劉旭華-熱噴涂-表面科學與技術(shù)課件

表面科學與技術(shù)中國石油大學（華東）熱噴涂概述熱噴涂常見的熱噴涂方法熱噴涂的性能測試與質(zhì)量檢驗熱噴涂工藝過程表面科學與技術(shù)中國石油大學（華東）熱噴涂概述熱噴涂常見的熱噴1熱噴涂概述中國石油大學（華東）

熱噴涂技術(shù)是指利用某種熱源將噴涂材料迅速加熱到熔融或半熔融狀態(tài)，再經(jīng)過高速氣流或焰流將其霧化加速噴射到經(jīng)預處理的工件表面上，形成噴涂層的一種表面加工方法。熱噴涂的定義熱噴涂概述中國石油大學（華東）熱噴涂技術(shù)是指利用2熱噴涂概述中國石油大學（華東）噴涂材料的熔化熔滴霧化與基體表面的碰撞變形及淬冷凝固

熱噴涂過程粒子的飛行階段熱噴涂概述中國石油大學（華東）噴涂材料的熔化熔滴霧化與基體表3熱噴涂概述中國石油大學（華東）噴涂材料的熔化粉末噴涂材料進入熱源高溫區(qū)域，被加熱到熔化態(tài)或軟化態(tài)；線材噴涂材料的端部在熱源高溫區(qū)加熱熔化，熔化的材料以熔滴形式存在于線材端部熱噴涂概述中國石油大學（華東）噴涂材料的熔化4熱噴涂概述中國石油大學（華東）熔滴霧化對于線材噴涂時，端部的熔滴在外加壓縮氣流或熱源自身射流的作用下脫離線材端部，并霧化成細小熔滴向前噴射；在粉末噴涂時，不存在粉末的細化和霧化過程，直接在壓縮氣流或熱源射流推動下發(fā)生噴射。

熱噴涂概述中國石油大學（華東）熔滴霧化對于線5熱噴涂概述中國石油大學（華東）粒子的飛行階段熔化或軟化的微細顆粒首先被氣流或射流加速，當飛行一定距離后速度又減小。

熱噴涂概述中國石油大學（華東）粒子的飛行階段6熱噴涂概述中國石油大學（華東）與基體表面的碰撞變形及淬冷凝固

具有一定速度和溫度的微細粒子到達基材表面，發(fā)生強烈的碰撞。粒子在碰撞基體表面或撞擊已經(jīng)形成的涂層的瞬間，把動能轉(zhuǎn)化為熱能后傳給基體，同時粒子在凹凸不平的表面發(fā)生變形，形成扁平狀粒子，并且迅速凝固成涂層。噴涂的粒子不斷飛向基體表面，產(chǎn)生碰撞-變形-冷凝的過程，變形粒子與基材之間及粒子與粒子之間相互交疊在一起，形成涂層。熱噴涂概述中國石油大學（華東）與基體表面的碰撞變形及淬冷凝固7熱噴涂概述中國石油大學（華東）涂層的結(jié)合機理涂層的結(jié)合包括涂層與基材的結(jié)合及涂層之間的結(jié)合。前者的結(jié)合強度稱為結(jié)合力，后者的結(jié)合強度稱為內(nèi)聚力。涂層與基體間的結(jié)合機理機械結(jié)合：熔融態(tài)的粒子撞擊到基材表面后鋪展成扁平狀的液態(tài)薄層，嵌合在起伏不平的表面形成機械結(jié)合，又稱為拋錨效應(yīng)。涂層間的結(jié)合機理噴涂粒子間的結(jié)合是以機械結(jié)合為主。熱噴涂概述中國石油大學（華東）涂層的結(jié)合機理8熱噴涂概述中國石油大學（華東）涂層與基體間的結(jié)合機理物理結(jié)合：當高速運動的熔融粒子撞擊基體表面后，若界面兩側(cè)緊密接觸的距離達到原子晶格常數(shù)范圍內(nèi)時，產(chǎn)生范德華力，提高基體與涂層間的結(jié)合強度。擴散結(jié)合：當熔融的噴涂粒子高速撞擊基體表面形成緊密接觸時，由于變形和高溫的作用，基體表面的原子得到足夠的能量，使涂層與基體之間產(chǎn)生原子擴散，形成擴散結(jié)合。擴散的結(jié)果使界面兩側(cè)微小范圍內(nèi)形成一層固溶體或金屬間化合物，增加了涂層與基體之間的結(jié)合強度。冶金結(jié)合：當基體預熱，或噴涂粒子有高的熔化潛熱，或噴涂粒子本身發(fā)生放熱化反應(yīng)時，熔融態(tài)的粒子與局部熔化的基體之間發(fā)生“焊合”現(xiàn)象，產(chǎn)生“焊點”，形成微區(qū)冶金結(jié)合。熱噴涂概述中國石油大學（華東）涂層與基體間的結(jié)合機理物理結(jié)合9熱噴涂概述中國石油大學（華東）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、粉末火焰噴熔電容放電噴涂、感應(yīng)加熱噴涂激光噴涂、激光噴焊熱噴涂方法氣體燃燒熱源電熱熱源激光熱源燃氣重復爆炸噴涂、線材電爆噴涂爆炸熱源電弧噴涂、等離子噴涂、等離子噴焊氣體放電熱源熱噴涂概述中國石油大學（華東）線材火焰噴涂、棒材火焰噴涂、粉10熱噴涂概述中國石油大學（華東）（1）熱噴涂方法多：熱噴涂具體方法有十幾種，可以選擇合適的方法對零件進行熱噴涂。（2）熱噴涂材料種類廣泛：金屬及其合金、陶瓷、塑料、尼龍以及它們的復合材料等都可以作為噴涂材料。（3）機體材料使用范圍廣：幾乎所有的固體材料表面都可以熱噴涂，一般也不受零件尺寸及場地限制，既可以大面積噴涂，也可以進行局部噴涂。（4）基體材料受影響小：噴涂時可使集體控制在較低溫度，所以基體變形小、組織和性能變化小，保證了基體質(zhì)量基本不受影響。（5）涂層厚度可以控制：涂層厚度從幾十微米到幾微米，可以根據(jù)要求確定。（6）操作環(huán)境差：存在粉塵、煙霧和噪音等問題，因此需要加強防護措施。熱噴涂的特點熱噴涂概述中國石油大學（華東）（1）熱噴涂方法多：熱噴涂具體11熱噴涂概述中國石油大學（華東）

熱噴涂材料按其使用形式的不同可分為粉末材料和線絲材料兩大類，按使用功能和制造方式可分為非復合材料和復合材料；按組成成分可分為金屬及合金、自熔性合金、復合材料、陶瓷和有機塑料等幾種，目前熱噴涂材料已有60種以上的線材和200種以上的粉末。熱噴涂材料熱噴涂概述中國石油大學（華東）熱噴涂材料12熱噴涂概述中國石油大學（華東）熱噴涂線材

非復合噴涂線材是指只用含一種金屬或合金的材料制成的噴涂線材。這些線材是用普通的拉拔方法制造的，應(yīng)用最普遍的非復合線材有：鋁及鋁合金噴涂絲、鋅及鋅合金噴涂絲、銅及銅合金噴涂絲、錫及錫合金噴涂絲、鉛及鉛合金噴涂絲、鎳及鎳合金噴涂絲、銅噴涂絲及鐵合金噴涂絲。非復合噴涂線材概念：復合噴涂線材是把兩種或兩種以上的材料復合而制成的噴涂線材，復合噴涂線材中大部分是增效復合噴涂線材。復合噴涂線材熱噴涂概述中國石油大學（華東）熱噴涂線材非復合噴涂線材13熱噴涂概述中國石油大學（華東）熱噴涂線材常用的復合方法：絲-絲復合、絲-管復合、粉-管復合、粉-皮壓結(jié)復合及粉-粘合劑復合。常用的放熱型噴涂復合線材：Ni-Al噴涂絲，Al-Cr,Al-Nb,Al-Ta,Al-B,Al-Ni-WC,NiCr-Al,Al-Ni-Al2O3,Al-Ni-SiC等線材。一步法噴涂絲：利用組元的放熱反應(yīng)，再加入其它強化組可制成自結(jié)合一步法噴涂絲，這類復合絲有不銹鋼-Ni/Al絲，Ni-Al-Mo絲，Cu-Al絲等。復合噴涂線材熱噴涂概述中國石油大學（華東）熱噴涂線材14熱噴涂概述中國石油大學（華東）非復合型熱噴涂粉末種類：主要是Ni基、Fe基、Co基及Cu基合金粉末，自熔合金粉末在熱噴涂中得到了廣泛的應(yīng)用。制造方法：機械破碎法、元素組合法、霧化法等，最常用的是霧化法。

陶瓷粉主要是指氧化物、氮化物、硼化物、碳化物和硅化物粉。常用的陶瓷粉有Al2O3，ZrO2，TiO2，WC，Cr3C2。

金屬及合金粉末陶瓷粉熱噴涂概述中國石油大學（華東）非復合型熱噴涂粉末金屬及合金15熱噴涂概述中國石油大學（華東）非復合型熱噴涂粉末

把金屬、合金、陶瓷噴涂粉以不同的比例相互混合起來，可得到各種混合粉。其中金屬或合金與陶瓷組成的混合粉也稱為金屬陶瓷粉。這些混合粉雖然配制方便，但由于被混合粉末的密度等物理性能的差異，這種混合粉很難均勻，容易造成涂層偏析，使用效果不好。

熱塑性樹脂粉末材料:聚乙烯粉、尼龍粉及EVA樹脂；

熱固性樹脂粉末材料:環(huán)氧樹脂粉末?；旌戏鄹呔畚锓蹮釃娡扛攀鲋袊痛髮W（華東）非復合型熱噴涂粉末混合粉高聚16熱噴涂概述中國石油大學（華東）復合型熱噴涂粉末1．包覆型粉末（CladPowder）：由一種或幾種成分作為外殼，均勻連續(xù)或星點間斷地包覆由一種或幾種成分組成的核心的粉體。1）制造方式：氣相沉積法和液相沉積法；2）類型：Ni/Al，Al/Ni，Ni/石墨，Ni/硅藻土，Ni/MoS2，Ni/Al2O3，Ni/WC，Ni/Cr3C2，Ni/Cu，Ni/Cr，Ni/Cr2O3，Ni/尼龍，Ni/聚四氟乙烯，Co/WC，Cu/石墨，Cu/Cr，NiCu/Cr3C2。2．組合型粉末(CombinationPowder)：把幾種金屬粉末、合金粉末、陶瓷粉末等按不同比例混合起來，使之成為一種成分均勻、不產(chǎn)生偏析的混合物。1）制造方式：熱擴散法、共還原法、燒結(jié)破碎法、混合團聚法。其中廣泛應(yīng)用的是混合團聚法；2）類型：Ni-Cr-Al，AlSi-聚苯酯，Ni/Al，Co/WC，NiCr/Cr2O3，NiCr-Al，Al-Mo-不銹鋼及Al-Mo-合金鋼等粉末。熱噴涂概述中國石油大學（華東）復合型熱噴涂粉末1．包覆型粉17表面科學與技術(shù)中國石油大學（華東）熱噴涂概述熱噴涂常見的熱噴涂方法熱噴涂的性能測試與質(zhì)量檢驗熱噴涂工藝過程表面科學與技術(shù)中國石油大學（華東）熱噴涂概述熱噴涂常見的熱噴18常見的熱噴涂方法中國石油大學（華東）

線材火焰噴涂基本原理:如圖所示，噴槍通過氣閥分別引入乙炔、氧氣和壓縮空氣，乙炔和氧氣混合后在噴咀出口處燃燒，不斷送進的絲材被氧-乙炔火焰加熱熔化，然后，由通過氣帽的壓縮空氣將其霧化成粒子，并被噴射到基體表面形成涂層。1-涂層；2-燃燒火焰；3-空氣帽；4-氣體噴嘴；5-線材或棒材；6-氧氣；7-乙炔；8-壓縮空氣；9-噴涂射流；10-基體常見的熱噴涂方法中國石油大學（華東）線材火焰噴涂19常見的熱噴涂方法中國石油大學（華東）

線材火焰噴涂的涂層特性1)涂層結(jié)構(gòu)為明顯的層狀結(jié)構(gòu);2)涂層中含有明顯的氣孔和氧化物夾渣;3)涂層結(jié)合強度為10~30MPa;4)涂層氣孔隙為10~15%。常見的熱噴涂方法中國石油大學（華東）線材火焰噴涂的涂層特性20常見的熱噴涂方法中國石油大學（華東）

線材火焰噴涂設(shè)備的組成線材火焰噴涂典型裝置示意圖1-燃料氣；2-氧氣；3-氣體流量計；4-壓縮空氣；5-空氣過濾器；6-空氣控制器；7-線材控制裝置；8-線材噴槍常見的熱噴涂方法中國石油大學（華東）線材火焰噴涂設(shè)備的組成21常見的熱噴涂方法中國石油大學（華東）

線材火焰噴涂設(shè)備的組成氧氣及乙炔供給系統(tǒng)：由氣源、壓力及流量調(diào)節(jié)裝置，回火防止管及輸氧管道等組成；壓縮空氣供給系統(tǒng)：由空氣壓縮機和空氣凈化裝置（冷凝器和油水分離器組成）構(gòu)成；線材盤架；氣噴槍：它主要由機動部分、混合頭部分及手柄部分組成，國產(chǎn)SQP-1型氣噴槍分高速、中速兩種規(guī)格，前者用噴涂鎂、鋁等低熔點金屬，后者用于噴涂鉬、鋼等高熔點金屬。常見的熱噴涂方法中國石油大學（華東）線材火焰噴涂設(shè)備的組成22常見的熱噴涂方法中國石油大學（華東）

線材火焰噴涂的特點及應(yīng)用（1）噴涂方法簡便，設(shè)備簡單；（2）火焰溫度低，氣流速度不高，因而顆粒打擊力小，涂層致密度較差；（3）涂層中含有一定量的氧化物。（1）目前國內(nèi)大多用于制備鋅、鋁長效防護涂層；（2）不銹鋼、鎳鉻及有色金屬防腐涂層；（3）碳鋼、鉻鋼恢復尺寸涂層以及耐磨涂層等。特點應(yīng)用常見的熱噴涂方法中國石油大學（華東）線材火焰噴涂的特點及應(yīng)23常見的熱噴涂方法中國石油大學（華東）

粉末火焰噴涂1-氧、乙炔混合氣；2-送粉氣；3-噴涂粉末；4-噴嘴；5-火焰；6-涂層；7-基體基本原理:如圖所示，噴槍通過氣閥分別引入燃料氣（主要采用乙炔）和氧氣，經(jīng)混合后從噴咀噴出，產(chǎn)生燃燒火焰。合金粉末在高速氧氣流的帶動下由噴嘴射出，穿過燃燒火焰時被加熱到熔化或半熔化狀態(tài)，并高速撞擊在已預處理的基體表面上，沉積為噴涂層。常見的熱噴涂方法中國石油大學（華東）粉末火焰噴涂1-氧、乙24常見的熱噴涂方法中國石油大學（華東）

粉末火焰噴涂涂層的特征1）涂層中含有一定量的氧化物及氣孔，并有少量變形不充分的顆粒；

2）涂層結(jié)合強度10-30MPa；

3）涂層80-95%常見的熱噴涂方法中國石油大學（華東）粉末火焰噴涂涂層的特征25常見的熱噴涂方法中國石油大學（華東）

粉末火焰噴涂設(shè)備的組成1）粉末火焰噴涂的典型設(shè)備主要由氧氣及乙炔供給系統(tǒng)和噴槍組成，粉末可以裝在與噴槍構(gòu)成一體的粉斗內(nèi)，也可由送粉器通過管道送入。2）目前國內(nèi)常用的火焰噴涂槍有：SPH-E型兩用槍、SPH-E2000型噴涂槍、Cp-1000型亞音速噴涂槍、Cp-3000型亞音速噴涂槍。常見的熱噴涂方法中國石油大學（華東）粉末火焰噴涂設(shè)備的組成26常見的熱噴涂方法中國石油大學（華東）

粉末火焰噴涂的特點及應(yīng)用（1）設(shè)備簡單、輕便、初投資少，操作工藝簡單，現(xiàn)場施工方便；（2）適于機械零部件的局部修復和強化，成本低，耗時少，效益高；（3）可以噴涂純金屬粉、合金、陶瓷、金屬陶瓷和復合粉末等多種材料；（4）涂層孔隙率較高。粉末火焰噴涂廣泛用于機械部件和化工容器、輥筒表面制備耐蝕、耐磨涂層。對噴槍噴咀部分作適當變動后，可用于噴涂塑料粉末。特點應(yīng)用常見的熱噴涂方法中國石油大學（華東）粉末火焰噴涂的特點及應(yīng)27常見的熱噴涂方法中國石油大學（華東）等離子弧噴涂基本原理:等離子噴涂原理如圖所示，在陰極和陽極（噴咀）之間產(chǎn)生一直流電弧。該電弧把導入的工作氣體加熱電離成高溫等離子體并從噴咀噴出形成等離子焰。粉末由送粉氣體送入等離子射流后被熔化、加速、噴射到以預處理的基體材料表面形成涂層。

1-噴涂粉末；2-工作氣；3-陰極；4-陽極；5-等離子射流；6-基體；7-噴涂層;常見的熱噴涂方法中國石油大學（華東）等離子弧噴涂基本原理:28常見的熱噴涂方法中國石油大學（華東）等離子弧噴涂涂層的特性1）組織結(jié)構(gòu)為細晶的層狀結(jié)構(gòu)，含一些球狀組織，存在細小彌散物；2）等離子弧溫度高，能量集中，焰流速度高；3）噴涂層組織細密，氧化物夾渣和氣孔率都低，氣孔率可控制到2-5%；4）涂層與基體的結(jié)合及粒子之間的結(jié)合除以機械結(jié)合為主外，可以產(chǎn)生微區(qū)冶金結(jié)合和物理結(jié)合；結(jié)合強度可達35-70MPa。常見的熱噴涂方法中國石油大學（華東）等離子弧噴涂涂層的特性129常見的熱噴涂方法中國石油大學（華東）等離子弧噴涂設(shè)備的組成常見的熱噴涂方法中國石油大學（華東）等離子弧噴涂設(shè)備的組成30常見的熱噴涂方法中國石油大學（華東）等離子弧噴涂設(shè)備的組成1）噴槍：噴槍實際上是一個非轉(zhuǎn)移型等離子弧發(fā)生器，是最關(guān)鍵的部件，它集整個系統(tǒng)的電氣、粉、水于一體，主要由陰極、噴咀（陽極）、進氣道與氣室、送粉道、水冷密封與絕緣以及槍體所組成。2）送粉器：送粉器是用來貯存噴涂粉末和按工藝要求向噴槍輸送粉末的一種裝置，主要有自重式送粉器、刮板式送粉器、霧化式送粉器、電磁振動式送粉器、鼓輪式送粉器等。3）整流電源：等離子噴涂采用的整流電源有飽和電抗器式或硅整流電源、可控硅型電源、直流發(fā)動機電源。4）供氣系統(tǒng)。5）水冷系統(tǒng)及控制系統(tǒng)。常見的熱噴涂方法中國石油大學（華東）等離子弧噴涂設(shè)備的組成131常見的熱噴涂方法中國石油大學（華東）等離子弧噴涂的特點及應(yīng)用（1）噴涂材料范圍廣：制備難熔金屬、陶瓷、金屬陶瓷復合材料涂層及其它特殊功能涂層；（2）涂層結(jié)合強度高，氣孔率低；（3）惰性氣體等離子射流有保護氣氛，加氫的射流有還原氣氛，避免或減少了噴涂粒子的氧化；（4）設(shè)備昂貴，一次性投資大。主要用于制備質(zhì)量要求高的耐蝕、耐磨、隔熱、絕緣、抗高溫和特殊功能涂層。特點應(yīng)用常見的熱噴涂方法中國石油大學（華東）等離子弧噴涂的特點及應(yīng)用32常見的熱噴涂方法中國石油大學（華東）電弧噴涂基本原理:電弧噴涂是將兩根被噴涂的金屬絲作為自耗性電極，利用其端面產(chǎn)生的電弧作熱源來熔化金屬絲材，用壓縮空氣進行霧化的熱噴涂方法，噴涂原理如圖所示。1-直流電源；2-金屬絲；3-送絲滾輪；4-導電塊；5-導電嘴；6-空氣噴嘴；7-電弧；8-噴涂射流；9-涂層；10-基體常見的熱噴涂方法中國石油大學（華東）電弧噴涂基本原理:電弧33常見的熱噴涂方法中國石油大學（華東）電弧噴涂涂層的特性1)涂層為典型的層狀組織結(jié)構(gòu)，但組織結(jié)構(gòu)較粗大，并且大小不均；2)結(jié)合強度較高：由于熔粒溫度高，粒子變形量大，而提高了涂層的結(jié)合強度；3)元素含量減少：涂層中C及合金元素的燒損量大，因而涂層硬度降低；常見的熱噴涂方法中國石油大學（華東）電弧噴涂涂層的特性1)34常見的熱噴涂方法中國石油大學（華東）電弧噴涂設(shè)備的組成1）整流電源：電弧外特性應(yīng)是平特性或略帶上升的外特性，動特性應(yīng)有足夠大的電流上升速率；為適應(yīng)不同材料噴涂的需要，電源上要求有輸出電壓調(diào)節(jié)裝置。2）控制裝置；3）噴槍：a.在噴槍中由導電咀、空氣噴咀、絕緣塊和弧光罩等組成的霧化頭是噴槍的關(guān)鍵部分；b.按驅(qū)動金屬絲的動力源分為：電動式、空氣馬達式及氣動蝸輪式;按推動金屬絲的方式不同分為：推式、拉式及推拉式4）金屬絲盤架或送絲裝置；5）壓縮空氣供給系統(tǒng)等組成。常見的熱噴涂方法中國石油大學（華東）電弧噴涂設(shè)備的組成1）整35常見的熱噴涂方法中國石油大學（華東）電弧噴涂的特點1)熱效率高：熱能利用率高達60-70%；火焰噴涂熱能利用率為5-15%；等離子噴涂為12%左右；2)生產(chǎn)率高：一般為火焰噴涂的3倍以上，如電流為300A時，鋼材噴涂速率15kg/h；3)噴涂成本低：電弧噴涂的施工成本比火焰噴涂要降低30%以上；4)結(jié)合強度高：粒子溫度高、動能大→結(jié)合強度一般要比火焰噴涂高50%以上；5)可以方便地制備假合金涂層：銅-鋼假合金涂層就具有良好的耐磨、減磨和導熱性能。常見的熱噴涂方法中國石油大學（華東）電弧噴涂的特點1)36常見的熱噴涂方法中國石油大學（華東）電弧噴涂的應(yīng)用1)鋼鐵構(gòu)件上制備Zn、Al長效防護涂層；2)鋼鐵噴鋁，通過產(chǎn)生滲鋁層，制備抗高溫氧化涂層，工作溫度可達870℃；3)在鋼鐵件上噴涂不銹鋼或其它耐磨金屬，用于耐磨蝕防護；4)噴涂碳鋼、鉻鋼、青銅、巴氏合金等材料，用于修復零件已磨損或尺寸超差的部位；5)在電容器上噴涂導電涂層，在塑料制品上噴涂屏蔽涂層等。常見的熱噴涂方法中國石油大學（華東）電弧噴涂的應(yīng)用1)37常見的熱噴涂方法中國石油大學（華東）爆炸噴涂基本原理:將一定比例和流量的乙炔和氧氣引入內(nèi)徑為25mm的水冷槍筒內(nèi)，與同時引入的噴涂粉末混合，通過火花塞瞬間引爆，槍筒內(nèi)的溫度突然上升到3300℃以上,氣體燃燒的速度超過音速的十倍，形成沖擊波,爆炸的熱能將噴涂粉末加熱到熔融或半熔融狀態(tài)，并使熔粒加速到2倍音速噴出，撞擊到基體表面形成涂層，此后將氮氣引入槍筒內(nèi)置換，直到下一個爆炸過程開始，噴涂頻率可達每秒4~8次。1-氮氣；2-粉末；3-火花塞；4-噴涂射流；5-涂層；6-基體；7-氧氣；8-乙炔常見的熱噴涂方法中國石油大學（華東）爆炸噴涂基本原理:將一38常見的熱噴涂方法中國石油大學（華東）爆炸噴涂的特點及應(yīng)用（1）涂層結(jié)合強度高：它與基材的結(jié)合力比等離子噴涂高，尤其是WC-Co涂層比等離子噴涂高2倍以上；（2）涂層硬度高：噴涂WC-Co涂層的斷面硬度比等離子噴涂高50%以上；（3）氣孔率低：噴涂WC-Co涂層氣孔率一般只有0.5%；（4）目前爆炸噴涂主要用于制備優(yōu)質(zhì)耐磨涂層。常見的熱噴涂方法中國石油大學（華東）爆炸噴涂的特點及應(yīng)用（139常見的熱噴涂方法中國石油大學（華東）超音速火焰噴涂

基本原理:Jet-Kote超音速粉末火焰槍原理如圖所示。燃料氣體（氫氣、丙烷、丙烯或MAPP）和助燃劑（O2)以一定的比例導入燃燒室內(nèi)混合，爆炸式燃燒，高溫燃氣經(jīng)燃燒室上部燃燒頭內(nèi)的四根傾斜噴管進入銅噴咀，粉末由送粉氣（Ar或N2）定量沿燃燒頭內(nèi)碳化鎢中心套管送入高溫燃氣中，由高溫高速燃氣帶出噴咀，高速噴射到工件上形成涂層，整個噴槍由循環(huán)水冷卻。目前超音速噴涂發(fā)展很快，新發(fā)展的噴槍不僅在結(jié)構(gòu)上不同于Jet-Kote，而且可以使用液體燃料（如：煤油,JP-5000、JP-8000）和壓縮空氣助燃劑(HVAF)，大大降低了涂層的制造成本。常見的熱噴涂方法中國石油大學（華東）超音速火焰噴涂40常見的熱噴涂方法中國石油大學（華東）超音速火焰噴涂1-粉末及送粉氣；2-冷卻水；3-冷卻水；4-氧氣；5-燃料氣；

常見的熱噴涂方法中國石油大學（華東）超音速火焰噴涂1-粉末及41常見的熱噴涂方法中國石油大學（華東）超音速火焰噴涂的特點及應(yīng)用（1）火焰及噴涂粒子速度極高：燃氣流速可達1500-2000m/s，粉粒撞擊到工件表面的速度為550~800m/s；（2）粉粒在火焰中加熱時間長：噴涂粉末以中心軸式方法供給，這種供粉方式使粉末在火焰中停留時間長，能均勻地受熱熔融，產(chǎn)生集中的噴射束流；（3）熔粒與周圍大氣接觸時間短：這可避免碳化物材料分解和脫碳；（4）噴涂粉末細微，涂層光滑：粉末粒度為5-45μm，可獲得表面光滑的涂層；（5）涂層致密，結(jié)合強度高：涂層的孔隙率可小于0.1%，結(jié)合力可大于100N/mm2；（6）氣體耗量大、噴涂噪聲大：目前噴槍所消耗的氣體遠大于一般火焰噴涂；（7）被廣泛使用來制備碳化物（WC-Co、NiCr-Cr3C2）涂層和耐蝕涂層。常見的熱噴涂方法中國石油大學（華東）超音速火焰噴涂的特點及應(yīng)42表面科學與技術(shù)中國石油大學（華東）熱噴涂概述熱噴涂常見的熱噴涂方法熱噴涂的性能測試與質(zhì)量檢驗熱噴涂工藝過程表面科學與技術(shù)中國石油大學（華東）熱噴涂概述熱噴涂常見的熱噴43熱噴涂工藝過程中國石油大學（華東）噴涂工藝表面預處理涂層后處理預熱噴涂熱噴涂工藝過程中國石油大學（華東）噴涂工藝表面涂層預熱噴涂44熱噴涂工藝過程中國石油大學（華東）（1）溶劑清洗法:常用的溶劑有汽油、煤油、柴油、丙酮、酒精、三氯乙烯、四氯化碳等。清洗的方法有浸泡和擦刷法、噴淋脫脂法。（2）蒸氣清洗法：常用的溶劑一般為三氯乙烯、四氯化碳等。（3）堿洗法：堿洗法是將工件表面放到氫氧化鈉或碳酸鈉等堿性溶液中，待工件表面的油脂溶解后，再用水沖洗干凈。（4）加熱脫脂法：將疏松工件表面加熱到250~450℃的溫度，使油脂滲出表面，揮發(fā)燒掉，然后再加以清除。表面預處理凈化處理凈化處理凈化處理凈化處理凈化處理熱噴涂工藝過程中國石油大學（華東）表面預處理凈化處理凈化處理45熱噴涂工藝過程中國石油大學（華東）表面預處理目的：（1）增加涂層和基材表面之間的接觸面;（2）使凈化處理的表面更加活化，提高涂層的結(jié)合強度;（3）改變涂層中殘余應(yīng)力的分布。方法：噴砂、機械加工法、電拉毛及噴涂自粘結(jié)材料作結(jié)合底層等。粗化處理熱噴涂工藝過程中國石油大學（華東）表面預處理粗化處理46熱噴涂工藝過程中國石油大學（華東）表面粗化處理目的：（1）

清除表面的污物;（2）使表面獲得一定的粗糙度;（3）能使工件表面產(chǎn)生殘余壓應(yīng)力，可提高工件表面的疲勞強度;（4）能使工件表面活化，有助于提高噴涂層的結(jié)合強度。常用的磨料及粒度:

剛玉砂、激冷鐵砂、帶棱角的鋼砂、碳化硅砂、金剛砂等。噴砂粗化時砂粒粒度多是將粗（20目左右）、細（40目左右）兩種砂粒混合使用。噴砂的方式：射吸式、壓力式、離心式三種。噴砂處理熱噴涂工藝過程中國石油大學（華東）表面粗化處理目的：噴砂處理47熱噴涂工藝過程中國石油大學（華東）表面粗化處理原理:采用機械切削和鑿、滾壓等方法對噴涂表面進行粗化預處理，多用于軸類零件。對于平面部件，也采用開槽處理。粗化方法:

車毛螺紋、車溝槽-滾花及平面開槽等，但對于承受疲勞載荷的軸類零件不宜采用車螺紋粗化。應(yīng)用：適用于可進行切削加工的鋼材和有色金屬基材。在需要制備較厚的涂層或需要適應(yīng)較苛刻的載荷條件時，采用先機械加工粗化，然后，再噴砂的方法能獲得良好的效果。機械加工法熱噴涂工藝過程中國石油大學（華東）表面粗化處理原理:機械加48熱噴涂工藝過程中國石油大學（華東）表面粗化處理原理:電拉毛是采用鎳條作電極接在電源的一端，工件接另一端，當作為電極的鎳條在工件上劃擦時，在接觸處產(chǎn)生電火花，因電熱造成局部熔化，鎳條熔粘在工件表面。這樣反復劃擦，便在工件上形成覆蓋有熔化金屬層的粗糙表面。應(yīng)用：電拉毛適用于工件硬度較高又不能采用噴砂或機械加工的工件表面的粗化處理。由于電拉毛產(chǎn)生了放電痕對基材的切割作用，工件的疲勞壽命會下降。電拉毛粗化熱噴涂工藝過程中國石油大學（華東）表面粗化處理原理:電拉毛49熱噴涂工藝過程中國石油大學（華東）表面粗化處理原理：某些材料能在光滑表面上形成具有一定粘結(jié)強度、潔凈、粗糙、活性高的涂層，再在其上面噴涂其它性能的涂層，這種作為過渡層的涂層一般稱為粘結(jié)底層，噴涂粘結(jié)底層用的材料稱為自粘結(jié)材料。常用的自粘結(jié)材料：Ni-Al和Mo；Ni-Cr、NiCrAl合金或MCrAlY(M:Ni、Co、Fe)。底層厚度：一般在0.08~0.12mm范圍內(nèi)較合適。噴涂粘結(jié)底層熱噴涂工藝過程中國石油大學（華東）表面粗化處理原理：噴涂粘結(jié)50熱噴涂工藝過程中國石油大學（華東）預熱目的:（1）消除工作表面的水分和濕氣；（2）提高噴涂粒子與工件接觸時的界面溫度；（3）減少因工件熱膨脹造成的涂層應(yīng)力，避免涂層開裂，提高涂層與基材的結(jié)合強度。預熱溫度:取決于工件的大小、形狀和材質(zhì)及噴涂材料的熱膨脹系數(shù)。一般情況下預熱溫度控制在60~120℃之間。預熱的方法:

采用氧乙炔火焰加熱，也可以用電爐、高頻爐加熱。熱噴涂工藝過程中國石油大學（華東）預熱目的:51熱噴涂工藝過程中國石油大學（華東）噴涂1.

制備好的工件表面要在盡量短的時間(2h-4h)內(nèi)進行噴涂。2.

噴涂工藝參數(shù)要根據(jù)涂層種類、噴槍性能和工件的具體情況而定,對于不同的噴涂方法都有相應(yīng)的噴涂參數(shù)。3.

控制噴涂參數(shù)的目的是為了提高噴涂速率，增加涂層的致密度，提高涂層的結(jié)合強度，得到高質(zhì)量的涂層。熱噴涂工藝過程中國石油大學（華東）噴涂1.制備好的工件表面52熱噴涂工藝過程中國石油大學（華東）涂層的后處理1.

噴涂后得到的涂層有時不能直接使用。2.

對于防腐涂層，為了防止介質(zhì)進入涂層到達基材需進行封孔處理。封孔劑應(yīng)根據(jù)工作環(huán)境介質(zhì)的性質(zhì)、成本等因素來考慮。3.

對于承受高應(yīng)力載荷或沖擊磨損的工件，要對噴涂層進行重熔處理，使疏松多孔與基材主要靠機械結(jié)合的涂層變?yōu)榕c基體是冶金結(jié)合的致密噴熔層。4.

有尺寸精度要求的工件要進行機械加工，由于噴涂層本身的一些特性，決定了它與一般金屬材料不同的加工特點。所以，必須選用合理的加工方法和相應(yīng)的工藝參數(shù)，才能保證機械加工的順利進行和所要求的尺寸精度。熱噴涂工藝過程中國石油大學（華東）涂層的后處理1.噴涂53表面科學與技術(shù)中國石油大學（華東）熱噴涂概述熱噴涂常見的熱噴涂方法熱噴涂的性能測試與質(zhì)量檢驗熱噴涂工藝過程表面科學與技術(shù)中國石油大學（華東）熱噴涂概述熱噴涂常見的熱噴54熱噴涂的性能測試與質(zhì)量檢驗中國石油大學（華東）4種主要的檢測方法1.彎曲試驗

2.杯突試驗

3.噴涂層結(jié)合強度拉伸試驗4.噴涂層空隙率測定

熱噴涂的性能測試與質(zhì)量檢驗中國石油大學（華東）4種主要的檢測55熱噴涂的性能測試與質(zhì)量檢驗中國石油大學（華東）1.彎曲試驗

用1-1.5mm厚的普通碳鋼板制成50x100mm2的試樣，在其表面噴涂約0.3mm厚的涂層，涂層與基體的結(jié)合情況可用兩種方法評定。f20mm比較涂層開始發(fā)生龜裂的角度，以評價結(jié)合性能。根據(jù)彎曲后涂層開裂的情況評價結(jié)合性能。熱噴涂的性能測試與質(zhì)量檢驗中國石油大學（華東）1.彎曲試驗56熱噴涂的性能測試與質(zhì)量檢驗中國石油大學（華東）2.杯突試驗

預壓環(huán)球面凹坑試驗。1.3-1.5mm厚的普碳鋼板制成75x44mm的試樣，然后在其表面噴涂0.05-0.15mm厚的涂層。突杯試驗規(guī)范預壓力 沖頭壓力 沖頭鋼球直徑 沖頭壓入速度 杯凸深度100MPa 200-300MPa 20mm 10mm/min 7.6mm預壓環(huán)熱噴涂的性能測試與質(zhì)量檢驗中國石油大學（華東）2.杯突試驗57熱噴涂的性能測試與質(zhì)量檢驗3.噴涂層結(jié)合強度拉伸試驗中國石油大學（華東）涂層支撐P涂層結(jié)合強度(sb) sb=4P/pd2拉伸試樣試樣之固定部分試樣之活動芯棒試樣尺寸: D=45mm（推薦） d=11mm

h=1-1.5mm拉伸速度: 4mm/minDhd熱噴涂的性能測試與質(zhì)量檢驗3.噴涂層結(jié)合強度拉伸試驗中國石58熱噴涂的性能測試與質(zhì)量檢驗3.噴涂層結(jié)合強度拉伸試驗拉伸試樣L1L2hDd三種可能的斷裂方式：（1）斷裂發(fā)生在膠層內(nèi)，

σb表示膠的強度；（2）斷裂發(fā)生在涂層內(nèi)，σb表示涂層自身強度；（3）斷裂發(fā)生在涂層與基體的界面，

σb表示結(jié)合強度。熱噴涂的性能測試與質(zhì)量檢驗3.噴涂層結(jié)合強度拉伸試驗拉伸試59熱噴涂的性能測試與質(zhì)量檢驗中國石油大學（華東）4.噴涂層空隙率測定

浮力法：將涂層從基體上取下，100C干燥2小時，在其表面涂一層凡士林，然后用細金屬絲吊起來，稱其在空氣和蒸餾水中的重量。涂層的孔隙率（P）由下式計算：W-涂層+金屬+凡士林在空氣中的總重量W’-涂層+金屬+凡士林在水中的總重量Wz-涂層在空氣中的重量Wc-浸入水中的金屬絲的重量Wv-凡士林的重量rw-蒸餾水的密度rz-涂層材料的密度rc-金屬絲的密度rv-凡士林的密度WzrzWcrcWvrvW-W’rwP=熱噴涂的性能測試與質(zhì)量檢驗中國石油大學（華東）4.噴涂層空60表面科學與技術(shù)

之熱噴涂謝謝

歡迎批評指導表面科學與技術(shù)

之熱噴涂謝謝歡迎批評指導61表面科學與技術(shù)中國石油大學（華東）熱噴涂概述熱噴涂常見的熱噴涂方法熱噴涂的性能測試與質(zhì)量檢驗熱噴涂工藝過程表面科學與技術(shù)中國石油大學（華東）熱噴涂概述熱噴涂常見的熱噴62熱噴涂概述中國石油大學（華東）

熱噴涂技術(shù)是指利用某種熱源將噴涂材料迅速加熱到熔融或半熔融狀態(tài)，再經(jīng)過高速氣流或焰流將其霧化加速噴射到經(jīng)預處理的工件表面上，形成噴涂層的一種表面加工方法。熱噴涂的定義熱噴涂概述中國石油大學（華東）熱噴涂技術(shù)是指利用63熱噴涂概述中國石油大學（華東）噴涂材料的熔化熔滴霧化與基體表面的碰撞變形及淬冷凝固

熱噴涂過程粒子的飛行階段熱噴涂概述中國石油大學（華東）噴涂材料的熔化熔滴霧化與基體表64熱噴涂概述中國石油大學（華東）噴涂材料的熔化粉末噴涂材料進入熱源高溫區(qū)域，被加熱到熔化態(tài)或軟化態(tài)；線材噴涂材料的端部在熱源高溫區(qū)加熱熔化，熔化的材料以熔滴形式存在于線材端部熱噴涂概述中國石油大學（華東）噴涂材料的熔化65熱噴涂概述中國石油大學（華東）熔滴霧化對于線材噴涂時，端部的熔滴在外加壓縮氣流或熱源自身射流的作用下脫離線材端部，并霧化成細小熔滴向前噴射；在粉末噴涂時，不存在粉末的細化和霧化過程，直接在壓縮氣流或熱源射流推動下發(fā)生噴射。

熱噴涂概述中國石油大學（華東）熔滴霧化對于線66熱噴涂概述中國石油大學（華東）粒子的飛行階段熔化或軟化的微細顆粒首先被氣流或射流加速，當飛行一定距離后速度又減小。

熱噴涂概述中國石油大學（華東）粒子的飛行階段67熱噴涂概述中國石油大學（華東）與基體表面的碰撞變形及淬冷凝固

具有一定速度和溫度的微細粒子到達基材表面，發(fā)生強烈的碰撞。粒子在碰撞基體表面或撞擊已經(jīng)形成的涂層的瞬間，把動能轉(zhuǎn)化為熱能后傳給基體，同時粒子在凹凸不平的表面發(fā)生變形，形成扁平狀粒子，并且迅速凝固成涂層。噴涂的粒子不斷飛向基體表面，產(chǎn)生碰撞-變形-冷凝的過程，變形粒子與基材之間及粒子與粒子之間相互交疊在一起，形成涂層。熱噴涂概述中國石油大學（華東）與基體表面的碰撞變形及淬冷凝固68熱噴涂概述中國石油大學（華東）涂層的結(jié)合機理涂層的結(jié)合包括涂層與基材的結(jié)合及涂層之間的結(jié)合。前者的結(jié)合強度稱為結(jié)合力，后者的結(jié)合強度稱為內(nèi)聚力。涂層與基體間的結(jié)合機理機械結(jié)合：熔融態(tài)的粒子撞擊到基材表面后鋪展成扁平狀的液態(tài)薄層，嵌合在起伏不平的表面形成機械結(jié)合，又稱為拋錨效應(yīng)。涂層間的結(jié)合機理噴涂粒子間的結(jié)合是以機械結(jié)合為主。熱噴涂概述中國石油大學（華東）涂層的結(jié)合機理69熱噴涂概述中國石油大學（華東）涂層與基體間的結(jié)合機理物理結(jié)合：當高速運動的熔融粒子撞擊基體表面后，若界面兩側(cè)緊密接觸的距離達到原子晶格常數(shù)范圍內(nèi)時，產(chǎn)生范德華力，提高基體與涂層間的結(jié)合強度。擴散結(jié)合：當熔融的噴涂粒子高速撞擊基體表面形成緊密接觸時，由于變形和高溫的作用，基體表面的原子得到足夠的能量，使涂層與基體之間產(chǎn)生原子擴散，形成擴散結(jié)合。擴散的結(jié)果使界面兩側(cè)微小范圍內(nèi)形成一層固溶體或金屬間化合物，增加了涂層與基體之間的結(jié)合強度。冶金結(jié)合：當基體預熱，或噴涂粒子有高的熔化潛熱，或噴涂粒子本身發(fā)生放熱化反應(yīng)時，熔融態(tài)的粒子與局部熔化的基體之間發(fā)生“焊合”現(xiàn)象，產(chǎn)生“焊點”，形成微區(qū)冶金結(jié)合。熱噴涂概述中國石油大學（華東）涂層與基體間的結(jié)合機理物理結(jié)合70熱噴涂概述中國石油大學（華東）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、粉末火焰噴熔電容放電噴涂、感應(yīng)加熱噴涂激光噴涂、激光噴焊熱噴涂方法氣體燃燒熱源電熱熱源激光熱源燃氣重復爆炸噴涂、線材電爆噴涂爆炸熱源電弧噴涂、等離子噴涂、等離子噴焊氣體放電熱源熱噴涂概述中國石油大學（華東）線材火焰噴涂、棒材火焰噴涂、粉71熱噴涂概述中國石油大學（華東）（1）熱噴涂方法多：熱噴涂具體方法有十幾種，可以選擇合適的方法對零件進行熱噴涂。（2）熱噴涂材料種類廣泛：金屬及其合金、陶瓷、塑料、尼龍以及它們的復合材料等都可以作為噴涂材料。（3）機體材料使用范圍廣：幾乎所有的固體材料表面都可以熱噴涂，一般也不受零件尺寸及場地限制，既可以大面積噴涂，也可以進行局部噴涂。（4）基體材料受影響?。簢娡繒r可使集體控制在較低溫度，所以基體變形小、組織和性能變化小，保證了基體質(zhì)量基本不受影響。（5）涂層厚度可以控制：涂層厚度從幾十微米到幾微米，可以根據(jù)要求確定。（6）操作環(huán)境差：存在粉塵、煙霧和噪音等問題，因此需要加強防護措施。熱噴涂的特點熱噴涂概述中國石油大學（華東）（1）熱噴涂方法多：熱噴涂具體72熱噴涂概述中國石油大學（華東）

熱噴涂材料按其使用形式的不同可分為粉末材料和線絲材料兩大類，按使用功能和制造方式可分為非復合材料和復合材料；按組成成分可分為金屬及合金、自熔性合金、復合材料、陶瓷和有機塑料等幾種，目前熱噴涂材料已有60種以上的線材和200種以上的粉末。熱噴涂材料熱噴涂概述中國石油大學（華東）熱噴涂材料73熱噴涂概述中國石油大學（華東）熱噴涂線材

非復合噴涂線材是指只用含一種金屬或合金的材料制成的噴涂線材。這些線材是用普通的拉拔方法制造的，應(yīng)用最普遍的非復合線材有：鋁及鋁合金噴涂絲、鋅及鋅合金噴涂絲、銅及銅合金噴涂絲、錫及錫合金噴涂絲、鉛及鉛合金噴涂絲、鎳及鎳合金噴涂絲、銅噴涂絲及鐵合金噴涂絲。非復合噴涂線材概念：復合噴涂線材是把兩種或兩種以上的材料復合而制成的噴涂線材，復合噴涂線材中大部分是增效復合噴涂線材。復合噴涂線材熱噴涂概述中國石油大學（華東）熱噴涂線材非復合噴涂線材74熱噴涂概述中國石油大學（華東）熱噴涂線材常用的復合方法：絲-絲復合、絲-管復合、粉-管復合、粉-皮壓結(jié)復合及粉-粘合劑復合。常用的放熱型噴涂復合線材：Ni-Al噴涂絲，Al-Cr,Al-Nb,Al-Ta,Al-B,Al-Ni-WC,NiCr-Al,Al-Ni-Al2O3,Al-Ni-SiC等線材。一步法噴涂絲：利用組元的放熱反應(yīng)，再加入其它強化組可制成自結(jié)合一步法噴涂絲，這類復合絲有不銹鋼-Ni/Al絲，Ni-Al-Mo絲，Cu-Al絲等。復合噴涂線材熱噴涂概述中國石油大學（華東）熱噴涂線材75熱噴涂概述中國石油大學（華東）非復合型熱噴涂粉末種類：主要是Ni基、Fe基、Co基及Cu基合金粉末，自熔合金粉末在熱噴涂中得到了廣泛的應(yīng)用。制造方法：機械破碎法、元素組合法、霧化法等，最常用的是霧化法。

陶瓷粉主要是指氧化物、氮化物、硼化物、碳化物和硅化物粉。常用的陶瓷粉有Al2O3，ZrO2，TiO2，WC，Cr3C2。

金屬及合金粉末陶瓷粉熱噴涂概述中國石油大學（華東）非復合型熱噴涂粉末金屬及合金76熱噴涂概述中國石油大學（華東）非復合型熱噴涂粉末

把金屬、合金、陶瓷噴涂粉以不同的比例相互混合起來，可得到各種混合粉。其中金屬或合金與陶瓷組成的混合粉也稱為金屬陶瓷粉。這些混合粉雖然配制方便，但由于被混合粉末的密度等物理性能的差異，這種混合粉很難均勻，容易造成涂層偏析，使用效果不好。

熱塑性樹脂粉末材料:聚乙烯粉、尼龍粉及EVA樹脂；

熱固性樹脂粉末材料:環(huán)氧樹脂粉末?；旌戏鄹呔畚锓蹮釃娡扛攀鲋袊痛髮W（華東）非復合型熱噴涂粉末混合粉高聚77熱噴涂概述中國石油大學（華東）復合型熱噴涂粉末1．包覆型粉末（CladPowder）：由一種或幾種成分作為外殼，均勻連續(xù)或星點間斷地包覆由一種或幾種成分組成的核心的粉體。1）制造方式：氣相沉積法和液相沉積法；2）類型：Ni/Al，Al/Ni，Ni/石墨，Ni/硅藻土，Ni/MoS2，Ni/Al2O3，Ni/WC，Ni/Cr3C2，Ni/Cu，Ni/Cr，Ni/Cr2O3，Ni/尼龍，Ni/聚四氟乙烯，Co/WC，Cu/石墨，Cu/Cr，NiCu/Cr3C2。2．組合型粉末(CombinationPowder)：把幾種金屬粉末、合金粉末、陶瓷粉末等按不同比例混合起來，使之成為一種成分均勻、不產(chǎn)生偏析的混合物。1）制造方式：熱擴散法、共還原法、燒結(jié)破碎法、混合團聚法。其中廣泛應(yīng)用的是混合團聚法；2）類型：Ni-Cr-Al，AlSi-聚苯酯，Ni/Al，Co/WC，NiCr/Cr2O3，NiCr-Al，Al-Mo-不銹鋼及Al-Mo-合金鋼等粉末。熱噴涂概述中國石油大學（華東）復合型熱噴涂粉末1．包覆型粉78表面科學與技術(shù)中國石油大學（華東）熱噴涂概述熱噴涂常見的熱噴涂方法熱噴涂的性能測試與質(zhì)量檢驗熱噴涂工藝過程表面科學與技術(shù)中國石油大學（華東）熱噴涂概述熱噴涂常見的熱噴79常見的熱噴涂方法中國石油大學（華東）

線材火焰噴涂基本原理:如圖所示，噴槍通過氣閥分別引入乙炔、氧氣和壓縮空氣，乙炔和氧氣混合后在噴咀出口處燃燒，不斷送進的絲材被氧-乙炔火焰加熱熔化，然后，由通過氣帽的壓縮空氣將其霧化成粒子，并被噴射到基體表面形成涂層。1-涂層；2-燃燒火焰；3-空氣帽；4-氣體噴嘴；5-線材或棒材；6-氧氣；7-乙炔；8-壓縮空氣；9-噴涂射流；10-基體常見的熱噴涂方法中國石油大學（華東）線材火焰噴涂80常見的熱噴涂方法中國石油大學（華東）

線材火焰噴涂的涂層特性1)涂層結(jié)構(gòu)為明顯的層狀結(jié)構(gòu);2)涂層中含有明顯的氣孔和氧化物夾渣;3)涂層結(jié)合強度為10~30MPa;4)涂層氣孔隙為10~15%。常見的熱噴涂方法中國石油大學（華東）線材火焰噴涂的涂層特性81常見的熱噴涂方法中國石油大學（華東）

線材火焰噴涂設(shè)備的組成線材火焰噴涂典型裝置示意圖1-燃料氣；2-氧氣；3-氣體流量計；4-壓縮空氣；5-空氣過濾器；6-空氣控制器；7-線材控制裝置；8-線材噴槍常見的熱噴涂方法中國石油大學（華東）線材火焰噴涂設(shè)備的組成82常見的熱噴涂方法中國石油大學（華東）

線材火焰噴涂設(shè)備的組成氧氣及乙炔供給系統(tǒng)：由氣源、壓力及流量調(diào)節(jié)裝置，回火防止管及輸氧管道等組成；壓縮空氣供給系統(tǒng)：由空氣壓縮機和空氣凈化裝置（冷凝器和油水分離器組成）構(gòu)成；線材盤架；氣噴槍：它主要由機動部分、混合頭部分及手柄部分組成，國產(chǎn)SQP-1型氣噴槍分高速、中速兩種規(guī)格，前者用噴涂鎂、鋁等低熔點金屬，后者用于噴涂鉬、鋼等高熔點金屬。常見的熱噴涂方法中國石油大學（華東）線材火焰噴涂設(shè)備的組成83常見的熱噴涂方法中國石油大學（華東）

線材火焰噴涂的特點及應(yīng)用（1）噴涂方法簡便，設(shè)備簡單；（2）火焰溫度低，氣流速度不高，因而顆粒打擊力小，涂層致密度較差；（3）涂層中含有一定量的氧化物。（1）目前國內(nèi)大多用于制備鋅、鋁長效防護涂層；（2）不銹鋼、鎳鉻及有色金屬防腐涂層；（3）碳鋼、鉻鋼恢復尺寸涂層以及耐磨涂層等。特點應(yīng)用常見的熱噴涂方法中國石油大學（華東）線材火焰噴涂的特點及應(yīng)84常見的熱噴涂方法中國石油大學（華東）

粉末火焰噴涂1-氧、乙炔混合氣；2-送粉氣；3-噴涂粉末；4-噴嘴；5-火焰；6-涂層；7-基體基本原理:如圖所示，噴槍通過氣閥分別引入燃料氣（主要采用乙炔）和氧氣，經(jīng)混合后從噴咀噴出，產(chǎn)生燃燒火焰。合金粉末在高速氧氣流的帶動下由噴嘴射出，穿過燃燒火焰時被加熱到熔化或半熔化狀態(tài)，并高速撞擊在已預處理的基體表面上，沉積為噴涂層。常見的熱噴涂方法中國石油大學（華東）粉末火焰噴涂1-氧、乙85常見的熱噴涂方法中國石油大學（華東）

粉末火焰噴涂涂層的特征1）涂層中含有一定量的氧化物及氣孔，并有少量變形不充分的顆粒；

2）涂層結(jié)合強度10-30MPa；

3）涂層80-95%常見的熱噴涂方法中國石油大學（華東）粉末火焰噴涂涂層的特征86常見的熱噴涂方法中國石油大學（華東）

粉末火焰噴涂設(shè)備的組成1）粉末火焰噴涂的典型設(shè)備主要由氧氣及乙炔供給系統(tǒng)和噴槍組成，粉末可以裝在與噴槍構(gòu)成一體的粉斗內(nèi)，也可由送粉器通過管道送入。2）目前國內(nèi)常用的火焰噴涂槍有：SPH-E型兩用槍、SPH-E2000型噴涂槍、Cp-1000型亞音速噴涂槍、Cp-3000型亞音速噴涂槍。常見的熱噴涂方法中國石油大學（華東）粉末火焰噴涂設(shè)備的組成87常見的熱噴涂方法中國石油大學（華東）

粉末火焰噴涂的特點及應(yīng)用（1）設(shè)備簡單、輕便、初投資少，操作工藝簡單，現(xiàn)場施工方便；（2）適于機械零部件的局部修復和強化，成本低，耗時少，效益高；（3）可以噴涂純金屬粉、合金、陶瓷、金屬陶瓷和復合粉末等多種材料；（4）涂層孔隙率較高。粉末火焰噴涂廣泛用于機械部件和化工容器、輥筒表面制備耐蝕、耐磨涂層。對噴槍噴咀部分作適當變動后，可用于噴涂塑料粉末。特點應(yīng)用常見的熱噴涂方法中國石油大學（華東）粉末火焰噴涂的特點及應(yīng)88常見的熱噴涂方法中國石油大學（華東）等離子弧噴涂基本原理:等離子噴涂原理如圖所示，在陰極和陽極（噴咀）之間產(chǎn)生一直流電弧。該電弧把導入的工作氣體加熱電離成高溫等離子體并從噴咀噴出形成等離子焰。粉末由送粉氣體送入等離子射流后被熔化、加速、噴射到以預處理的基體材料表面形成涂層。

1-噴涂粉末；2-工作氣；3-陰極；4-陽極；5-等離子射流；6-基體；7-噴涂層;常見的熱噴涂方法中國石油大學（華東）等離子弧噴涂基本原理:89常見的熱噴涂方法中國石油大學（華東）等離子弧噴涂涂層的特性1）組織結(jié)構(gòu)為細晶的層狀結(jié)構(gòu)，含一些球狀組織，存在細小彌散物；2）等離子弧溫度高，能量集中，焰流速度高；3）噴涂層組織細密，氧化物夾渣和氣孔率都低，氣孔率可控制到2-5%；4）涂層與基體的結(jié)合及粒子之間的結(jié)合除以機械結(jié)合為主外，可以產(chǎn)生微區(qū)冶金結(jié)合和物理結(jié)合；結(jié)合強度可達35-70MPa。常見的熱噴涂方法中國石油大學（華東）等離子弧噴涂涂層的特性190常見的熱噴涂方法中國石油大學（華東）等離子弧噴涂設(shè)備的組成常見的熱噴涂方法中國石油大學（華東）等離子弧噴涂設(shè)備的組成91常見的熱噴涂方法中國石油大學（華東）等離子弧噴涂設(shè)備的組成1）噴槍：噴槍實際上是一個非轉(zhuǎn)移型等離子弧發(fā)生器，是最關(guān)鍵的部件，它集整個系統(tǒng)的電氣、粉、水于一體，主要由陰極、噴咀（陽極）、進氣道與氣室、送粉道、水冷密封與絕緣以及槍體所組成。2）送粉器：送粉器是用來貯存噴涂粉末和按工藝要求向噴槍輸送粉末的一種裝置，主要有自重式送粉器、刮板式送粉器、霧化式送粉器、電磁振動式送粉器、鼓輪式送粉器等。3）整流電源：等離子噴涂采用的整流電源有飽和電抗器式或硅整流電源、可控硅型電源、直流發(fā)動機電源。4）供氣系統(tǒng)。5）水冷系統(tǒng)及控制系統(tǒng)。常見的熱噴涂方法中國石油大學（華東）等離子弧噴涂設(shè)備的組成192常見的熱噴涂方法中國石油大學（華東）等離子弧噴涂的特點及應(yīng)用（1）噴涂材料范圍廣：制備難熔金屬、陶瓷、金屬陶瓷復合材料涂層及其它特殊功能涂層；（2）涂層結(jié)合強度高，氣孔率低；（3）惰性氣體等離子射流有保護氣氛，加氫的射流有還原氣氛，避免或減少了噴涂粒子的氧化；（4）設(shè)備昂貴，一次性投資大。主要用于制備質(zhì)量要求高的耐蝕、耐磨、隔熱、絕緣、抗高溫和特殊功能涂層。特點應(yīng)用常見的熱噴涂方法中國石油大學（華東）等離子弧噴涂的特點及應(yīng)用93常見的熱噴涂方法中國石油大學（華東）電弧噴涂基本原理:電弧噴涂是將兩根被噴涂的金屬絲作為自耗性電極，利用其端面產(chǎn)生的電弧作熱源來熔化金屬絲材，用壓縮空氣進行霧化的熱噴涂方法，噴涂原理如圖所示。1-直流電源；2-金屬絲；3-送絲滾輪；4-導電塊；5-導電嘴；6-空氣噴嘴；7-電??；8-噴涂射流；9-涂層；10-基體常見的熱噴涂方法中國石油大學（華東）電弧噴涂基本原理:電弧94常見的熱噴涂方法中國石油大學（華東）電弧噴涂涂層的特性1)涂層為典型的層狀組織結(jié)構(gòu)，但組織結(jié)構(gòu)較粗大，并且大小不均；2)結(jié)合強度較高：由于熔粒溫度高，粒子變形量大，而提高了涂層的結(jié)合強度；3)元素含量減少：涂層中C及合金元素的燒損量大，因而涂層硬度降低；常見的熱噴涂方法中國石油大學（華東）電弧噴涂涂層的特性1)95常見的熱噴涂方法中國石油大學（華東）電弧噴涂設(shè)備的組成1）整流電源：電弧外特性應(yīng)是平特性或略帶上升的外特性，動特性應(yīng)有足夠大的電流上升速率；為適應(yīng)不同材料噴涂的需要，電源上要求有輸出電壓調(diào)節(jié)裝置。2）控制裝置；3）噴槍：a.在噴槍中由導電咀、空氣噴咀、絕緣塊和弧光罩等組成的霧化頭是噴槍的關(guān)鍵部分；b.按驅(qū)動金屬絲的動力源分為：電動式、空氣馬達式及氣動蝸輪式;按推動金屬絲的方式不同分為：推式、拉式及推拉式4）金屬絲盤架或送絲裝置；5）壓縮空氣供給系統(tǒng)等組成。常見的熱噴涂方法中國石油大學（華東）電弧噴涂設(shè)備的組成1）整96常見的熱噴涂方法中國石油大學（華東）電弧噴涂的特點1)熱效率高：熱能利用率高達60-70%；火焰噴涂熱能利用率為5-15%；等離子噴涂為12%左右；2)生產(chǎn)率高：一般為火焰噴涂的3倍以上，如電流為300A時，鋼材噴涂速率15kg/h；3)噴涂成本低：電弧噴涂的施工成本比火焰噴涂要降低30%以上；4)結(jié)合強度高：粒子溫度高、動能大→結(jié)合強度一般要比火焰噴涂高50%以上；5)可以方便地制備假合金涂層：銅-鋼假合金涂層就具有良好的耐磨、減磨和導熱性能。常見的熱噴涂方法中國石油大學（華東）電弧噴涂的特點1)97常見的熱噴涂方法中國石油大學（華東）電弧噴涂的應(yīng)用1)鋼鐵構(gòu)件上制備Zn、Al長效防護涂層；2)鋼鐵噴鋁，通過產(chǎn)生滲鋁層，制備抗高溫氧化涂層，工作溫度可達870℃；3)在鋼鐵件上噴涂不銹鋼或其它耐磨金屬，用于耐磨蝕防護；4)噴涂碳鋼、鉻鋼、青銅、巴氏合金等材料，用于修復零件已磨損或尺寸超差的部位；5)在電容器上噴涂導電涂層，在塑料制品上噴涂屏蔽涂層等。常見的熱噴涂方法中國石油大學（華東）電弧噴涂的應(yīng)用1)98常見的熱噴涂方法中國石油大學（華東）爆炸噴涂基本原理:將一定比例和流量的乙炔和氧氣引入內(nèi)徑為25mm的水冷槍筒內(nèi)，與同時引入的噴涂粉末混合，通過火花塞瞬間引爆，槍筒內(nèi)的溫度突然上升到3300℃以上,氣體燃燒的速度超過音速的十倍，形成沖擊波,爆炸的熱能將噴涂粉末加熱到熔融或半熔融狀態(tài)，并使熔粒加速到2倍音速噴出，撞擊到基體表面形成涂層，此后將氮氣引入槍筒內(nèi)置換，直到下一個爆炸過程開始，噴涂頻率可達每秒4~8次。1-氮氣；2-粉末；3-火花塞；4-噴涂射流；5-涂層；6-基體；7-氧氣；8-乙炔常見的熱噴涂方法中國石油大學（華東）爆炸噴涂基本原理:將一99常見的熱噴涂方法中國石油大學（華東）爆炸噴涂的特點及應(yīng)用（1）涂層結(jié)合強度高：它與基材的結(jié)合力比等離子噴涂高，尤其是WC-Co涂層比等離子噴涂高2倍以上；（2）涂層硬度高：噴涂WC-Co涂層的斷面硬度比等離子噴涂高50%以上；（3）氣孔率低：噴涂WC-Co涂層氣孔率一般只有0.5%；（4）目前爆炸噴涂主要用于制備優(yōu)質(zhì)耐磨涂層。常見的熱噴涂方法中國石油大學（華東）爆炸噴涂的特點及應(yīng)用（1100常見的熱噴涂方法中國石油大學（華東）超音速火焰噴涂

基本原理:Jet-Kote超音速粉末火焰槍原理如圖所示。燃料氣體（氫氣、丙烷、丙烯或MAPP）和助燃劑（O2)以一定的比例導入燃燒室內(nèi)混合，爆炸式燃燒，高溫燃氣經(jīng)燃燒室上部燃燒頭內(nèi)的四根傾斜噴管進入銅噴咀，粉末由送粉氣（Ar或N2）定量沿燃燒頭內(nèi)碳化鎢中心套管送入高溫燃氣中，由高溫高速燃氣帶出噴咀，高速噴射到工件上形成涂層，整個噴槍由循環(huán)水冷卻。目前超音速噴涂發(fā)展很快，新發(fā)展的噴槍不僅在結(jié)構(gòu)上不同于Jet-Kote，而且可以使用液體燃料（如：煤油,JP-5000、JP-8000）和壓縮空氣助燃劑(HVAF)，大大降低了涂層的制造成本。常見的熱噴涂方法中國石油大學（華東）超音速火焰噴涂101常見的熱噴涂方法中國石油大學（華東）超音速火焰噴涂1-粉末及送粉氣；2-冷卻水；3-冷卻水；4-氧氣；5-燃料氣；

常見的熱噴涂方法中國石油大學（華東）超音速火焰噴涂1-粉末及102常見的熱噴涂方法中國石油大學（華東）超音速火焰噴涂的特點及應(yīng)用（1）火焰及噴涂粒子速度極高：燃氣流速可達1500-2000m/s，粉粒撞擊到工件表面的速度為550~800m/s；（2）粉粒在火焰中加熱時間長：噴涂粉末以中心軸式方法供給，這種供粉方式使粉末在火焰中停留時間長，能均勻地受熱熔融，產(chǎn)生集中的噴射束流；（3）熔粒與周圍大氣接觸時間短：這可避免碳化物材料分解和脫碳；（4）噴涂粉末細微，涂層光滑：粉末粒度為5-45μm，可獲得表面光滑的涂層；（5）涂層致密，結(jié)合強度高：涂層的孔隙率可小于0.1%，結(jié)合力可大于100N/mm2；（6）氣體耗量大、噴涂噪聲大：目前噴槍所消耗的氣體遠大于一般火焰噴涂；（7）被廣泛使用來制備碳化物（WC-Co、NiCr-Cr3C2）涂層和耐蝕涂層。常見的熱噴涂方法中國石油大學（華東）超音速火焰噴涂的特點及應(yīng)103表面科學與技術(shù)中國石油大學（華東）熱噴涂概述熱噴涂常見的熱噴涂方法熱噴涂的性能測試與質(zhì)量檢驗熱噴涂工藝過程表面科學與技術(shù)中國石油大學（華東）熱噴涂概述熱噴涂常見的熱噴104熱噴涂工藝過程中國石油大學（華東）噴涂工藝表面預處理涂層后處理預熱噴涂熱噴涂工藝過程中國石油大學（華東）噴涂工藝表面涂層預熱噴涂105熱噴涂工藝過程中國石油大學（華東）（1）溶劑清洗法:常用的溶劑有汽油、煤油、柴油、丙酮、酒精、三氯乙烯、四氯化碳等。清洗的方法有浸泡和擦刷法、噴淋脫脂法。（2）蒸氣清洗法：常用的溶劑一般為三氯乙烯、四氯化碳等。（3）堿洗法：堿洗法是將工件表面放到氫氧化鈉或碳酸鈉等堿性溶液中，待工件表面的油脂溶解后，再用水沖洗干凈。（4）加熱脫脂法：將疏松工件表面加熱到250~450℃的溫度，使油脂滲出表面，揮發(fā)燒掉，然后再加以清除。表面預處理凈化處理凈化處理凈化處理凈化處理凈化處理熱噴涂工藝過程中國石油大學（華東）表面預處理凈化處理凈化處理106熱噴涂工藝過程中國石油大學（華東）表面預處理目的：（1）增加涂層和基材表面之間的接觸面;（2）使凈化處理的表面更加活化，提高涂層的結(jié)合強度;（3）改變涂層中殘余應(yīng)力的分布。方法：噴砂、機械加工法、電拉毛及噴涂自粘結(jié)材料作結(jié)合底層等。粗化處理熱噴涂工藝過程中國石油大學（華東）表面預處理粗化處理107熱噴涂工藝過程中國石油大學（華東）表面粗化處理目的：（1）

清除表面的污物;（2）使表面獲得一定的粗糙度;（3）能使工件表面產(chǎn)生殘余壓應(yīng)力，可提高工件表面的疲勞強度;（4）能使工件表面活化，有助于提高噴涂層的結(jié)合強度。常用的磨料及粒度:

剛玉砂、激冷鐵砂、帶棱角的鋼砂、碳化硅砂、金剛砂等。噴砂粗化時砂粒粒度多是將粗（20目左右）、細（40目左右）兩種砂?；旌鲜褂?。噴砂的方式：射吸式、壓力式、離心式三種。噴砂處理熱噴涂工藝過程中國石油大學（華東）表面粗化處理目的：噴砂處理108熱噴涂工藝過程中國石油大學（華東）表面粗化處理原理:采用機械切削和鑿、滾壓等方法對噴涂表面進行粗化預處理，多用于軸類零件。對于平面部件，也采用開槽處理。粗化方法:

車毛螺紋、車溝槽-滾花及平面開槽等，但對于承受疲勞載荷的軸類零件不宜采用車螺紋粗化。應(yīng)用：適用于可進行切削加工的鋼材和有色金屬基材。在需要制備較厚的涂層或需要適應(yīng)較苛刻的載荷條件時，采用先機械加工粗化，然后，再噴砂的方法能獲得良好的效果。機械加工法熱噴涂工藝過程中國石油大學（華東）表面粗化處理原理:機械加109熱噴涂工藝過程中國石油大學（華東）表面粗化處理原理:電拉毛是采用鎳條作電極接在電源