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1、第5章热喷涂技术一、热喷涂技术1技术原理与特点…………………….….22热喷涂工艺方法…………………….….83常用热喷涂材料……………………….134热喷涂技术应用例…………………….16二、热喷焊工艺与特点……………………….20三、堆焊工艺………………………………….26附录1粉末在热气流中熔化过程数学描述…..30附录2热喷涂过程影响因素………………….31附录3线材火焰喷涂原理示意图及装置……..32附录4/5热喷涂耐高温/功能涂层…………33/34附录6喷焊二步法操作示意图………………..35附录7几种堆焊工艺的稀释率……
2、…………..368/29/20211第5章热喷涂技术指利用热能(如氧－乙炔/电弧/等离子火焰)将具有特殊性能的涂料材料熔化后涂敷在工件B形成涂层的技术一、热喷涂技术1.技术原理与特点目的在于制造具有复合结构的机械零件和各类零件的修复热源将喷涂材料熔化或半熔化,然后用高速气体使涂层分散细化并高速撞击到基材B,冷却凝固后形成涂层1)原理撞击基材冷却凝固形成涂层加热熔化和加速8/29/202122)特点热喷涂工艺燃烧法电加热法火焰喷涂爆炸喷涂线材粉末超音速电弧喷涂等离子喷涂气稳低压感应水稳热喷涂工艺分类①可在各种基材上制备各类涂层③操作灵活
3、:可喷涂各种规格和形状的基材,特别是大面积涂层②基体T低:<200℃,变形小,热影响区浅基材:金属/陶瓷/工程塑料/玻璃/石膏/木材/布/纸涂层:金属/陶瓷/金属陶瓷/工程塑料④涂层厚度范围宽:几十微米～数毫米;容易控制,成本低☆局限性:热效率低/材料利用率低/涂层与基体结合强度较低8/29/20213☆若液滴过热,则其粘度过低,熔滴扩展后不会立即凝固,形成的薄膜边缘变厚,趋于破裂并收缩,凝固成小球状,不能与基材结合1.技术原理与特点(续3)3)涂层材料☆熔化后的液滴在较长时间保持液相并且不发生分解主要取决于加热熔化/喷涂速度/凝固三
4、方面①熔化:要求如下:☆形状和尺寸:线材－φ1~3mm,粉末－φ1~100μm4)涂层形成控制固体粉末在热气流中熔化成为液滴☆液滴在飞行过程中必须保持熔化状态,其存在的时间主要取决于焰流速度/火焰T和喷涂距离☆固体粉末变为液滴存在一临界尺寸,与粉末熔点有关②喷涂速度对高熔点氧化物:5～45μm；低熔点金属粉末45～160μm颗粒在飞行速度最大时动能最大,这时冲击基材形成的涂层结合力强③凝固:避免颗粒未熔和过热;基材B的T要与液滴的T相适应一般要求将喷嘴与工件的距离调整到最佳位置☆若部分未熔,则可能从基材反弹回来或包在涂层内,形成空洞或
5、’夹杂’即要求材料具有较宽的液相区间☆二者的T相差过大,凝固时会发生收缩/应力集中/孔隙过多等情况液滴从接触基材B到凝固的时间一般<1s8/29/20214降低涂层结合强度;但有些涂层允许存在部分氧化物夹杂◇但另一方面,孔隙可以储存润滑剂,提高涂层的隔热性能,减小内应力以及提高抗热震性能1.技术原理与特点(续4)5)涂层结构由大量扁平颗粒＋部分未熔球形颗粒＋夹杂(黑色细长物)＋孔隙(黑色)组成☆孔隙产生的原因图:等离子喷涂钼涂层微观结构6)热喷涂中的相变由于液滴氧化形成氧化膜或未熔颗粒产生①未熔颗粒冲击动能低②喷涂角度不同部分部位重叠
6、③凝固收缩和应力释放孔隙的影响:损害涂层耐蚀性,使B粗糙,降低其结合强度/硬度/耐磨性;由于熔滴尺寸很小,冷却速度可达106K/s,冷却后会形成非晶态/亚稳相夹杂未熔颗粒扁平颗粒孔隙夹杂的影响如含钼涂层中的氧化钼具有减摩作用;含钛涂层中的氧化钛具有耐磨作用☆在高温时这些非晶态/亚稳相会向稳定相转变或分解如α-Al2O3材料硬度高,耐磨性好;但等离子喷涂获得的是性能不同的γ-Al2O38/29/202151.技术原理与特点(续5)7)涂层应力涂层冷却→收缩图:涂层中的残余应力8)涂层结合强度涂层受拉应力涂层基体受压应力基材冷却结束涂层应
7、力过大裂开喷涂完毕涂层内有残余拉应力,与厚度成正比措施残余拉应力>涂层与基体结合强度→涂层破坏①限制涂层厚度<0.5mm②限用收缩性高的材料,如不锈钢③采用梯度过渡层缓和涂层应力涂层与基材的结合:机械结合＋微冶金结合基材机械咬合最先形成的薄片状颗粒与基材B凹凸不平处产生机械咬合,随后飞来的敷在先到的颗粒B,依次堆放局部焊合由于颗粒在撞击过程中释放出大量能量,引起局部扩散和焊合,产生微冶金结合(扩散厚度<0.5μm)结合强度≤70MPa8/29/20216☆封孔:采用封孔剂填充涂层内的孔隙;目的在于提高涂层的抗蚀能力/密封性/其它污染/
8、一些陶瓷涂层的绝缘性1.技术原理与特点(续6)9)涂层工艺流程与质量控制工艺流程预处理热喷涂后处理机加工清洗/粗化/粘结底层封孔/密实化☆清洗:清除所有B污垢,如氧化皮/油渍/油脂/油漆粗化:在B作沟槽/粗车削加工/喷砂
