技能培训 材料表面工程学 热喷涂技术

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第三章 热喷涂技术 热喷涂是采用不同的热源，将喷涂材料加热至 熔融或半熔融状态，用高压气流将其雾化，并以一 定的速度喷射到经过预处理的工件表面，从而形成 附着牢固的表面层的加工方法。 热喷涂用的热源：气体或液体燃料、电弧、等 离子弧、激光等。 热喷涂材料：金属、合金、金属陶瓷、氧化物、 碳化物、塑料或复合材料。 工件材料：金属、合金、陶瓷、水泥、塑料、 石膏、木材、玻璃等几乎所有固体材料。 喷涂层的性能：耐磨、耐蚀、耐热、抗氧化、润 滑等。 喷涂层的厚度：0.5-5mm。 应用：宇航、国防、机械、冶金、石油、化工、 机车车辆、电力等部门。 如果将喷涂层再加热重熔，产生冶金结合，称为 喷熔。 一、热喷涂原理 1.涂层形成过程及形成原理 热喷涂过程：熔化---雾化---喷射---沉积 一、热喷涂原理 2.涂层结构 涂层的金相组织：层状结构，内有孔洞。 一、热喷涂原理 涂层性能：各向异性。重熔处理 一、热喷涂原理 3.涂层结合机理 涂层与基体的结合：结合力； 涂层内部的结合：内聚力。 涂层与基体的结合： 1）机械结合 2）冶金-化学结合： 3）物理结合： 涂层内部的结合：主要以机械结合为主。 一、热喷涂原理 4.涂层残余应力 涂层的外层受拉应力；基体有时也包括涂层的内 层则产生压应力。这种应力随涂层厚度的加大而 增加，最终导致涂层断裂或从基体上剥离。 降低残余应力的方法： （1）基体预热； （2）基体表面预处理：吹砂、开沟槽、车螺纹。 一、热喷涂原理 4.涂层残余应力 二、热喷涂的种类和特点 1.热喷涂种类 根据涂层加热和结合方式分：喷涂和喷熔。 根据加热喷涂材料的热源种类分：火焰、电弧、 高频、等离子弧（超音速）、爆炸、激光（喷涂、 重熔）、电子束。 二、热喷涂的种类和特点 2.热喷涂特点 （1） 适用范围广。喷涂材料、工件材料。 （2） 工艺灵活。 （3） 喷涂厚度可调。几微米至几毫米。 （4） 工件受热影响小。基体变形小、组织、性 能变化小。 （5） 生产率高。 缺点：粉尘、烟雾大、噪声大。 三、热喷涂工序 1.表面预处理 （1）基体表面的清洗、脱脂：碱性溶液或丙酮、 汽油。 （2）基体表面氧化膜处理 （3）基体表面粗化处理：提高涂层与基体结合 强度（喷砂、机械加工如开槽、车螺纹、滚花等） （4）基体表面预热处理：提高涂层与基体结合 强度 （5）非喷涂表面的保护 2.喷涂 四、热喷涂材料 （一）热喷涂线材： (1)锌及锌合金线材，主要用于大气及水中的防 腐蚀涂层。 (2)铝及铝合金线材，主要用于耐腐蚀或钢的抗 高温氧化涂层（工作温度可达800C）。 (3)铜及铜合金。纯铜丝用于电器开关和电子元 件的导电涂层以及塑像工艺品、水泥等建筑表面的 装饰涂层；黄铜丝主要修复磨损及加工超差工件， 也可做装饰涂层. 四、热喷涂材料 （一）热喷涂线材： (4)镍及镍合金主要用于耐蚀、耐磨、耐高温涂 层。 (5) 不锈钢丝主要用于防腐。 四、热喷涂材料 （二）热喷涂粉末：金属粉末、合金粉末、陶瓷 粉末、复合粉末 四、热喷涂材料 （三）塑料 塑料涂层材料目前应用最广的是热塑性塑料 （受热熔化或熔化冷却时凝固），如聚乙烯（聚酰 胺）及聚四氟乙烯和热固性塑料（树脂组成，受热 产生化学变化，固化成型），如环氧树脂，酚醛树 脂等。塑料粉末主要用于耐蚀及产品的装饰涂层。 五、热喷涂装置和设备 1.氧-乙炔焰喷涂 气体火焰线材喷涂： 五、热喷涂装置和设备 1.氧-乙炔焰喷涂 气体火焰线材喷涂装置图： 五、热喷涂装置和设备 1.氧-乙炔焰喷涂 气体火焰粉末喷涂： 五、热喷涂装置和设备 1.氧-乙炔焰喷涂 气体火焰粉末喷涂装置图 五、热喷涂装置和设备 2.电弧线材喷涂 五、热喷涂装置和设备 3.等离子喷涂装置 等离子喷涂的工作气体： 最常用的有氮气、氩气， 此外，也可用氢气、氦气。 喷枪构造：阴极、喷嘴 (阳极)、进气道与气室、 送粉道、水冷密封与绝缘， 以及枪体组成。 阴极是电子发射源，选用熔点高和电子发射能力强 的材料制成，一般采用钨电极。喷嘴为阳极，通过其 孔道对电弧进行压缩而形成等离子弧。 五、热喷涂装置和设备 3.等离子喷涂装置 等离子弧是压缩电弧， 按接电的方法不同，等 离子弧有三种形式： ①非转移弧；正极接在 喷嘴上，工件不带电； ②转移弧：喷嘴不接电 源，工件接正极； ③联合弧：喷嘴、工件 均接正极。 五、热喷涂装置和设备 3.等离子喷涂装置 等离子弧和自由电弧 相比较，其弧柱细， 电流密度大，气体电 离度高，因此具有温 度高、能量集中、弧 稳定性好等特点。 五、热喷涂装置和设备 3.等离子喷涂装置 等离子喷涂设备示意图 六、热喷涂工艺 4.爆炸喷涂