表面涂敷技术解读.ppt

第五章 表面涂敷技术 涂料与涂装 粘结与粘涂 堆焊 热喷涂 电火花表面涂敷 熔结 热浸镀 搪瓷涂敷 陶瓷涂敷 陶瓷涂层 塑料涂敷 热喷涂 热喷涂技术是采用气体、液体燃料或电弧、等离子弧、激光等作热源， 使金属、合金、金属陶瓷、氧化物、碳化物、塑料以及它们的复合材料等喷涂材料加热到熔融或半熔融状态， 通过高速气流使其雾化，然后喷射、沉积到经过预处理的工件表面，从而形成附着牢固的表面层的加工方法。 将喷涂层再加热重熔，则产生冶金结合。这种方法称为热喷涂方法。 热喷涂特性 热喷涂能达到各种性能目的： 耐磨性、耐热性、耐腐蚀、抗氧化和润滑等。 适用材料广： 金属、合金、陶瓷、水泥、塑料、石膏、木材等。 喷涂层厚度达0.5-5mm，而且对基体材料的组织和性能影响很小。 一、热喷涂原理 1．喷涂涂层形成过程和涂层形成原理 2．涂层结构 涂层的结构 涂层是层状结构，是一层一层堆积而成 . 涂层的性能具有方向性，垂直和平行涂层方向上的性能是不一致的。 部分孔隙或空洞，其孔隙率一般在4％－20％之间。涂层中伴有氧化物和夹杂。 涂层经适当处理后，结构会发生变化。 3．涂层结合机理 涂层的结合包括涂层与基体表面的结合和涂层内部的结合。 结合力：涂层与基体表面的结合强度。 内聚力：涂层内部的结合强度。 涂层结合机理 （1）机械结合。 碰撞成扁平状并随基体表面起伏的颗粒，由于和凹凸不平的表面互相嵌合，形成机械钉扎而结合。 一般说来，涂层与基体表面的结合以机械结合为主。 （2）冶金---化学结合。 这是当涂层和基体表面出现扩散和合金化时的一种结合类型，包括在结合面上生成金属间化合物或固溶体。 当喷涂后进行重熔即喷焊时，喷焊层与基体的结合主要是冶金结合。 （3）物理结合。 颗粒对基体表面的结合，是由范德华力或次价键形成的结合。 4．涂层残余应力 当熔融颗粒碰撞基体表面时，在产生变形的同时受到激冷而凝固，从而产生微观收缩应力，涂层的外层受拉应力； 基体，有时也包括涂层的内层则产生压应力。 涂层中的这种残余应力是由喷涂热条件及喷涂材料与基体材料物理性质的差异所造成的，它影响涂层质量，限制涂层的厚度。工艺上要采取措施以消除和减少涂层残余应力。 二、热喷涂的种类和特点 1．热喷涂种类 按涂层加热和结合方式，热喷涂有喷涂和喷熔两种。 热喷涂：基体不熔化，涂层与基体形成机械结合； 喷熔：是涂层经再加热重熔，涂层与基体互溶并扩散形成冶金结合。它们与堆焊的根本区别都在于母材基体不熔化或极少溶化。 热喷涂技术按照加热喷涂材料的热源种类分为： 火焰喷涂、 电弧喷涂、 高频喷涂、 等离子弧喷涂（超音速喷涂）、 爆炸喷涂、 激光喷涂和重熔、 电子束喷涂。 2．热喷涂特点 （l）适用范围广。 涂层材料可以是金属和非金属（如聚乙烯、尼龙等塑料，氧化物、氮化硅、氨化硼等陶瓷）以及复合材料。 被喷涂工件也可以是金属和非金属（如木材）。 用复合粉末喷成的复合涂层可以把金属和塑料或陶瓷结合起来，获得良好的综合性能。其他方法难以达到。 （2）工艺灵活 施工对象小到10mm内孔，大到铁塔、桥梁等大型结构。 喷涂既可在整体表面上进行，也可在指定区域内涂敷， 既可在真空或控制气氛中喷涂活性材料，也可在野外现场作业。 （3）喷涂层的厚度可调范围大 涂层厚度可从几十微米到几毫米，表面光滑，加工量少。用特细粉末喷涂时，不加研磨即可使用。 （4）工件受热程度可以控制 除喷熔外，热喷涂是一种冷工艺. 例如氧--乙炔焰喷涂、等离子喷涂或爆炸喷涂，工件受热程度均不超过250℃，工件不会发生畸变，不改变工件的金相组织。 （5）生产率高 大多数工艺方法的生产率可达到每小时喷涂数千克喷涂材料，有些工艺方法可高达50kg／h以上。 三、热喷涂预处理 是喷涂工艺中一个重要工序 为了提高涂层与基体表面的结合强度，在喷涂前，对基体表面进行清洗、脱脂和表面粗糙化等预处理，是喷涂工艺中一个重要工序。 1．基体表面的清洗、脱脂 （l）碱洗法。碱洗法是将基体表面放到氢氧化钠或碳酸钠等碱性溶液中，待基体表面的油脂溶解后，再用水冲洗干净。 （2）溶液洗涤法。溶液洗涤法是采用挥发性溶液，如雨酮、汽油、三氯乙烯和过氯乙烷乙烯等，它们的主要作用是把基体表面的矿物油溶解掉，再加以清除。 （3）蒸气清洗法。 蒸气清洗法是采用三氯乙烯蒸气进行清洗，尽管这种方法的清洗效果很好，但是对人体有一定的危害。 （4）对疏松表面的清洗、脱脂 对疏松表面（如铸铁件）的清洗、脱脂是比较困难的。 尽管油脂不在工件表面，但在喷涂时，由于基体表面的温度升高，疏松孔中的油脂就会渗透到基体表面，对涂