熱噴涂、噴焊與堆焊【高級(jí)教育】

1、第一節(jié)熱噴涂技術(shù) 一、 噴涂技術(shù)的原理與特點(diǎn) 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(dòng)下粒子撞擊基材表面，冷凝后形成具有某種功能的涂層,第六章 熱噴涂、噴焊與堆焊技術(shù),1,古柏文書(shū),熱噴涂原理,2,古柏文書(shū),典型熱噴涂系統(tǒng),3,古柏文書(shū),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(jié)合強(qiáng)度低,2 熱噴涂技術(shù)的特點(diǎn),4,古柏文書(shū),1 噴涂材料的分類(lèi)和要

2、求 熱噴涂材料按材料的形態(tài)分線材、棒材和粉末三大類(lèi),3、熱噴涂材料,5,古柏文書(shū),熱噴涂材料分類(lèi)（金屬類(lèi),6,古柏文書(shū),熱噴涂材料分類(lèi)（非金屬類(lèi),7,古柏文書(shū),1）熱穩(wěn)定性好，在高溫焰流中不升華，不分解。 （2） 有較寬的液相區(qū)，使熔滴在較長(zhǎng)時(shí)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(guò)大產(chǎn)生較大的熱應(yīng)力。 （4） 噴涂材料在熔融狀態(tài)下應(yīng)和基材有較好的浸潤(rùn)性，以保證涂層與基材之間有良好的結(jié)合性能。 （5）一定的形狀與尺寸（線材13mm, 粉末1100um,熱噴涂材料的要求,8,古柏文書(shū),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

3、面，撞擊基體的顆粒動(dòng)能越大和沖擊變形越大，形成的涂層結(jié)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,4 涂層形成過(guò)程,9,古柏文書(shū),式中：為粉末在焰流中的運(yùn)動(dòng)距離；l為平均邊界層的熱導(dǎo)率；D為平均邊界層的溫度梯度；為平均焰流速度；為粉末材料的熔化潛熱；為粉末的平均直徑；m為平均焰流黏度；為粉末密度,在涂層粉末熔化過(guò)程中，將材料參數(shù)及有關(guān)變量，如熱導(dǎo)率、熔化溫度等，統(tǒng)一納入到加熱條件及氣流動(dòng)力學(xué)方程中，可得到以下不等式,10,古柏文書(shū),如右圖所示是等離子噴涂鉬涂層顯微結(jié)構(gòu)形貌圖，大小不一的扁平顆粒、未熔化的球形顆粒、夾雜和孔隙組成,5. 涂層結(jié)構(gòu),11,古柏文書(shū),涂層

4、性能具有方向性，垂直和平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,涂層是由無(wú)數(shù)變形粒子互相交錯(cuò)堆疊在一起，形成一層堆積而成的層狀結(jié)構(gòu),12,古柏文書(shū),涂層內(nèi)有一定比例的孔隙，產(chǎn)生原因是： (1) 未熔化顆粒的低沖擊功能； （1） 噴涂角度不同造成的遮蔽效應(yīng)； （2） 凝固收縮和應(yīng)力釋放效應(yīng) 缺點(diǎn)：孔隙將降低涂層的硬度、耐磨性和耐蝕性。優(yōu)點(diǎn)：但孔隙可以儲(chǔ)存潤(rùn)滑劑，提高涂層的隔熱性能，減小內(nèi)應(yīng)力并因此增加涂層厚度，提高涂層抗熱震性能，提高涂層的可磨耗性能,13,古柏文書(shū),6 熱噴涂中的相變,相對(duì)基體來(lái)說(shuō)，熔滴尺寸非常小，冷卻速度可達(dá)106 K/s,冷卻后會(huì)形成

5、非晶態(tài)或亞穩(wěn)相，完全不同于同樣材料在軋制態(tài)或鑄態(tài)的組織結(jié)構(gòu),14,古柏文書(shū),涂層冷卻凝固時(shí)，會(huì)伴隨著收縮過(guò)程，顆粒內(nèi)部會(huì)產(chǎn)生張應(yīng)力而在基體表面產(chǎn)生壓應(yīng)力。結(jié)果使涂層內(nèi)部產(chǎn)生殘余張應(yīng)力，應(yīng)力大小與涂層厚度成正比，當(dāng)張應(yīng)力超過(guò)涂層與基材之間結(jié)合強(qiáng)度時(shí)，涂層就會(huì)發(fā)生破壞,7 涂層應(yīng)力,15,古柏文書(shū),涂層應(yīng)力,由于涂層應(yīng)力與厚度的關(guān)系，熱噴涂層的最佳厚度一般不超過(guò)0.5mm 殘余應(yīng)力： 致密涂層 疏松涂層 涂層應(yīng)力大小可通過(guò)調(diào)整工藝參數(shù)而部分控制，但更有效的方法是采用梯度過(guò)渡層緩和涂層應(yīng)力,16,古柏文書(shū),減少涂層殘余應(yīng)力措施： （1） 減小涂層厚度； （2） 調(diào)整噴涂工藝參數(shù)； （3）采用較疏松涂

6、層； （4） 采用梯度過(guò)渡層緩和涂層內(nèi)應(yīng)力,17,古柏文書(shū),包括涂層與基材之間、涂層中顆粒與顆粒之間的結(jié)合，結(jié)合形式有： （1） 機(jī)械結(jié)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(yīng))而結(jié)合在一起,8 涂層的結(jié)合強(qiáng)度,18,古柏文書(shū),2） 物理結(jié)合：熔融粒子的原子與基材表面原子之間距離達(dá)到晶格常數(shù)范圍時(shí)，產(chǎn)生范德華力，形成物理結(jié)合。 （3） 冶金結(jié)合：熔融粒子撞擊基材表面時(shí)釋放出的能量使噴涂材料與基材之間發(fā)生局部擴(kuò)散和焊合，形成冶金結(jié)合。如噴涂鎳包鋁復(fù)合粉末時(shí)的放熱反應(yīng)。 熱噴涂的涂層與基材的結(jié)合主要以機(jī)械結(jié)合為主，結(jié)合強(qiáng)度較差(70MPa,涂層的結(jié)合強(qiáng)度,19,古柏文書(shū),質(zhì)量控

7、制要素（4M）：設(shè)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(yù)處理、熱噴涂、后處理和精加工等過(guò)程,9 熱噴涂工藝流程和質(zhì)量控制,20,古柏文書(shū),熱噴涂工藝流程,21,古柏文書(shū),1） 凈化處理：清除表面污垢。 （2） 粗化處理：可提高涂層結(jié)合強(qiáng)度，原因如下,基材表面預(yù)處理,提供表面壓應(yīng)力； 提供涂層顆粒互鎖的結(jié)構(gòu)； 增大結(jié)合面積； 凈化表面,22,古柏文書(shū),粗化處理能夠使表面粗糙度達(dá)到Ra3.212.5m就夠了，一般采用噴砂加粘結(jié)底層的方法： （1） 表面噴砂,粗化處理的方法,23,古柏文書(shū),2） 粘結(jié)底層 某些材料能夠

8、在很寬的條件下噴涂并粘結(jié)在清潔、光滑的表面上，而且這類(lèi)涂層表面粗糙度適中，對(duì)隨后噴涂的其它涂層有良好的粘結(jié)作用，因此稱為粘結(jié)底層。 當(dāng)基體太薄或太硬而不適合采用噴砂處理時(shí)，采用粘結(jié)底層的方法比較好,粗化處理的方法,24,古柏文書(shū),涂層的后處理包括兩個(gè)方面，一個(gè)是封孔處理，一個(gè)是致密化處理。 多孔隙是噴涂層的固有缺陷，孔隙度可以從小于1%變到大于15%，或者更高?？障犊梢曰ハ噙B接，甚至可從表面延伸到基體。封孔處理的目的就是填充孔隙。 封孔處理是在噴涂之后、機(jī)加工之前進(jìn)行,涂層的后處理,25,古柏文書(shū),防止或阻止涂層界面處的腐蝕； 在某些機(jī)械部件中防止液體和壓力的密封泄露； 防止污染或研磨碎屑碎片

9、進(jìn)入涂層； 保持陶瓷涂層的絕緣強(qiáng)度,封孔處理的作用,26,古柏文書(shū),常用封孔劑,27,古柏文書(shū),決定涂層強(qiáng)度的兩個(gè)關(guān)鍵因素： 涂層材料受熱后的溫度 涂層材料加速后的速度 所有熱噴涂工藝的設(shè)計(jì)與改進(jìn)都是圍繞這兩點(diǎn)來(lái)展開(kāi)的。 常用熱噴涂技術(shù)：火焰噴涂、電弧噴涂、等離子噴涂、爆炸噴涂、超音速火焰噴涂,二、熱噴涂工藝方法,28,古柏文書(shū),火焰噴涂 通過(guò)氧乙炔氣體燃燒提供熱量加熱熔化噴涂材料，通過(guò)壓縮氣體霧化并加速噴涂材料，隨后在基材表面沉積形成涂層。 燃燒氣體的自由膨脹對(duì)噴涂材料加速效果有限。為了實(shí)現(xiàn)噴涂，噴嘴上 根據(jù)噴涂材料的形式不同，火焰噴涂可分為線材火焰噴涂和粉末火焰噴涂,1 火焰噴涂工藝,29

10、,古柏文書(shū),噴涂用線材送入噴槍后，由噴槍內(nèi)的驅(qū)動(dòng)輪連續(xù)輸送到噴嘴，在噴嘴前端被同軸燃燒氣的火焰加熱并熔化，然后被壓縮空氣霧化并加速，噴涂在基體表面,1）線材火焰噴涂,線材火焰噴涂原理圖,30,古柏文書(shū),線材火焰噴涂設(shè)備示意圖和噴涂槍,31,古柏文書(shū),用少量氣體將噴涂粉末輸送到噴槍的噴嘴前端，通過(guò)燃?xì)饧訜帷⑷刍⒓铀賴娡康交w表面。在噴嘴前端加上空氣帽，可以壓縮燃燒焰流并提高噴涂速度,2）粉末火焰噴涂,線材火焰噴涂原理圖,32,古柏文書(shū),粉末火焰噴涂設(shè)備示意圖和噴涂槍,33,古柏文書(shū),火焰噴涂特點(diǎn) 焰流溫度低（850-2000），焰流速度低（50-100ms-1） 設(shè)備投資少，操作容易 設(shè)備可攜

11、帶到現(xiàn)場(chǎng)施工，無(wú)電力要求 沉積效率高 涂層氧含量較高，孔隙較多，涂層結(jié)合強(qiáng)度偏低，涂層質(zhì)量 不高,34,古柏文書(shū),常用的火焰噴涂材料及用途,35,古柏文書(shū),電弧噴涂原理示意圖 兩根彼此絕緣并加有1840V直流電壓的線形電極，由送絲機(jī)構(gòu)向前輸送，當(dāng)兩極靠近時(shí)，在兩線頂端產(chǎn)生電弧并使頂端熔化，同時(shí)吹入的壓縮空氣使熔融的液滴霧化并形成噴涂束流，沉積在工件表面,2 電弧噴涂,36,古柏文書(shū),電弧噴涂設(shè)備和噴槍,37,古柏文書(shū),1）熱效率高達(dá)90% 2）涂層密度（7090）比火焰噴涂涂層致密，結(jié)合強(qiáng)度比火焰噴涂高,電弧噴涂特點(diǎn),38,古柏文書(shū),3） 電弧噴涂可以利用兩根成分不同的金屬絲制備假合金涂層。

12、4） 由于電弧噴涂是兩絲同時(shí)送進(jìn)，所以噴涂效率高。 5） 運(yùn)行費(fèi)用較低，火焰噴涂消耗的燃料費(fèi)是電弧噴涂電費(fèi)的幾十倍。 6） 只能用于具有導(dǎo)電性能的金屬線材,電弧噴涂特點(diǎn),39,古柏文書(shū),1） 在鋼鐵構(gòu)件上噴涂鋅、鋁涂層，對(duì)構(gòu)件進(jìn)行長(zhǎng)效防護(hù)。 2） 在鋼鐵件上噴鋁可防止高溫氧化。 3） 在鋼鐵件上噴不銹鋼或其它耐磨金屬，用于耐磨蝕防護(hù)。 4） 在機(jī)械零件上噴涂碳鋼、青銅等材料，用于修復(fù)零部件。 5）在塑料制品上噴涂屏蔽涂層等。 6） 用電弧噴鋁或噴鋅生產(chǎn)復(fù)合鋼板,電弧噴涂的用途,40,古柏文書(shū),利用非轉(zhuǎn)移等離子弧作為熱源對(duì)噴涂材料進(jìn)行加熱、加速、涂敷,3 等離子噴涂,等離子焰流溫度高、流速快，因

13、此噴涂效率高、涂層致密、結(jié)合強(qiáng)度高、涂層中夾雜較少，因此噴涂質(zhì)量很高,41,古柏文書(shū),由等離子弧電源、電器控制、噴槍、氣源、送粉系統(tǒng)、水冷系統(tǒng)等組成,等離子噴涂設(shè)備,42,古柏文書(shū),43,古柏文書(shū),粉末送入方式：外送式和內(nèi)送式,等離子噴涂設(shè)備,44,古柏文書(shū),氮?dú)猓簾犰矢?，價(jià)格低廉，是等離子噴涂主要工作氣體。 氬氣：易于引弧，等離子弧穩(wěn)定，有很好的氣體保護(hù)作用。 氫氣、氦氣：可作為輔助氣體，起到改變等離子體能量結(jié)構(gòu)的作用，其中氫氣還有防氧化的作用,等離子氣體的作用,45,古柏文書(shū),1） 耐磨、減磨涂層； 2） 耐蝕涂層； 3） 抗高溫氧化、抗高溫氣流沖刷、熱障涂層； 4） 制造金屬、陶瓷類(lèi)高熔

14、點(diǎn)復(fù)合材料,3） 等離子噴涂的應(yīng)用,等離子弧焰流溫度高，適合噴涂高熔點(diǎn)材料。涂層密度可達(dá)8598，結(jié)合強(qiáng)度高達(dá)3570Mpa，噴涂質(zhì)量遠(yuǎn)優(yōu)于火焰噴涂層。主要用于,46,古柏文書(shū),工作原理 氧-乙炔混合氣輸送到槍管內(nèi)，同時(shí)喂入一份噴涂粉末。然后點(diǎn)燃?xì)怏w，引起燃燒爆炸，產(chǎn)生3300高溫，粉末被加熱并以2倍音速以上速度噴射到工件表面，形成高結(jié)合強(qiáng)度和高致密度的涂層。粉末每噴射一次，就通入一股脈沖氮?dú)饬髑逑礃尮?4爆炸噴涂,47,古柏文書(shū),1） 涂層和基材的結(jié)合強(qiáng)度非常高（85MPa）。 2） 涂層致密（最高密度可達(dá)99.9）。 3） 工件表面溫度低。 4） 效率非常低，運(yùn)行成本高，只用于含碳化物涂層

15、的噴涂,爆炸噴涂特點(diǎn),48,古柏文書(shū),1） 航空發(fā)動(dòng)機(jī)鈦合金風(fēng)扇葉片阻尼臺(tái)上用爆炸噴涂0.25mn厚的WC，壽命提高10倍； 2） 燃燒室的定位卡環(huán)上噴一層0.12mm厚Cr3C2，壽命提高7倍,爆炸噴涂應(yīng)用,49,古柏文書(shū),超音速火焰噴涂原理 原理與普通火焰噴涂類(lèi)似，只是多了一個(gè)使噴涂火焰達(dá)到超音速的機(jī)構(gòu),超音速火焰噴涂 (High Velocity Oxygen Fuel，簡(jiǎn)稱HVOF,50,古柏文書(shū),51,古柏文書(shū),1） 焰流速度高但溫度相對(duì)較低，適合噴涂含碳化物材料。 2） 涂層致密（99.9），表面粗糙度低。 3） 結(jié)合強(qiáng)度略低于爆炸噴涂，達(dá)70MPa以上。 4） 噴涂效率高，但燃料

16、消耗大，噴涂成本比較高。； 5） 噪音大(120dB)，需有隔音和防護(hù)裝置,3）超音速噴涂的特點(diǎn),52,古柏文書(shū),6.各種熱噴涂方法比較,53,古柏文書(shū),對(duì)涂層結(jié)合力要求不高，噴涂材料熔點(diǎn)2500，可采用火焰噴涂。 對(duì)涂層性能要求較高，噴涂高熔點(diǎn)材料時(shí)時(shí)，應(yīng)采用等離子噴涂。 工程量大的金屬噴涂施工最好采用電弧噴涂。 要求高結(jié)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。 對(duì)于批量大的工件，宜采用自動(dòng)噴涂,7、噴涂工藝的選擇原則,54,古柏文書(shū),三、常用熱噴涂材料,熱噴涂材料按形狀分為粉末和線材 熱噴涂材料按化學(xué)組成分為金屬熱噴涂材料、陶瓷熱噴涂材料、塑料熱噴涂材料、熱噴涂

17、用復(fù)合粉末材料,55,古柏文書(shū),熱噴涂材料的選材原則 （1） 要把實(shí)用性、工藝性和經(jīng)濟(jì)性結(jié)合起來(lái)考慮，盡量選擇合理的噴涂材料。 （2） 對(duì)于重要的部件以獲得最優(yōu)涂層性能為準(zhǔn)則；不十分重要的部件則以獲得最大的經(jīng)濟(jì)效益為準(zhǔn)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(fù)合涂層和梯度涂層,56,古柏文書(shū),1 金屬熱噴涂材料,金屬熱噴涂材料一般有線材和粉末兩種形式。線材用拉拔法制造，而粉末一般用霧化法制造。 由于粉末材料表面積大，氧化程度高，所以在方便的條件下推薦采用線材。但粉末制造方法簡(jiǎn)單、靈活，材料成分不受限制，因此小批量熱噴涂時(shí)一般采用粉末材料。 常

18、用熱噴涂金屬材料見(jiàn)書(shū)P105106,57,古柏文書(shū),2 陶瓷熱噴涂材料,陶瓷熱噴涂材料最主要形式是粉末，制造方法有熔融破碎、化學(xué)共沉淀、噴霧干燥等。另外，將陶瓷粉末燒結(jié)制成陶瓷棒可直接噴涂，但成本相對(duì)較高，因此應(yīng)用較少。 熱噴涂用陶瓷材料主要集中在氧化物陶瓷材料上，因?yàn)榉茄趸锾沾刹牧显趪娡窟^(guò)程中易揮發(fā)或分解。 常用陶瓷熱噴涂材料見(jiàn)書(shū)P106,58,古柏文書(shū),3 塑料熱噴涂陶瓷材料,熱噴涂塑料涂層特點(diǎn) 比傳統(tǒng)塑料涂層成本低、投資少 涂層厚度與工作場(chǎng)地?zé)o限制，不含溶劑，符合環(huán)保要求 采用的塑料涂層材料熔化溫度范圍應(yīng)較寬、粘度較低、熱穩(wěn)定性應(yīng)好，一般采用粉末形式 常用塑料熱噴涂材料見(jiàn)書(shū)P107,5

19、9,古柏文書(shū),4 熱噴涂用復(fù)合粉末材料,熱噴涂用復(fù)合材料分為兩種 一類(lèi)是為適應(yīng)熱噴涂工藝而制備的符合材料，例如，為防止碳化鎢材料在噴涂過(guò)程中氧化分解而制備的鎳包碳化鎢復(fù)合粉末材料，他們是當(dāng)前熱噴涂用復(fù)合材料的主流 另一類(lèi)是通過(guò)增強(qiáng)相增強(qiáng)涂層性能的復(fù)合材料，如纖維增強(qiáng)涂層材料，這類(lèi)材料目前還在研究探索過(guò)程中 常用熱噴涂復(fù)合材料見(jiàn)書(shū)P107,60,古柏文書(shū),1 噴涂耐腐蝕涂層 不銹鋼涂層：不銹鋼電極電位比鐵高，易在涂層孔隙處 形成原電池，加劇鐵基體腐蝕，所以噴涂后必須封孔處理。類(lèi)似的涂層材料還有鎳合金、蒙乃爾合金、青銅等金屬涂層。 鋁、鋅及其合金涂層：鋅、鋁的腐蝕電極電位高于鐵，腐蝕介質(zhì)首先腐蝕鋅

20、和鋁，而使鐵基體作為陰極得到保護(hù)，可用于橋梁、海洋鉆井平臺(tái)等。 塑料涂層：用于化工、食品等行業(yè)。（例如葡萄酒低溫發(fā)酵罐內(nèi)壁噴涂聚乙烯涂層，有效的防止了罐壁的點(diǎn)蝕，控制了酒中鐵離子含量,四、熱噴涂技術(shù)的應(yīng)用,61,古柏文書(shū),噴涂耐磨涂層的應(yīng)用： 在機(jī)械零件表面噴涂耐磨涂層，延長(zhǎng)零件的使用壽命 修復(fù)磨損失效的機(jī)械零件,2 噴涂耐磨涂層,62,古柏文書(shū),不同環(huán)境下的耐磨涂層 紡織、造紙、和印刷等行業(yè)，機(jī)械零件與布匹、面紗、紙張等纖維制品摩擦，導(dǎo)致磨損。采用等離子噴涂氧化鋁、氧化鉻等耐磨陶瓷涂層 遭遇磨料磨損的機(jī)械部件如泥漿泵活塞桿、螺旋送料器等零件，要求涂層硬度超過(guò)磨料硬度，采用超音速火焰噴涂或爆炸

21、噴涂技術(shù)噴涂鎳基或鈷基碳化鎢涂層。 對(duì)于在沖蝕和氣蝕環(huán)境條件下工作的水輪機(jī)、抽風(fēng)機(jī)、旋風(fēng)除塵器等的零件，要求涂層硬度高、韌性好，采用等離子噴涂超細(xì)氧化鋁、氧化鉻等耐磨陶瓷涂層，或選用超音速火焰噴涂或爆炸噴涂技術(shù)噴涂鈷基碳化鎢復(fù)合涂層,63,古柏文書(shū),4）在配合件的接觸運(yùn)轉(zhuǎn)中可采用可磨耗涂層，可磨 耗涂層能自動(dòng)形成所必須的間隙，提供最佳的密封狀態(tài)?？赡ズ耐繉右话悴捎玫入x子噴涂或火焰噴涂，涂層成分由金屬基體和非金屬填料組成,64,古柏文書(shū),1) 抗高溫氧化涂層： 用于改善機(jī)械零件的抗高溫氧化性能。例如900以下，采用超音速火焰噴涂Cr2C3-NiCr涂層；900以上，采用大氣等離子噴涂氧化鋯涂層。

22、 (2) 熱障涂層： 使金屬基體與高溫環(huán)境隔離，保持金屬構(gòu)件的力學(xué)性能。例如美國(guó)“探險(xiǎn)者”衛(wèi)星表面噴涂了氧化鋁保護(hù)涂層，由于氧化鋁的隔熱作用，衛(wèi)星內(nèi)部?jī)x器艙溫度保持在1030C,從而保證了靈敏電子儀器的正常工作。又如采用等離子噴涂氧化鋯熱障涂層保護(hù)航空發(fā)動(dòng)機(jī)葉片、燃燒室內(nèi)壁、活塞發(fā)動(dòng)機(jī)活塞頂，通過(guò)適當(dāng)設(shè)計(jì)涂層厚度，可以使發(fā)動(dòng)機(jī)工作溫度提高100C以上,3 噴涂耐高溫涂層,65,古柏文書(shū),66,古柏文書(shū),1）屏蔽涂層 噴涂屏蔽涂層，用于消除電磁波和無(wú)線電波的干擾（EMI/RFI）,同時(shí)消除靜電放電火花；用電弧噴涂鋅涂層可以提供高能級(jí)的衰減（范圍達(dá)60120dB）。屏蔽涂層的應(yīng)用包括計(jì)算機(jī)終端設(shè)備

23、、電子辦公設(shè)施、藥品檢測(cè)裝置和感光電子設(shè)備,4 噴涂功能涂層,67,古柏文書(shū),2）生物相容性涂層： 在種植體(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(zhǎng)入涂層中的孔隙中，與種植體形成牢固的結(jié)合,68,古柏文書(shū),5 噴涂成型,噴涂成型常用技術(shù)：電弧噴涂、等離子噴涂 電弧噴涂制造沖壓塑料和皮革制品模具 等離子噴涂陶瓷或耐火金屬噴嘴、雷達(dá)整流罩、高溫爐元件，以及纖維增強(qiáng)鈦合金復(fù)合材料發(fā)動(dòng)機(jī)部件等。 用噴涂成型制造的零件孔隙度高，機(jī)械強(qiáng)度差，大部分需要經(jīng)過(guò)熱壓、熱等靜壓等后處理,69,古柏文書(shū),6熱噴涂技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域和市場(chǎng),70,古柏文書(shū),五 熱噴涂涂層質(zhì)量評(píng)定,在GE

24、,P&W以及RR等航空發(fā)動(dòng)機(jī)公司建立的熱噴涂涂層最終質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)中，常用的指標(biāo)為顯微硬度和（或）宏觀硬度、結(jié)合強(qiáng)度、界面和涂層顯微結(jié)構(gòu)以及涂層厚度,71,古柏文書(shū),1 涂層厚度的測(cè)定,簡(jiǎn)單幾何形狀基體表面，可直接用游標(biāo)卡尺或千分尺測(cè)量 形狀較復(fù)雜的零件，可采用磁性法和渦流法測(cè)厚儀測(cè)量 磁性法：以探頭對(duì)磁性基體磁通量或互感電流為基準(zhǔn)，利用非磁性涂層的厚度不同，以探頭磁通量或互感電流的變化值來(lái)測(cè)量覆蓋層厚度 。 渦流法：利用高頻磁場(chǎng)引起金屬內(nèi)部渦流，渦流產(chǎn)生的磁場(chǎng)又影響探頭的阻抗，測(cè)量其阻抗值就可確定涂層的厚度,72,古柏文書(shū),2 孔隙率測(cè)定,涂層中的孔隙率可以采用阿基米德方法和金相法，前者是通過(guò)比較

25、涂層實(shí)際密度和涂層材料理論密度的差別來(lái)確定，后者是通過(guò)圖像分析確定。 涂層封孔處理后的殘余穿孔測(cè)定可以采用試劑試驗(yàn)方法和高壓放電試驗(yàn)方法,73,古柏文書(shū),1）計(jì)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,式中，m涂層材料密度（m可從相關(guān)手冊(cè)中查得,74,古柏文書(shū),3 結(jié)合強(qiáng)度測(cè)定,熱噴涂層結(jié)合強(qiáng)度的測(cè)定一般采用拉伸法，其原理見(jiàn)書(shū)P111所示。將膠粘好的試樣，裝在試驗(yàn)機(jī)上，在規(guī)定的條件下，均勻、連續(xù)地施加載荷，至試樣斷裂，記錄最大斷裂強(qiáng)度，用下式計(jì)算涂層結(jié)合強(qiáng)度： b FA0 式中，b 為涂層結(jié)合強(qiáng)度

26、；F為試樣斷裂載荷；A0為試樣涂層面積,75,古柏文書(shū),涂層剪切強(qiáng)度：用粘結(jié)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(yàn)機(jī)上緩慢加壓，直至涂層被剪切剝離，此時(shí)涂層的剪切強(qiáng)度F： 式中，P涂層剪切剝離時(shí)的載荷；D試樣末噴涂前的直徑；L涂層在試樣上的寬度,76,古柏文書(shū),涂層的彎曲強(qiáng)度：將涂層試樣彎曲到一定角度時(shí)，涂層開(kāi)始出現(xiàn)龜裂的彎曲角度就是涂層的彎曲強(qiáng)度,77,古柏文書(shū),4 涂層顯微結(jié)構(gòu)觀察,涂層顯微結(jié)構(gòu)分析手段：金相分析、SEM、TEM等。 但是對(duì)涂層進(jìn)行涂層截面分析時(shí)，試樣制作非常關(guān)鍵。因?yàn)橥繉颖《啵詫?duì)試樣的切割、鑲樣以及研磨拋光都有特殊要求,78,古

27、柏文書(shū),1910年：線材火焰噴涂技術(shù)； 20年代：電弧絲噴涂技術(shù)； 50年代：爆炸噴涂和等離子噴涂技術(shù)； 60年代：自熔性合金粉末火焰、等離子噴涂和噴焊技術(shù)； 80年代：超音速火焰噴涂技術(shù)； 90年代：激光熔覆技術(shù),六 熱噴涂技術(shù)的發(fā)展過(guò)程,79,古柏文書(shū),60年代以來(lái)主要噴涂方法的應(yīng)用比例,80,古柏文書(shū),1） 大功率高熱焓等離子噴涂，提高噴涂效率，降低成本。 （2） 精密?chē)娡考夹g(shù)。 （3） 用熱噴涂法部分代替鍍硬鉻的工藝。 （4） 新型熱障涂層，如噴涂0.3mm的MCrAlY熱障涂層可使基材溫度降低200300。 （5） 噴涂新材料，如納米涂層材料、非晶態(tài)涂層材料。 （6） 計(jì)算機(jī)自動(dòng)控制

28、，提高生產(chǎn)效率，減少工作強(qiáng)度,七 熱噴涂技術(shù)主要發(fā)展動(dòng)向,81,古柏文書(shū),7） 在較低溫度下具有高速飛行的噴涂（如脈沖放電線爆噴涂和冷噴涂技術(shù),82,古柏文書(shū),熱噴焊 用熱源將涂層材料重熔，使涂層內(nèi)顆粒之間、涂層與基體之間形成無(wú)孔隙的冶金結(jié)合 根據(jù)采用的熱源不同，熱噴焊技術(shù)有氧乙炔火焰噴焊和等離子噴焊,第二節(jié) 熱噴焊工藝與特點(diǎn),83,古柏文書(shū),84,古柏文書(shū),工件表面溫度：噴涂時(shí)工件表面溫度900。 結(jié)合狀態(tài)：噴涂層以機(jī)械結(jié)合為主；噴焊層是冶金結(jié)合。 粉末材料：噴焊用自熔性合金粉末，噴涂粉末不受限制。 涂層結(jié)構(gòu)：噴涂層有孔隙，噴焊層均勻致密無(wú)孔隙。 承載能力：噴焊層可承受沖擊載荷和較高的接觸應(yīng)

29、力,1、 熱噴焊工藝與熱噴涂工藝的區(qū)別,一、熱噴焊的特點(diǎn),85,古柏文書(shū),6）涂層成分：熱噴焊層的成分與噴焊材料的原始成分會(huì)有一定差別,86,古柏文書(shū),2 稀釋率,熱噴焊過(guò)程中基體表面會(huì)少量熔化，并與噴焊材料發(fā)生合金化，導(dǎo)致噴焊層的成分與原來(lái)設(shè)計(jì)的噴焊材料成分有差異。一般將基體材料熔入噴焊層中的質(zhì)量分?jǐn)?shù)稱為稀釋率，用表示,式中A噴焊金屬質(zhì)量；B基材熔化的金屬質(zhì)量,87,古柏文書(shū),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(jié)合牢固的噴焊層。 1 火焰噴焊設(shè)備 噴焊槍,二、氧乙炔火焰噴焊,88,古柏文書(shū),噴焊工藝過(guò)程主要按焊前預(yù)處理

30、、噴焊以及后處理三步進(jìn)行 預(yù)處理：清潔、粗化被處理工件表面 噴焊：噴焊過(guò)程包括預(yù)熱、噴粉和重熔 預(yù)熱：使工件表面濕氣蒸發(fā)，產(chǎn)生適當(dāng)?shù)臒崤蛎?，減少噴焊層應(yīng)力，提高噴粉沉積效率 噴粉和重熔： 一步法：邊噴粉邊熔化。特點(diǎn)是粉末沉積率高，但涂層厚度不均勻。 二步法：先噴粉后熔化。重熔溫度控制在材料的固相線和液相線之間 后處理：如果焊層與基體的熱膨脹系數(shù)相差較大，應(yīng)采取噴焊后緩冷的措施,2 火焰噴焊工藝,89,古柏文書(shū),3 火焰噴焊的應(yīng)用,90,古柏文書(shū),等離子噴焊技術(shù)是采用等離子弧作為熱源加熱基體，使其表面形成熔池，同時(shí)將噴焊粉末材料送入等離子弧中，粉末在弧柱中得到預(yù)熱，呈熔化或半熔化狀態(tài)，被焰流噴射

31、至熔池后，充分熔化并排出氣體和熔渣，噴槍移開(kāi)后合金熔池凝固，形成噴焊層的工藝過(guò)程,三、等離子噴焊,91,古柏文書(shū),等離子噴焊采用非轉(zhuǎn)移弧與轉(zhuǎn)移弧的聯(lián)合弧，所謂轉(zhuǎn)移弧是建立在噴焊槍鎢極頭和工件（陽(yáng)極）之間的等離子弧，它對(duì)工件的加熱能力比非轉(zhuǎn)移弧強(qiáng)，是噴焊過(guò)程中的主要熱源，因此稱為主弧。 在工作時(shí)首先引燃非轉(zhuǎn)移弧，然后借助弧在鎢的非轉(zhuǎn)移極與工件之間形成的等離子體導(dǎo)電通道，建立轉(zhuǎn)移弧,92,古柏文書(shū),1 等離子噴焊設(shè)備,93,古柏文書(shū),等離子噴焊設(shè)備特點(diǎn) 采用兩臺(tái)電源供電，即主電源、輔助電源分別向轉(zhuǎn)移弧和非轉(zhuǎn)移弧供電 噴嘴中等離子弧通道的長(zhǎng)度和直徑比（稱為壓縮比）比較小，通常在11.4之間。這樣等離

32、子弧比較柔軟，熔池小，稀釋率低。 需要控制的工藝參數(shù)較復(fù)雜，如轉(zhuǎn)移弧和非轉(zhuǎn)移弧電流、噴焊速度、送粉量、氣體流量、噴槍擺動(dòng)頻率和幅度，噴嘴距工件距離等,94,古柏文書(shū),與其它涂層技術(shù)相比，等離子噴焊技術(shù)的主要特點(diǎn)： （1）生產(chǎn)效率高。 （2）稀釋率低(5)。 （3）工藝穩(wěn)定性好，易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化。 （4）噴焊層平整，成分均勻，可獲得0.258mm任意厚度噴焊層,3 等離子噴焊的特點(diǎn),95,古柏文書(shū),等離子噴焊適宜對(duì)大批量零件的表面強(qiáng)化處理，特別是在在冶金工業(yè)中的工模具和各類(lèi)閥門(mén)的表面強(qiáng)化方面，應(yīng)用越來(lái)越廣泛,4 等離子噴焊的應(yīng)用,96,古柏文書(shū),97,古柏文書(shū),熱噴焊材料分為合金粉末和金屬陶瓷復(fù)合粉

33、末，其中以合金粉末應(yīng)用較多。合金粉末通常采用霧化制粉的方法制造，而其成分大多為自熔性合金。 自熔性合金：含有B和（或）Si元素，熔點(diǎn)較低，大約在9501150之間，本身具有脫氧、造渣、除氣和良好浸潤(rùn)性能的合金。自熔合金按照主基料的不同可分為：鈷基自熔合金、鎳基自熔合金和鐵基自熔合金三種,四、常用熱噴焊材料,98,古柏文書(shū),自熔性合金粉末中B、Si的作用： （1）降低合金熔點(diǎn)，擴(kuò)大固液兩相區(qū)（熔點(diǎn)9501200）。 （2）起到脫氧還原作用和造渣 （4）利用B、Si固溶強(qiáng)化、彌散強(qiáng)化、生成的金屬間化合物以及硼碳化合物等，提高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,99,古柏文

34、書(shū),常用的熱噴焊材料分為鐵基、鎳基、鈷基和銅基四大類(lèi),熱噴焊材料分類(lèi),100,古柏文書(shū),五 噴焊層質(zhì)量評(píng)定,噴焊層主要評(píng)定指標(biāo)有涂層厚度、硬度、稀釋率、結(jié)合強(qiáng)度以及界面和涂層顯微結(jié)構(gòu)等,101,古柏文書(shū),堆焊是在零件表面熔敷上一層耐磨、耐蝕、耐熱等具有特殊性能合金層的技術(shù)。 實(shí)際上，噴焊技術(shù)也屬于堆焊技術(shù)的范疇，只是熱噴焊采用的是粉末填充材料，而常規(guī)堆焊一般采用線材或焊條。堆焊的優(yōu)勢(shì)在于熔敷效率比熱噴焊要高，但是稀釋率比熱噴焊大得多。 堆焊的物理本質(zhì)和冶金過(guò)程與一般的熔焊工藝沒(méi)有什么區(qū)別。幾乎所有的熔焊方法都可以用于堆焊。只是堆焊的目的不是為了起連接作用，而是為了發(fā)揮堆焊層的優(yōu)良性能,第三節(jié) 堆焊工藝及特點(diǎn),102,古柏