噴涂工藝過程

1、噴涂工藝過程1、表面預處理為了使涂層與基體材料很好地結合，基材表面必須清潔及粗糙，凈化和粗化表面的方法很多，方法的選擇要根據(jù)涂層的設計要求及基材的材質(zhì)、形狀、厚薄、表面原始狀況以及施工條件等因素而定、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、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合強度、同時基材表面粗化還改變涂層中的殘余應力分布，對提高涂層的結合強度也是有利的、粗化處理的方法有噴砂、機械

2、加工法（如車螺紋、滾花卜電拉毛等。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。噴砂時，噴砂介質(zhì)的種類和粒度、噴砂時風壓的大小等條件必須根據(jù)工件材質(zhì)的硬度、工件的形狀和尺寸等進行合理的選擇。對于各種金屬基體，推薦采用的砂粒粒度約為16-60號砂，粗砂用于堅固件和重型件的噴砂，噴砂壓力為0、50、7Mpa,薄工件易于變形，噴砂壓力為0、30、4Mpa。特別值得注意的一點是，用于噴砂的壓縮空氣一定要是無水無油的，否則會嚴重影響涂層的質(zhì)量。噴涂前工件表面的粗化程度對大多數(shù)金屬材料來說2、5-13mmRa就夠了。隨著表面粗糙度的增加涂層與基體材料的結合增強，但是當表面

3、粗糙度超過10mmRa后，涂層結合強度的提高程度便會減低。對于一些與基材粘結不好的涂層材料，還應選擇一種與基體材料粘結好的材料噴涂一層過渡層，稱為粘結底層，常用作粘結底層的材料有Mo、NiAl、NiCr及鋁青銅等、粘結底層的厚度一般為0、080、18mmo2、預熱預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的界面溫度，以提高涂層與基體的結合強度；減少因基材與涂層材料的熱膨脹差異造成的應力而導致的涂層開裂、預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，一般情況下預熱溫度控制在60-120C之間、3、噴涂采用何種噴涂方法進行噴涂主要取決于選用的噴

4、涂材料、工件的工況及對涂層質(zhì)量的要求。例如,如果是陶瓷涂層，則最好選用等離子噴涂；如果是碳化物金屬陶瓷涂層則最好采用高速火焰噴涂；若是噴涂塑料則只能采用火焰噴涂；而若要在戶外進行大面積防腐工程的噴涂的話，那就非靈活高效的電弧噴涂或絲材火焰噴涂莫屬了?？傊瑖娡糠椒ǖ倪x擇一般來說是多樣的，但對某種應用來說總有一種方法是最好的。預處理好的工件要在盡可能短的時間內(nèi)進行噴涂，噴涂參數(shù)要根據(jù)涂層材料、噴槍性能和工件的具體情況而定，優(yōu)化的噴涂條件可以提高噴涂效率、并獲得致密度高、結合強度高的高質(zhì)量涂層、4、涂層后處理噴涂所得涂層有時不能直接使用，必須進行一系列的后處理、用于防腐蝕的涂層，為了防止腐蝕介質(zhì)透

5、過涂層的孔隙到達基材引起基材的腐蝕，必須對涂層進行封孔處理、用作封孔劑的材料很多，有石臘、環(huán)氧樹脂、硅樹脂等有機材料及氧化物等無機材料，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行考慮、對于承受高應力載荷或沖擊磨損的工件，為了提高涂層的結合強度，要對噴涂層進行重熔處理（如火焰重熔、感應重熔、激光重熔以及熱等靜壓等），使多孔的且與基體僅以機械結合的涂層變?yōu)榕c基材呈冶金結合的致密涂層、有尺寸精度要求的，要對涂層進行機械加工、由于噴涂涂層具有與一般的金屬及陶瓷材料不同的特點，如涂層有微孔，不利于散熱；涂層本身的強度較低，不能承受很大的切削力；涂層中有很多硬的質(zhì)點，對刀具

6、的磨損很快等，因而形成了噴涂涂層不同于一般材料的難于加工的特點、所以必須選用合理的加工方法和相應的工藝參數(shù)才能保證噴涂層機械加工的順利進行和保證達到所要求的尺寸精度、從熱噴涂技術的原理及工藝過程分析，熱噴涂技術具有以下一些特點、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、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行噴涂（如金屬、陶瓷、玻璃、布;£、紙張、塑料等），并且對

7、基材的組織和性能幾乎沒有影響，工件變形也小、3、設備簡單、操作靈活，既可對大型構件進行大面積噴涂，也可在指定的局部進行噴涂；既可在工廠室內(nèi)進行噴涂也可在室外現(xiàn)場進行施工、4、噴涂操作的程序較少，施工時間較短，效率高，比較經(jīng)濟、隨著熱噴涂應用要求的提高和領域的擴大，特別是噴涂技術本身的進步，如噴涂設備的日益高能和精良，涂層材料品種的逐漸增多、性能逐漸提高，熱噴涂技術近十年來獲得了飛速的發(fā)展，不但應用領域大為擴展，而且該技術已由早期的制備一般的防護涂層發(fā)展到制備各種功能涂層；由單個工件的維修發(fā)展到大批的產(chǎn)品制造；由單一的涂層制備發(fā)展到包括產(chǎn)品失效分析、表面預處理、涂層材料和設備的研制、選擇，涂層系

8、統(tǒng)設計和涂層后加工在內(nèi)的噴涂系統(tǒng)工程；成為材料表面科學領域中一個十分活躍的學科。并且在現(xiàn)代工業(yè)中逐漸形成象鑄、鍛、焊和熱處理那樣的獨立的材料加工技術。成為工業(yè)部門節(jié)約貴重材料、節(jié)約能源、提高產(chǎn)品質(zhì)量、延長產(chǎn)品使用壽命、降低成本、提高工效的重要的工藝手段，在國民經(jīng)濟的各個領域內(nèi)得到越來越廣泛的應用。1、氧乙煥火焰噴涂（焊）是最早的一種噴涂方法。它是利用氧和乙烘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。它具有設備簡單、工藝成熟、操作靈活、投資少、見效快的特點。它可制備各種金屬、合金、陶瓷及塑料涂層，是目前國內(nèi)最常用的噴涂方法之一。但是，由該方

9、法制備的涂層孔隙度較大，與基體材料的結合強度也較低。但是，對于自熔合金而言，如若采用燃燒火焰將其一次噴融或?qū)娡繉舆M行二次重熔（有火焰重熔、感應重熔和爐熔等）的方法則稱為噴焊，噴焊涂層由于與基體材料呈冶金結合狀態(tài)，因而與基體材料的結合強度大大提高，可以應用于沖擊大、負荷重的工況下，如連續(xù)鑄造拉矯輻、熱軋矯直輻表面采用銀基自熔合金噴焊涂層進行強化，均獲得了十分良好的耐蝕、耐磨和抗熱疲勞的強化效果、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果可產(chǎn)生超音速高能氣

10、流，爆炸波的傳播速度高達3000m/s,其中心溫度可達3450C,粉末粒子的飛行速度可達1200m/s。因而爆炸噴涂層涂層致密，與基體的結合強度高，最高可達24kg/mm2、該法的缺點是噪音大，而且爆炸是不連續(xù)的，因而效率較低。爆炸噴涂是20世紀50年代由美國聯(lián)合碳化物公司發(fā)明，但問世后許多年都由該公司所壟斷，不對外出售技術和設備，只在其服務公司內(nèi)為用戶進行噴涂加工，主要噴涂陶瓷和金屬陶瓷，進行航空發(fā)動機的維修、3、高速火焰噴涂（HVOF）高速火焰噴涂（或稱超音速火焰噴涂）是20世紀80年代出現(xiàn)的一種高能噴涂方法，它的開發(fā)是繼等離子噴涂之后熱噴涂工業(yè)最具創(chuàng)造性的進展。雖然高速火焰噴涂方法可噴涂

11、的材料很多，但由于其火焰含氧少溫度適中，焰流速度很高，能有效地防止粉末涂層材料的氧化和分解，故特別適合碳化物類涂層的噴涂。該設備發(fā)展到第三代，性能有了大幅度的提高，例如JP-5000、DJ-2700等設備其室壓達到8-12bar,功率達到100-120kw,噴涂效率可達10kg/h（WC-Co）,涂層厚度可達數(shù)mm,涂層性能已能達到爆炸噴涂的水平。在許多工業(yè)部門獲得廣泛的應用、如航空發(fā)動中的耐磨涂層、造紙機械用的鏡面涂層等、近年來，由于電鍍銘工藝的環(huán)境污染問題，電鍍銘工業(yè)在一些工業(yè)發(fā)達國家受到嚴格的限制，并逐漸被淘汰，采用高速火焰噴涂涂層代替鍍銘層的應用越來越受到工業(yè)界的關注和重視、4、電弧噴

12、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。該工藝也具有設備一次投資少，使用方便、效率高等特點，但噴涂材料必須是導電的金屬及合金絲，因而其應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用方面成為首選工藝。5、等離子噴涂(APS)當某種氣體如氮、氧、氫及氨等通過一壓縮電弧時產(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。國

13、內(nèi)外已有數(shù)百種材料用于等離子噴涂，是應用較普遍的噴涂方法。等離子噴涂涂層的致密度及與基體材料的結合強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、等離子技術中引人注目之處是設備的大容量化和高輸出功率化，目前氣體等離子噴涂設備已有200kw的設備出售，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)紋輻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、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現(xiàn)，當噴涂作業(yè)在氣氛可控的負壓密封容器內(nèi)進行時就成為低壓等離子噴涂。低壓等離子噴涂的優(yōu)點是：焰流速

14、度高、粒子動能大，形成的涂層致密、結合強度高；低壓環(huán)境下可對基體進行預熱和進行反向轉移弧電清理，進一步提高涂層與基體的結合強度；由于沒有大氣污染，涂層材料不氧化成分變化小，因而可以進行活性金屬如Ti、TaNb等的噴涂；還可使形成等離子體的氣體在噴涂過程中與涂層材料進行反應，形成特殊化合物涂層。由于具有以上特點，低壓等離子噴涂主要用于制備航空工業(yè)等高科技領域的涂層，如飛機渦輪發(fā)動機葉片抗高溫氧化和熱腐蝕的MCrAlY(M=Co、Ni、Fe滁層，以及制備人體人工植入體用生物功能涂層、7、水穩(wěn)等離子噴涂水穩(wěn)等離子噴涂是一種高功率和高速等離子噴涂方法，它是在由高速旋轉的水形成的隧道里產(chǎn)生的弧中，水蒸氣

15、分解形成O2和H2的等離子工作氣的噴涂方法。與氣體等離子噴涂方法相比，其焰流溫度更高體積更大更長，特別是能量更高，因而特別適合于高熔點氧化物陶瓷的大量噴涂。其主要優(yōu)點是：輸出功率大(150-200kw),涂層結合強度是氣體等離子噴涂涂層的2-3倍,并且涂層致密，其硬度、耐磨性和耐熱沖擊性能也有很大提高；噴涂效率高，噴涂能力最大為50kg/h,涂層厚度可達20mm,而且可以噴涂分散性較大的粉末，因而特別適合陶瓷部件的噴涂成形；只需水和空氣，運行成本低，比其他噴涂方法經(jīng)濟。本方法的缺點是焰流為氧化焰，不適噴涂容易氧化的材料。此外，噴涂槍體積較大，比較笨重、熱噴涂原理1、熱噴涂涂層的形成熱噴涂時，涂

16、層材料的粒子被熱源加熱到熔融態(tài)或高塑性狀態(tài)，在外加氣體或焰流本身的推力下，霧化并高速噴射向基體表面，涂層材料的粒子與基體發(fā)生猛烈碰撞而變形、展平沉積于基體表面，同時急冷而快速凝固，顆粒這樣遂層沉積而堆積成涂層。2、熱噴涂涂層的結構特點熱噴涂涂層形成過程決定了涂層的結構特點，噴涂層是由無數(shù)變形粒子相互交錯呈波浪式堆疊在一起的層狀組織結構，涂層中顆粒與顆粒之間不可避免地存在一些孔隙和空洞，并伴有氧化物夾雜。涂層剖面典型的結構如下圖，其特點為：*呈層狀*含有氧化物夾雜*含有孔隙或氣孔3、熱噴涂涂層的結合機理涂層的結合包括涂層與基體的結合和涂層內(nèi)部的結合。涂層與基體表面的粘結力稱為結合力，涂層內(nèi)部的粘

17、結力稱為內(nèi)聚力。涂層中顆粒與基體之間的結合以及顆粒之間的結合機理，目前尚無定論，通常認為有以下幾種方式。(1)機械結合碰撞成扁平狀并隨基體表面起伏的顆粒和凹凸不平的表面相互嵌合，貝以顆粒的機械聯(lián)鎖而形成的結合(拋錨效應)，一般來說，涂層與基體的結合以機械結合為主。(2)冶金化學結合這是當涂層和基體表面產(chǎn)主冶金反應，如出現(xiàn)擴散和合金化時的一種結合類型。當噴涂后進行重熔即噴焊時，噴焊層與基體的結合主要是冶金結合。(3)物理結合顆粒與基體表面間由范德華力或次價鍵形成的結合4。涂層的殘余應力當熔融顆粒碰撞基體表面時，在產(chǎn)生變形的同時受到激冷而凝固，從而產(chǎn)生收縮應力。涂層的外層受拉應力，基體有時也包括涂

18、層的內(nèi)層則產(chǎn)生壓應力。涂層中的這種殘余應力是由熱噴涂條件及噴涂材料與基體材料的物理性質(zhì)的差異所造成的。它影響涂層的質(zhì)量、限制涂層的厚度。工藝上要采取措施以消除和減少涂層的殘余應力。.熱噴涂涂層的性能1、化學成分由于涂層材料在熔化和噴射過程中，在高溫下會與周圍介質(zhì)發(fā)生作用生成氧化物、氮化物，以及在高溫下會發(fā)生分解，因而涂層的成分與涂層材料的成分是有一定的差異的，并在一定程度上影響涂層的性能。如MCrAlY氧化后會影響其耐蝕性，而WC-Co經(jīng)氧化和高溫分解后其耐磨性會降低。通過噴涂方法的選擇可以避免和減輕這一現(xiàn)象的發(fā)生。如采用低壓等離子噴涂可大大減少涂層材料的氧化，而高速火焰噴涂則可以防止碳化物的高溫分解。2、孔隙度熱噴涂涂層中不可避免地存在著孔隙，孔隙度的大小與顆粒的溫度和速度以及噴涂距離和噴涂角度等噴涂參數(shù)有關。一般來說，溫度及速度都低的火焰噴涂和電弧噴涂涂層的孔隙度都比較高，一般達到百分之幾，甚至可達百分之十幾。而高溫的等離子噴涂涂層及高速的超音速火焰噴涂涂層則孔隙度較低。最低可達0、5%以下。3、硬度由于熱噴涂涂層在形成時的激冷和高速撞擊，涂層晶粒細化以及晶格產(chǎn)生畸變使涂層得到