法則稱為噴焊,噴焊涂層由于與基體材料呈冶金結(jié)合狀態(tài),因而與基體材料的結(jié)合強(qiáng)度大大提高,可以應(yīng)用于沖擊大、負(fù)荷重的工況下,如連續(xù)鑄造拉矯輥、熱軋矯直輥表面采用鎳基自熔合金噴焊涂層進(jìn)行強(qiáng)化,均獲得了十分良好的耐蝕、耐磨和抗熱疲勞的強(qiáng)化效果。它是目前國(guó)內(nèi)最常用的噴涂方法之一，可制備各種金（2）爆炸噴涂(D-GUN)

本方法是利用氧和可燃性氣體的混合氣，經(jīng)點(diǎn)火后在噴槍中爆炸,利用脈沖式氣體爆炸的能量,將被噴涂的粉末材料加熱、加速轟擊到工件表面而形成涂層。氣體燃燒和爆炸的結(jié)果可產(chǎn)生超音速高能氣流,爆炸波的傳播速度高達(dá)3000m/s,其中心溫度可達(dá)3450℃,粉末粒子的飛行速度可達(dá)1200m/s，因而爆炸噴涂層涂層致密,與基體的結(jié)合強(qiáng)度高,最高可達(dá)24kg/mm2，該法的缺點(diǎn)是噪音大,而且爆炸是不連續(xù)的,因而效率較低。

（2）爆炸噴涂(D-GUN)

（3）超音速火焰噴涂(HVOF)

超音速火焰噴涂(HighVelocityOxyFuel,簡(jiǎn)稱HVOF)是在20世紀(jì)80年代初在普通火焰噴涂的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一種新型熱噴涂技術(shù)。它是利用丙烷、丙烯等碳?xì)湎等細(xì)饣驓錃馀c高壓氧氣在燃燒室或特殊的噴嘴中燃燒，產(chǎn)生高達(dá)3200℃的高溫高壓燃?xì)?，焰流速度高達(dá)1500m/s以上,將粉末送進(jìn)火焰中,產(chǎn)生熔化或半熔化的粒子,高速撞擊在基體表面上沉積形成涂層,能夠獲得比普通火焰噴涂或等離子噴涂結(jié)合強(qiáng)度更高的致密涂層。

（3）超音速火焰噴涂(HVOF)

由于噴涂顆粒以超音速飛行而撞擊到基體表面，所以HVOF噴涂涂層的結(jié)合強(qiáng)度、密度和硬度都非常高。高速（可使顆粒獲得高的動(dòng)能和較短的氧化暴露時(shí)間）和相對(duì)較低的溫度是HVOF熱噴涂工藝方法最重要的兩個(gè)特征。

由于噴涂顆粒以超音速飛行而撞擊到基體表面（4）電弧噴涂電弧噴涂是在兩根絲狀的金屬材料之間產(chǎn)生電弧,電弧產(chǎn)生的熱使金屬絲熔化,熔化部分由壓縮空氣氣流霧化并噴向基體表面而形成涂層。該工藝也具有設(shè)備一次投資少,使用方便、效率高等特點(diǎn),但噴涂材料必須是導(dǎo)電的金屬及合金絲,因而其應(yīng)用受到了一定的限制,但它的高效率使得它在噴涂Al、Zn及不銹鋼等大面積防腐應(yīng)用方面成為首選工藝。（4）電弧噴涂（5）等離子噴涂(APS)

當(dāng)某種氣體如氮、氬、氫及氦等通過一壓縮電弧時(shí)產(chǎn)生電離而形成電中性的等離子體(是物質(zhì)除氣、液、固態(tài)外的第四態(tài))。等離子弧的能量集中溫度很高,其焰流的溫度在萬(wàn)度以上,可以將所有固態(tài)工程材料熔化。以這種高溫等離子體作熱源將涂層材料熔化制備涂層的工藝就是等離子噴涂。

（5）等離子噴涂(APS)

等離子噴涂涂層的致密度及與基體材料的結(jié)合強(qiáng)度均比火焰噴涂涂層和電弧噴涂涂層的高,而且也是制備陶瓷涂層的最佳工藝。等離子技術(shù)中引人注目之處是設(shè)備的大容量化和高輸出功率化,目前氣體等離子噴涂設(shè)備已有200kw的設(shè)備出售,不但大大提高了噴涂效率,也使涂層質(zhì)量更為改善,因而可以實(shí)現(xiàn)大面積高質(zhì)量涂層的連續(xù)生產(chǎn),如柔性印刷用網(wǎng)紋輥鏡面陶瓷層以及高分子薄膜電暈處理用陶瓷絕緣涂層的制備等。等離子噴涂涂層的致密度及與基體材料的結(jié)合強(qiáng)度均比火焰（6）低壓等離子噴涂(LPPS)

等離子噴涂可以在不同氣氛和不同壓力下實(shí)現(xiàn),當(dāng)噴涂作業(yè)在氣氛可控的負(fù)壓密封容器內(nèi)進(jìn)行時(shí)就成為低壓等離子噴涂。低壓等離子噴涂的優(yōu)點(diǎn)是：焰流速度高、粒子動(dòng)能大,形成的涂層致密、結(jié)合強(qiáng)度高；低壓環(huán)境下可對(duì)基體進(jìn)行預(yù)熱和進(jìn)行反向轉(zhuǎn)移弧電清理,進(jìn)一步提高涂層與基體的結(jié)合強(qiáng)度；由于沒有大氣污染,涂層材料不氧化成分變化小,因而可以進(jìn)行活性金屬如Ti、Ta、Nb