表面处理技术概论 教学课件 作者 刘光明 主编第六章 热喷涂与堆焊.ppt

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1、第六章热喷涂与堆焊主要内容：热喷涂：热喷涂简介热喷涂工艺热喷涂材料热喷涂技术堆焊：堆焊技术简介氧-乙炔火焰堆焊手工电弧堆焊埋弧堆焊等离子堆焊电渣堆焊堆焊方法的选择第一节热喷涂热喷涂6.1.1热喷涂简介与应用影像资料热喷涂与生产：造纸烘缸喷涂耐磨涂层喷涂、烘缸喷涂、轴头尺寸修复江苏沭阳永盛硬面工艺材料热喷涂技术WCCoatingforSteelIndustry热喷涂技术WCCoatingforPaperIndustryRoll热喷涂加工热喷涂原理及特点原理：是使用各种方式的热源，使喷涂材料加热至熔融或半熔融状态，用高压气流将其雾化，并以一定速度喷射到经过预处理的零件表面，从而

2、形成涂层的表面加工技术。热喷涂涂层的形成：涂层材料经加热熔化和加速→撞击基体→冷却凝固→形成涂层将材料参数及有关变量，加热导率、熔化温度等，统一纳入到加热条件及气流功力学方程中，可得到以下不等式:式中:S为粉末在焰流中的运动距离；λ为平均边界层的热导率；ΔT为平均边界层的温度梯度；热喷涂V为平均焰流速度；µ为平均焰流粘度；L为粉末材料的熔化潜热；d为粉末的平均直径；P为粉末密度。涂层的结构：涂层由大小不一的扁平颗粒、未熔化的球形颗粒、夹杂和孔隙组成。热喷涂中的相变：喷涂过程中熔滴撞击基体冷却凝固形成涂层冷却后会形成非晶态或亚稳相，在高温环境下使用时，涂层的这些亚稳态结构会向

3、稳定相热喷涂转变，或发生分解，有些相变甚至会产生相变应力，导致深层破坏涂层应力：大部分涂层材料的冷却凝固伴随着收缩过程。当熔滴撞击基体并快速冷却、凝固时，涂层内部会产生拉应力而在基体表面产生压应力。喷涂完成后，在涂层内部存在残余拉应力，其大小与涂层厚度成正比。图6-4涂层中的残余应力热喷涂其结合机理：机械结合、微冶金结合、扩散结合、物理结合。一般来说，喷涂层与基材表面的结合以机械结合为主，某些情况下会产生微冶金结合、扩散结合、物理结合。热喷涂图层特点：采用热喷涂技术制备的各种涂层，具有许多独特的优点。主要有以下几点：①可在各种基体上制备各种材质的涂层;②可喷涂的材料范围广;

4、热喷涂③操作灵活④涂层厚度范围宽⑤对基体材料热影响小热喷涂技术的局限性主要体现在热效率低，材料利用率低、浪费大和涂层与基材结合强度较低三个方面。尽管如此，热喷涂技术仍然以其独特的优点获得了广泛的应用。涂层材料为了确保热喷涂层的工艺质量，对热喷涂用材料仍然有—定的要求：首先，热喷涂材料最好有较宽的液相区；其次．对喷涂材料的形状与尺小也有要求，一般喷涂用材料都必须是线材或粉末材料热喷涂6.1.2热喷涂工艺（1）火焰喷涂：火焰喷涂(FlameSpray)是对线材火焰喷涂(WireFlameSpray)和粉末火焰喷涂(powderFlameSpray)的统称。火焰喷涂一般通过氧—乙

5、炔气体燃烧提供热量加热熔化喷涂材料，通过压缩气体雾化并加速喷涂材料，随后在基体上沉积成涂层。根据喷涂材料的形式不同，火焰喷涂可分为线材火焰喷涂和粉末火焰喷涂。的原理示意图如图6—5所示。热喷涂图6-5线材火焰喷涂的原理示意图热喷涂一套完整的线材火焰喷涂装置如图6—6所示图6-6线材火焰喷涂设备示意图热喷涂粉末火焰喷涂与线材火焰喷涂的不同之处在于喷涂材料不是线材而是粉末，其原理示意图如图6—7所示，用少量气体将喷涂粉末输送到喷枪的喷嘴前端，通过燃气加热、熔化并加速喷涂到基体表面，在喷嘴前端加上空气帽，可以压缩燃烧焰流并提高喷涂速度。图6-7粉末火焰喷涂的原理示意图热喷涂线材火

6、焰喷涂比粉末火焰喷涂便宜，但选材范围要窄火焰喷涂的优势在于设备投资少，操作容易，设备可携带到现场施工。无电力要求，沉积效率高等，至今仍是喷涂纯钼涂层的最好选择。但是涂层氧含量较高，孔隙较多．涂层结合强度偏低，涂层质量不高。（2）电弧喷涂：电弧喷涂(ArcSpray)的原理示意图如图6—8所示，两根彼此绝缘并加有18—40V直流电压的线形电极，由送丝机构向前输送，当两极靠近时，在两线顶端产生电弧并使顶端熔化。同时吹入的压缩生气使熔融的液滴雾化并形成喷涂束流，沉积在工件表面。热喷涂图6-8电弧喷涂原理示意图电弧喷涂只能用于具有导电性能的金属线材，当前主要用于喷涂锌铝防腐蚀涂层、

7、不锈钢涂层、高铬钢涂层，用于大型零件的修复和表团强化。热喷涂（3）等离子喷涂：等离子喷涂使用非转移等离子弧作为热源的喷涂方法，喷涂所需要的压缩电弧靠等离子喷涂枪产生。粉末形式的喷涂材料由惰性气体携带注入射流后，射流将其加速、加热到熔化或半熔化状态，喷射到基体的表面。飞行的高温粒子因冲击变形以及随后的快速凝固和冷却，成为激冷薄片，粘附经过处理的基体表面上。这些激冷薄片（又称扁平化粒子）的不断堆积形成了层状结构涂层。等离子喷涂原理如图6-9所示。热喷涂在直流等离子弧喷涂枪体中，水冷喷嘴的机械压缩、热压缩以及自磁压缩效应