第七章_熱噴涂.ppt

1、第七章 熱噴涂,1. 概述 1.1 什么是熱噴涂 1.2 熱噴涂技術(shù)分類 1.3 熱噴涂技術(shù)的特點 2. 熱噴涂的基礎(chǔ)理論 3. 熱噴涂工藝,熱噴涂方法的種類,線材火焰噴涂 棒材火焰噴涂 粉末火焰噴涂 超音速火焰噴涂 粉末火焰噴焊,大氣等離子噴涂 真空等離子噴涂 保護(hù)氣氛等離子噴涂 水穩(wěn)等離子噴涂 超音速等離子噴涂,氣體燃燒熱源,氣體放電熱源,電熱熱源,爆炸熱源,激光熱源,電弧噴涂,等離子噴涂,等離子噴焊,電容放電噴焊 感應(yīng)加熱噴涂,燃?xì)庵貜?fù)爆炸噴涂 線材電爆噴涂,激光噴涂 激光噴焊,熱噴涂方法的種類,線材火焰噴涂 棒材火焰噴涂 粉末火焰噴涂 超音速火焰噴涂 粉末火焰噴焊,大氣等離子噴涂 真空

2、等離子噴涂 保護(hù)氣氛等離子噴涂 水穩(wěn)等離子噴涂 超音速等離子噴涂,氣體燃燒熱源,氣體放電熱源,電熱熱源,爆炸熱源,激光熱源,電弧噴涂,等離子噴涂,等離子噴焊,電容放電噴焊 感應(yīng)加熱噴涂,燃?xì)庵貜?fù)爆炸噴涂 線材電爆噴涂,激光噴涂 激光噴焊,利用各種可燃性氣體燃燒放出的熱進(jìn)行的熱噴涂稱為火焰噴涂。 火焰噴涂的歷史最悠久，設(shè)備最簡單，投資最少，目前仍被廣泛使用。一般情況下，高溫下不劇烈氧化，在2760C以下不升華，能在2500以下熔化的材料都可以使用火焰噴涂形成涂層。根據(jù)火焰特征和噴涂材料的形態(tài)又可分為：線材火焰噴涂，棒材火焰噴涂，粉末火焰噴涂，超音速火焰噴涂，粉末火焰噴焊。,氣體燃燒熱源,熱噴涂方

3、法的種類,線材火焰噴涂 棒材火焰噴涂 粉末火焰噴涂 超音速火焰噴涂 粉末火焰噴焊,大氣等離子噴涂 真空等離子噴涂 保護(hù)氣氛等離子噴涂 水穩(wěn)等離子噴涂 超音速等離子噴涂,氣體燃燒熱源,氣體放電熱源,電熱熱源,爆炸熱源,激光熱源,電弧噴涂,等離子噴涂,等離子噴焊,電容放電噴焊 感應(yīng)加熱噴涂,燃?xì)庵貜?fù)爆炸噴涂 線材電爆噴涂,激光噴涂 激光噴焊,熱噴涂方法的種類,線材火焰噴涂 棒材火焰噴涂 粉末火焰噴涂 超音速火焰噴涂 粉末火焰噴焊,大氣等離子噴涂 真空等離子噴涂 保護(hù)氣氛等離子噴涂 水穩(wěn)等離子噴涂 超音速等離子噴涂,氣體燃燒熱源,氣體放電熱源,電熱熱源,爆炸熱源,激光熱源,電弧噴涂,等離子噴涂,等離

4、子噴焊,電容放電噴焊 感應(yīng)加熱噴涂,燃?xì)庵貜?fù)爆炸噴涂 線材電爆噴涂,激光噴涂 激光噴焊,以突然爆發(fā)的熱能加熱熔化噴涂材料并使熔粒加速。 燃?xì)庵貜?fù)爆炸噴涂：將一定比例的乙炔和氧氣的混合氣以及噴涂粉末同時送入爆炸噴槍，利用混合氣點火爆炸，產(chǎn)生的熱能將粉末加熱熔化，并噴射到基體表面形成涂層。,爆炸噴涂,線爆噴涂：使金屬絲突然通過強大的電流，因電熱的能量使金屬絲爆炸成微粒，粘附在基體表面形成涂層。,熱噴涂方法的種類,線材火焰噴涂 棒材火焰噴涂 粉末火焰噴涂 超音速火焰噴涂 粉末火焰噴焊,大氣等離子噴涂 真空等離子噴涂 保護(hù)氣氛等離子噴涂 水穩(wěn)等離子噴涂 超音速等離子噴涂,氣體燃燒熱源,氣體放電熱源,電

5、熱熱源,爆炸熱源,激光熱源,電弧噴涂,等離子噴涂,等離子噴焊,電容放電噴焊 感應(yīng)加熱噴涂,燃?xì)庵貜?fù)爆炸噴涂 線材電爆噴涂,激光噴涂 激光噴焊,熱噴涂技術(shù)的優(yōu)點,(1) 噴涂材料種類很多， 金屬、合金、陶瓷；塑料、尼龍。 (2) 可以用于各種基體 金屬、陶瓷、玻璃、石膏、木材、布、紙等幾乎所有固體材料都可以 進(jìn)行噴涂處理。 (3) 噴涂方法多,因此，選擇合適的方法幾乎能在任何固體表面上噴涂各種材料，賦予普通材料以特殊的表面性能，使其具有耐磨、耐腐蝕、耐氧化、耐高溫、隔熱導(dǎo)電、絕緣、密封、減摩、耐輻射、發(fā)射電子等不同性能，達(dá)到節(jié)約貴重材料、提高產(chǎn)品質(zhì)量和降低生產(chǎn)成本，滿足多種工程和尖端技術(shù)的需要。

6、,熱噴焊技術(shù)與熱噴涂技術(shù)有一定的差別。 熱噴涂是利用熱源將噴涂材料加熱熔化或軟化，依靠熱源本身動力或外加的壓縮空氣流，將熔化的噴涂材料霧化成細(xì)粒或推動熔化的粉末粒子，以形成快速運動的粒子流，粒子噴射到基體表面形成表面涂層。 熱噴焊是在噴涂過程的同時或噴涂層形成后，對金屬基體和涂層進(jìn)行加熱，使涂層在基體表面熔融。熔融的涂層和基體之間產(chǎn)生一定的相互擴散過程，形成類似焊接連接的冶金結(jié)合。,熱噴焊,第七章 熱噴涂,1. 概述 2. 熱噴涂的基礎(chǔ)理論 2.1 噴涂層的形成機理 2.2 飛行中的粒子流 2.3 涂層的成分和結(jié)構(gòu) 2.4 涂層的結(jié)合機理 3. 熱噴涂工藝,噴涂層的形成機理,噴涂材料的加熱熔化

7、階段 在粉末噴涂時，噴涂粉末在熱源所產(chǎn)生的高溫區(qū)被加熱到熔化狀態(tài)或軟化狀態(tài)； 在線材噴涂時，線材的端部進(jìn)入熱源所產(chǎn)生的溫度場的高溫區(qū)時很快被加熱熔化，熔化的液體金屬以熔滴狀存在于線材端部。,噴涂層的形成機理,加熱熔化,噴涂材料的加熱熔化階段 在粉末噴涂時，噴涂粉末在熱源所產(chǎn)生的高溫區(qū)被加熱到熔化狀態(tài)或軟化狀態(tài)； 在線材噴涂時，線材的端部進(jìn)入熱源所產(chǎn)生的溫度場的高溫區(qū)時很快被加熱熔化，熔化的液體金屬以熔滴狀存在于線材端部。,溶滴的霧化階段 在粉末噴涂時，被熔化或軟化的粉末在外加壓縮氣流或者熱源本身的射流的推動下向前噴射，不發(fā)生粉末的破碎細(xì)化和霧化過程； 在線材噴涂時，線材端部的熔滴在外加壓縮氣流

8、或者熱源自身射流的作用下，克服表面張力脫離線材端部，并被霧化成細(xì)小的熔粒隨射流向前噴射。,噴涂層的形成機理,加熱熔化,霧化,粒子的飛行階段 離開熱源高溫區(qū)的熔化態(tài)或軟化態(tài)的細(xì)小粒子在氣流或射流的推動作用下向前噴射，在達(dá)到基體表面之前的階段均屬粒子的飛行階段。 在飛行過程中，粒子的飛行速度隨著粒子離噴嘴距離的增大而發(fā)生如下的變化：粒子首先被氣流或射流加速，飛行速度從小到大，到達(dá)一定距離后飛行速度逐漸變小。這些具有一定溫度和飛行速度的粒子到達(dá)基體表面時即進(jìn)入噴涂階段。,噴涂層的形成機理,加熱熔化,霧化,飛行,粒子的噴涂階段 到達(dá)基體表面的粒子具有一定的溫度和速度，粒子的尺寸范圍為幾十微米到幾百微米

9、，速度高達(dá)每秒幾十到幾百米。 未碰撞前粒子溫度為粒子成分所決定的熔點溫度。 在產(chǎn)生碰撞的瞬間，粒子將其動能轉(zhuǎn)化為熱能傳給基體。粒子在碰撞過程中發(fā)生變形，成為扁平狀粒子，并在基體表面迅速凝固而形成涂層。,粒子的飛行階段 離開熱源高溫區(qū)的熔化態(tài)或軟化態(tài)的細(xì)小粒子在氣流或射流的推動作用下向前噴射，在達(dá)到基體表面之前的階段均屬粒子的飛行階段。 在飛行過程中，粒子的飛行速度隨著粒子離噴嘴距離的增大而發(fā)生如下的變化：粒子首先被氣流或射流加速，飛行速度從小到大，到達(dá)一定距離后飛行速度逐漸變小。這些具有一定溫度和飛行速度的粒子到達(dá)基體表面時即進(jìn)入噴涂階段。,涂層的形成過程,飛行中的粒子流,飛行速度的大小影響粒

10、子與基體表面碰撞時轉(zhuǎn)換能量的大小、粒子的變形程度以及結(jié)合強度。,氧化鋁棒材,氧化鋁粉末,離噴涂末端距離(mm),飛行速度(m/sec),鋁線材,鋼線材,離噴涂末端距離(mm),粒子飛行速度隨距離的變化,飛行中的粒子流,粒子的溫度,線狀噴涂材料 被加熱到熔化或熔融狀態(tài)，若不考慮粒子與基體碰撞時動能轉(zhuǎn)換為熱能所引起的粒子自身溫度的升高，那么粒子到達(dá)基體時的溫度為其熔點。,粉末噴涂材料 粉末被熱源加熱到熔融狀態(tài)，這個加熱依靠粉末表面向內(nèi)部的熱傳導(dǎo)來進(jìn)行，所以粉末的熱物理性能和粉末粒度所決定的粉末尺寸影響著加熱和飛行中粒子內(nèi)部的溫度高低。 為了獲得高結(jié)合強度和高質(zhì)量的涂層，粉末內(nèi)部離表面 90%的深度

11、處應(yīng)處于熔融狀態(tài)。,在球狀粉末等離子噴涂時，假定粉末粒子離開噴嘴進(jìn)入等離子弧的瞬間，其表面溫度已達(dá)到了熔點，并在溫度遠(yuǎn)高于粒子熔點的等離子弧加熱，粒子內(nèi)部溫度的高低由粒子尺寸決定。 根據(jù)下面的公式可以估算，粉末粒子內(nèi)部離表面90%的深度處，達(dá)到熔融狀態(tài)所允許的粉末顆粒的最大直徑：,式中：Dmax為粉末顆粒的最大直徑(cm)， DT為粉末材料的熱擴散系數(shù)(cm2/sec)， t 為加熱時間(sec),由溫度要求確定粉末的最大直徑,所以，粉末的熱特性影響著噴涂時粉末允許的最大直徑,等離子噴涂時幾種材料粉末的加熱特性,(粉末顆粒在等離子弧中飛行時間為0.1ms),Dmax 越小，表明該材料噴涂越困難

12、。 噴涂時，相同材質(zhì)的粉末粒度越小，獲得的涂層越致密，結(jié)合強度越高；粒度增大則使涂層質(zhì)量下降。,在一定的噴涂條件下，噴涂粒子的尺寸存在著最小的臨界尺寸。小于這個尺寸，吹到工件上的氣流就會把噴涂粒子卷走，使之無法到達(dá)工件表面。,噴涂粒子的最小尺寸,粒子質(zhì)量越小，則其軌跡偏離初始流速直線方向就越多。,小顆粒被氣流卷走,熱損失 熔融狀態(tài)或液態(tài)粒子在飛行過程中會因輻射、對流及蒸發(fā)過程而降溫。例如2500K的熔滴飛行10-2sec后溫度下降至2144K，其中蒸發(fā)熱降溫占3.5%，熱輻射損失最大。熔滴體積越大，溫度下降速度越小，涂層與基體的結(jié)合越好。,影響粒子溫度的因素,反應(yīng)熱 在復(fù)合材料粉末噴涂時，粒子

13、的溫度加熱有所不同。 復(fù)合粉末是在金屬或非金屬心材表面上覆蓋23m的其他金屬或非金屬層，如常用的鎳包鋁粉末。 在噴涂過程中鎳和鋁發(fā)生反應(yīng)，生成鎳鋁化合物和氧化鋁，并產(chǎn)生較多的反應(yīng)熱，使粉末的粒子溫度上升。 同時粉末粒子還受熱源作用加熱，從而使粒子達(dá)到更高溫度，使涂層的結(jié)合強度明顯提高。 所以復(fù)合粉末常用于打底涂層的噴涂。,噴涂材料的粒子表面在飛行過程中發(fā)生的反應(yīng)將影響涂層的質(zhì)量。 在火焰噴涂時，除了燃燒所用氣體外，會有進(jìn)入火焰氣氛的空氣； 以氬氣或氮氣保護(hù)的等離子噴涂時，也總有少量空氣卷入保護(hù)氣氛中； 在電弧噴涂時，本身利用壓縮空氣輸送噴涂材料。 所以粒子在飛行中會不同程度地與氧、氮發(fā)生反應(yīng)，

14、所生成的氧化物和氮化物不可避免地形成了夾雜，降低了涂層質(zhì)量。 但是也可通過調(diào)整粒子飛行時的氣氛而控制粒子飛行中的表面反應(yīng)，以獲得某些難得的涂層，這方面的研究近幾年進(jìn)行得較多。,飛行中的粒子流,粒子與空氣的反應(yīng),涂層的成分與結(jié)構(gòu),涂層的成分,表中列出了線材火焰噴涂和電弧噴涂前后幾個元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)的變化數(shù)值， 可以看出，涂層的成分和噴涂材料的成分有所差異。由于電弧噴涂時弧柱區(qū)溫度高，使粒子表面在飛行中發(fā)生強烈的氧化燒損，所以涂層中碳含量c下降很明顯，其它元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)也有所降低。 在氬氣和氮氣保護(hù)下的等離子噴涂時，由于保護(hù)效果好，空氣不易進(jìn)入電弧區(qū)，所以涂層的成分變化小。,涂層的成分,涂層的成分與結(jié)

15、構(gòu),涂層的結(jié)構(gòu),涂層是由無數(shù)變形的粒子互相交錯而呈波浪式堆迭在一起的層狀組織結(jié)構(gòu)，或者說涂層是由熔融粒子撞擊后的扁平狀的變形粒子組成。,夾雜:由于噴涂時飛行中的高溫粒子與噴涂工作氣體或進(jìn)入噴涂氣氛的空 氣發(fā)生反應(yīng)，使熔融粒子的表面不可避免地存在著氧化物夾雜。 熔合區(qū)：在部分粒子之間會形成小區(qū)域的熔合區(qū)，即粒子間的界面消失而形成類似焊合的冶金結(jié)合，在粒子間的相互熔合區(qū)域不存在氧化膜。 不完全熔融粒子：在涂層中可能存在因碰撞時未到達(dá)完全熔融狀態(tài)而沒有發(fā)生變形的圓形粒子。 氣孔：在變形粒子之間還可能存在著孔洞。 由于噴涂工藝不當(dāng)還可能引起其它缺陷。,涂層結(jié)構(gòu)中的缺陷,氣孔形成的幾種類型,(c),(a

16、) 在噴涂過程中，一些熔融粒子在同方向上平行地到達(dá)基體表面時因陰影效果而形成氣孔。 (b) 扁平狀粒子之間不完全堆積會形成氣孔。 (c) 在基材待噴涂表面的凹陷處若含有空氣或其它氣體時也會形成氣孔。,由上述可知，噴涂層是由變形顆粒、氧化物夾雜、未變形顆粒及氣孔組成。 涂層的結(jié)構(gòu)特點取決于噴涂熱源、材料及工藝等因素。 選用高溫?zé)嵩?如激光熱源、等離子弧)、超音速噴涂、以及保護(hù)氣氛或低壓下噴涂，都可以減少涂層中的氧化物夾雜和氣孔，改善涂層的結(jié)構(gòu)和性能。 噴涂層的結(jié)構(gòu)還可以通過重熔處理來改善，涂層中的氧化物夾雜和孔隙會在重熔中消除，涂層的層狀結(jié)構(gòu)會變成均質(zhì)結(jié)構(gòu)，與基體的結(jié)合強度也會提高。,改善涂層結(jié)

17、構(gòu)的方法,涂層的結(jié)合機理,機械結(jié)合 被熱源升溫到熔融狀態(tài)且被氣流加速的快速飛行的噴涂材料粒子與經(jīng)過粗化處理的基體表面碰撞時，發(fā)生變形，成為扁平狀，并隨基體表面的凸凹不平而起伏，這些覆蓋并緊貼基體表面的液態(tài)薄片，在冷卻凝固時收縮咬住凸出點而形成機械結(jié)合。 機械結(jié)合與基體表面的粗糙度有關(guān)。采用噴砂、粗車、車螺紋或化學(xué)腐蝕等方法來粗化基體表面，以提高涂層與基體的機械結(jié)合，可以達(dá)到提高涂層與基體的結(jié)合強度的目的。 另外，基體表面粗化使粉末凝固時的收縮應(yīng)變分布在局部區(qū)域，減少了內(nèi)應(yīng)力，也有利于提高涂層與基體的結(jié)合強度。,擴散結(jié)合 高速運動的高溫狀態(tài)的噴涂粒子與基體表面碰撞而形成緊密接觸時，在 變形和高溫

18、的同時作用下，基體表面的原子得到足夠的能量，涂層材料與 基體表面間會發(fā)生原子的相互擴散。擴散的結(jié)果增加了涂層與基體的結(jié)合 強度，也會在結(jié)合面上形成一層固溶體或金屬間化合物層。,涂層與基體的結(jié)合,物理結(jié)合 當(dāng)高速運動的高溫狀態(tài)的噴涂粒子與基體表面碰撞后，若二者之間緊接觸的程度，使界面兩側(cè)原子之間達(dá)到原子晶格常數(shù)范圍時，在涂層與基體間形成范德華力(物理結(jié)合)而提高結(jié)合強度。 基體表面的清潔程度和噴涂粒子的氧化情況都會影響界面兩側(cè)原子間距離，從而影響物理結(jié)合。噴砂能使基體呈現(xiàn)異常清潔的高活性的新鮮金屬表面，噴砂后立即噴涂可以增強物理結(jié)合程度。,冶金結(jié)合 在使用放熱型噴涂材料或采用高溫?zé)嵩磭娡繒r，基體

19、表面某些區(qū)域的溫度達(dá)到基體的熔點，熔融態(tài)的噴涂材料的粒子會與熔化態(tài)的基體之間發(fā)生“焊合”現(xiàn)象，形成微區(qū)冶金結(jié)合，從而提高涂層與基體的結(jié)合強度。,一般認(rèn)為在涂層與基體之間機械結(jié)合起主要作用，同時，其它幾種結(jié)合機理也在不同程度地起作用，其程度受粉末的成分、表面狀態(tài)、溫度、熱物理性能等因素的影響。,涂層與基體的結(jié)合,涂層的結(jié)合機理,獲得良好結(jié)合性能的方法,由上面的分析得出： 噴涂粒子尺寸合適，到達(dá)基體表面時應(yīng)保持液態(tài)，以保證 粒子與基體的良好接觸。 噴涂粒子的飛行速度足夠大，以使碰撞時產(chǎn)生足夠大的 動能。 基體表面潔凈并具有一定的粗化度，以提高物理結(jié)合、擴 散結(jié)合和機械結(jié)合強度。 盡量提高碰撞時的接

20、觸溫度和高溫停留時間，以提高擴散 結(jié)合強度和冶金結(jié)合強度。 防止扁平粒子與基體表面產(chǎn)生殘余變形，以防止涂層開裂。,第七章 熱噴涂,1. 概述 2. 熱噴涂的基礎(chǔ)理論 3. 熱噴涂工藝 3.1 噴涂方法 3.2 噴涂材料 3.3 熱噴涂工藝 3.4 涂層設(shè)計 3.5 熱噴涂的一些應(yīng)用事例,噴涂方法,火焰噴涂是利用氣體燃燒火焰的高溫將噴涂材料熔化，并用壓縮空氣流將它噴射到工件表面上形成覆層。 噴涂材料可以用金屬絲，也可以用粉末。 粉末氣體火焰噴涂可以獲得結(jié)合力較高的涂層，可噴涂的材料也較廣，而且設(shè)備簡單便宜，操作方便，容易推廣。 氣體燃燒火焰采用氧氣作助燃劑，可燃?xì)怏w最常用的是乙炔氣，也可以用氫氣

21、、城市煤氣、工業(yè)煤氣、丙烷和丁烷。,火焰粉末噴槍主要由兩大部分組成：火焰燃燒系統(tǒng)和粉末供給系統(tǒng)。 對火焰燃燒系統(tǒng)的要求是保證火焰燃燒穩(wěn)定、工作效率大、可調(diào)節(jié)，且不易回火。 對粉末供給系統(tǒng)的要求是抽吸粉末能力強、吸粉量大、送粉裝置開關(guān)靈活可靠、送粉量能均勻調(diào)節(jié)。 對于手持式噴槍，還要求重量輕，使用操作方便。,1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15,中、小型噴槍典型結(jié)構(gòu),中小型噴槍的結(jié)構(gòu)基本上是在氣焊槍上加一套供粉裝置。當(dāng)送粉閥8不開啟時，其作用與普通的氣焊槍相同?？勺鲊姺矍暗念A(yù)熱。 當(dāng)火焰將工件預(yù)熱到一定程度，隨即按下送粉閥，粉末就 在氧氣的抽吸作用下進(jìn)入槍體，并

22、隨混合氣一起由噴嘴噴 出。粉末噴出后被氧乙炔火焰加熱到塑性狀態(tài)，同時被 加速，以高速沖向工件表面而形成噴涂層。,1. 噴嘴 3. 混合氣管 5. 粉閥體 6. 粉斗 8. 粉閥開關(guān) 10. 乙炔開關(guān) 11. 氧氣開關(guān) 14. 乙炔接頭 15. 氧氣接頭,火焰粉末噴槍,粉末火焰噴槍,線材火焰噴槍,11 10 9,15 14 13 12,1 2 3,4,5,6 7,8,大型噴槍內(nèi)另外設(shè)置了送粉氣路，由氧氣送粉，仍從噴嘴噴出。為了操作方便，這類槍多做成手槍型。 1. 粉斗 4. 噴嘴 6. 乙炔閥 9. 乙炔進(jìn)口 10. 氧氣進(jìn)口 11. 附加送粉 氣 體進(jìn)口 12. 氧氣閥,一種大型噴槍的外形,噴

23、涂方法,噴槍中的兩根金屬絲分別接電源兩極，彼此絕緣，另一端能接觸，以產(chǎn)生電弧而熔化。,噴涂材料為金屬絲，用電弧發(fā)出的熱量將金屬絲熔化。電弧電源可用直流，也可用交流，以直流效果較佳。金屬絲熔點高時，需要較高的電壓。 壓縮空氣是輸送金屬絲的動力，又是將熔化金屬霧化并噴射到工件上的動力。壓力通常為0.490.686MPa。 壓縮空氣經(jīng)過干燥凈化送入噴槍內(nèi)，與金屬絲等速向前推進(jìn)至噴槍。,電弧噴涂,優(yōu)點：構(gòu)造簡單，操作靈活，噴涂材料的利用率高，材料價格低，氣源 單一，總的處理成本低。 缺點：噴涂材料局限于能制成絲的金屬和合金材料。另外，金屬絲導(dǎo)孔 易磨損，金屬絲往往由于接觸不良而打火，甚至焊??；金屬絲導(dǎo)

24、 內(nèi)銹皮等臟物易卡住而不能順利送絲。,當(dāng)電源系統(tǒng)通電后，兩金屬絲不斷產(chǎn)生電弧而熔化。壓縮空氣將熔化金屬霧化并噴射到工件上，便得到涂層。,電弧噴槍,電弧噴涂設(shè)備,噴涂方法,進(jìn)行等離子噴涂時，一般采用兩種方法來防止材料的氧化。 在凈化過的真空惰性氣 氛室里進(jìn)行噴涂。 使用如右圖所示的特別設(shè)計的保護(hù)性噴嘴，以擋住周圍空氣，保護(hù)等離子噴射的火焰。在實際應(yīng)用中以后者為好。,等離子噴涂設(shè)備,自動化等離子噴涂系統(tǒng),噴涂方法,爆炸噴涂,爆炸噴涂的優(yōu)點,不足：躁聲很大(140dB)，因此要在隔音室內(nèi)工作，通過觀察窗口監(jiān)視操作，使設(shè)備造價很高。,爆炸噴涂設(shè)備,幾種噴涂方法的比較,噴涂材料,合金粉,(1) 結(jié)合粉

25、結(jié)合粉噴在基體材料和工作層之間，可使兩者的結(jié)合強度提高。它是工作層的底層，故又稱為打底粉。 結(jié)合粉目前多為鎳鋁復(fù)合粉，其特點是每個粉末顆粒中的鎳鋁都是單獨存在的。平時鎳和鋁不發(fā)生反應(yīng)，噴涂時，當(dāng)粉末通過火焰受熱溫度高于600C后，鎳和鋁之間就會發(fā)生強烈的放熱化學(xué)反應(yīng)。同時，部分鋁還會發(fā)生氧化，產(chǎn)生更多的熱量。 這兩種放熱反應(yīng)在粉末撞擊到工件表面后還能進(jìn)行一段時間，可使粉末與工件接觸處瞬時溫度達(dá)到900C以上。在這種高溫下，鎳就可以擴散到基體材料中去，從而形成原子擴散結(jié)合。 由于制造方法不同，鎳鋁復(fù)合粉可以分為鎳包鋁和鋁包鎳兩大類。 鎳包鋁粉是較早研制的產(chǎn)品，用鎳鉻合金代替純鎳作粉末芯核，制成鋁

26、包鎳鉻合金的復(fù)合粉末，可使涂層具有更好的耐高溫性能和抗氧化性能。,噴涂材料,(2) 工作粉 組成工作層的粉末應(yīng)有承擔(dān)服役條件的能力，同時還要能與結(jié)合層可靠地結(jié)合。作為火焰噴涂常用的工作粉有合金粉、金屬包覆粉。常用的國產(chǎn)工作粉可分為鎳基、鈷基、鐵基、銅基四大類。 鈷基合金粉末 鈷為基體，添加鉻、鎢、碳等合金元素形成的鈷基合金具有耐腐蝕、耐磨損、抗氧化等特點。 鎳基合金粉末 鎳為基體，加入鉻、碳、硼、硅等合金元素形成的合金。 鐵基合金粉末 以鐵為基體，添加硼、碳、硅、鉻、鎳等合金元素形成的合金。鐵基合金較為便宜，適用于室溫下或溫度低于400C而且腐蝕輕微的工作條件，還能滿足耐磨性要求。 銅基合金粉

27、末 以銅為基體，加入錫、磷等合金元素形成的合金。這類合金粉末主要用于易加工、摩擦系數(shù)小的工件。,合金粉,噴涂材料,熱噴涂工藝,預(yù)處理,熱噴涂,后處理,清 洗,粗糙化,對不噴涂部位的保護(hù),表面精加工,改善涂層質(zhì)量,熱噴涂工藝,噴涂前的預(yù)處理,(2) 表面粗糙化處理 表面粗糙化處理是熱噴涂工藝的一個極為重要的環(huán)節(jié)。 表面粗糙化處理的方法有：車削、磨削、噴砂、點焊、化學(xué)處理、噴打底層等方法?；瘜W(xué)處理很少有實用價值，其它處理方法要根據(jù)零件情況和對涂層的要求進(jìn)行選用。 車削 當(dāng)工件為旋轉(zhuǎn)體(如軸類)時，以采用車削加工最為方便。既可粗化表面，對修復(fù)零件而言又可去掉零件表面疲勞和磨損層，同時還可以增加涂層厚

28、度。常用車光面或車螺紋兩種方法，它們都能增加基材表面與涂層的結(jié)合面積。特別是車螺紋，結(jié)合面積要比車光面時大40%左右，可增大機械咬合力，對增加結(jié)合強度十分有利。 經(jīng)硬化處理而無法車削的工件，或者不能車削的平面等非旋轉(zhuǎn)面和局部小面積等部位，可采用磨削加工。,(1) 工件清洗 工件在噴涂前都要仔細(xì)清洗，去除一切油污、水銹、氧化皮等，使工件表面呈現(xiàn)金屬光澤。,熱噴涂工藝,噴涂前的預(yù)處理, 噴砂 噴砂的成本低、效率高，既起凈化作用又起粗化作用，同時還能使表面產(chǎn)生一定的殘余壓應(yīng)力，對提高噴涂后工件的疲勞強度有利。 所用的砂粒有：鋼砂、鋼玉砂(Al2O3)和石英砂(SiO2)等，其中以石英砂最硬，且有一定

29、的尖角，效果最好，但價格較貴。鋼玉便宜，但硬度較低，不過一般已能滿足要求。,(3) 對不需噴涂部位的保護(hù) 在對噴涂表面進(jìn)行仔細(xì)準(zhǔn)備的同時，還要對不需噴涂的表面進(jìn)行保護(hù)處理，如涂刷專用的保護(hù)液，也可涂石灰水，或在表面用油棉紗擦一下。工件表面不需噴涂的圓孔、鍵槽等，可用粉筆堵塞，噴后加工時除去即可。,熱噴涂工藝,預(yù)處理,熱噴涂,后處理,清 洗,粗糙化,對不噴涂部位的保護(hù),表面精加工,改善涂層質(zhì)量,關(guān)于熱噴涂過程、設(shè)備，前面已作介紹。,(1) 精加工 精加工是為了使噴涂零件的尺寸和表面粗糙度達(dá)到設(shè)計要求。 車削加工 當(dāng)涂層硬度較低，且加工余量較大時，采用車削。 磨削加工 涂層硬度較高和加工余量較小時

30、宜采用磨削。要想獲得較好的磨削質(zhì)量，并有較高的生產(chǎn)率和較低的生產(chǎn)成本，必須選用合適的砂輪和磨削規(guī)范，此外還要求磨床有足夠的鋼度。 由于涂層的多孔性，磨削時產(chǎn)生的磨粒會嵌入孔隙，在工件使用過程中，這些磨粒會使工作面受到嚴(yán)重?fù)p傷。如果噴涂層采用石蠟封孔后處理再精磨，既可以密封孔隙防止磨粒嵌入污染涂層，又可作為切削潤滑劑。,噴涂后處理,熱噴涂工藝,噴涂后處理,熱噴涂工藝,(2) 改善涂層品質(zhì)的后處理 提高氣密性 涂層的多孔性對于耐磨性和隔熱性是有利的，但對于耐腐蝕性以及強度是不利的。 為了提高氣密性，需要采取部分或全部堵塞孔隙的特殊處理。除車削、磨削和拋光能在不同程度上提高致密度和氣密性外，還可采用

31、噴丸、旋光、浸潤等方法。 提高與基體的結(jié)合力 采用高頻加熱能使鋼涂層與基體的結(jié)合強度提高1.3倍左右。在普通爐中加熱至324C保溫1小時也能提高3倍，加熱到900C保溫1小時，提高3.5倍。但若再延長加熱時間，其效果反而下降。,噴涂后處理,熱噴涂工藝, 提高抗熱性 鋼件噴鋁(0.20.3mm)后，涂上一層水玻璃，撒上細(xì)石英粉，烘干后再涂第二層水玻璃。這樣23層水玻璃能防止加熱時氧化。加熱到6001000C保溫35小時，能使鋁擴散到鋼中，形成鐵鋁合金，其表面因氧化而含有Al2O3晶體，能耐900C以上的高溫，可以延長高溫下的壽命。 提高減摩性 在切削加工前于80100C的油中浸潤0.51小時，可以提高鋼涂層的減摩性，對于有色金屬鋅、鋁、黃銅等涂層可改善其切削加工性能。,涂層設(shè)計,涂層設(shè)計的指導(dǎo)原則,(1) 在涂層設(shè)計前首先要對零件進(jìn)行失效分析。因為修復(fù)或強化一個零件，首先需要了解其早期失效的原因和影響壽命的主要因素，才能判斷有無使用噴涂的必要性。在分析時，要把零件的工作條件所要求的性能和不同材料、不同工藝所能提供的性能結(jié)合起來考慮，才有可能設(shè)計出高質(zhì)量的涂層。 (2) 其次，要綜合