第八章 热喷涂技术.ppt

热喷涂技术 第一节:概述 一.热喷涂技术及其特点 热喷涂技术包括热喷涂和热喷焊两种工艺方法. 热喷涂是利用热源,将喷涂材料加热至熔融状态,通过高速气流使其雾化,喷射到工件表面,形成涂层的加工方法. 热喷焊是在喷涂过程中或喷涂后,加热喷涂层,使其熔化并润湿工件表面,通过涂层与基体的互熔和扩散,形成与基体具有冶金结合的喷焊层的加工方法. 热喷涂技术的特点:(优点) ⑴喷涂材料异常广泛,几乎包括所有固体材料. ⑵几乎能在任何材料上进行喷涂. ⑶涂层厚度可从几十微米到几毫米. ⑷喷涂时零件温度可小于300°C,零件不会产生变形和组织变化,但喷焊时零件温度达900°C以上. ⑸热喷涂工艺灵活,适应性强,不受工件尺寸的限制. ⑹热喷涂生产效率较高,且效果好.恢复尺寸,改善性能,延长寿命. 缺点:1:喷涂层与基体结合强度不太高且存在孔隙 2:喷焊件存在变形问题 热喷涂技术分类及其特点: 二:喷涂层的结构和喷涂层与基体的结合机理 (一)喷涂层的结构 喷涂过程中,具有一定速度和温度的喷涂材料粒子到达工件表面时,喷涂粒子以一定的动能冲击工件表面,在产生碰撞的瞬间,粒子的动能转化为热能传给工件,并与工件的粗糙表面紧密接触产生变形,迅速冷凝收缩呈扁平状粘结在工件上.喷涂材料粒子连续不断地冲击,在粒子与工件表面和粒子与粒子之间就会相互交错地粘接在一起形成喷涂层.其示意图如下: 喷涂层的结构特点: ⑴喷涂层是由无数变形粒子相互交错堆叠在一起的层状结构 ⑵喷涂层中会出现氧化物夹杂.这是喷涂中,喷涂粒子与周围气体发生氧化作用. ⑶喷涂粒子和粒子之间会出现孔隙,涂层不致密.这是由于粒子的变形不充分或有未熔融的粒子冲击到工件表面的缘故. (二)喷涂层与基体的结合机理 1:机械结合 当熔融的金属粒子以一定的温度和速度撞击到经过净化和粗化处理的工件表面时,由于表面是凸凹不平的,此时,颗粒变形并填满基材表面纵横交错的沟槽.同时,颗粒冷凝收缩,与表面的凹凸处机械地紧紧咬合在一起,而形成“机械结合”,即所谓“抛锚效应”. 对工件表面进行粗化处理是提高涂层与基体结合强度的重要途径之一. 2:金属键结合当接触面上的原子达到原子晶格常数范围时,喷涂粒子的原子与基体的原子就会产生金属键结合力.产生金属键结合须具备两个条件:一是表面要异常干净;二是原子之间的距离必须在晶格常数以内.提高工件表面的清洁度和活性(如喷砂处理);粒子的飞行速度可提高金属键的结合力. 3:微扩散结合 由于喷涂粒子与基体接触时产生的冲撞变形,高温等条件,在接触面上有可能出现微小的扩散.如在钢材表面喷涂镍-铝复合粉未时,在接合处有几个毫米的镍-铝-铁的结合层.这种扩散有助于提高涂层与基体的结合强度. 4:显微冶金结合 当喷涂放热型复合粉时,由于在接触面上的温度很高,有可能使工件局部熔化,而产生局部的微焊接. 目前使用的放热型粉未能使颗粒之间及颗粒与基体之间都产生显微冶金结合,不仅能提高涂层与基体的结合强度,也可提高涂层的自身强度. 因前处理时净化和粗化的程度的不同,各种喷涂方法对粒子的加热温度和加速程度的不同,再加上各种材料自身性能的差异,以上各种结合形式有时以一种形式出现,有时以多种形式同时发挥作用. 三:喷涂和喷焊的区别 ⑴工件受热情况不同.喷涂的工件表面温度始终不超过300°C,一般不会改变工件的原始组织和产生变形.喷焊时的工件表面温度可达900°C以上,工件可能产生退火及变形. ⑵与基体的结合状态不同.喷涂层与基体之间一般以机械结合为主,另外还可能形成其它结合,结合强度一般为30~50兆帕.喷焊是通过喷涂层熔化与基体形成冶金结合.结合强度一般为300~400兆帕. ⑶喷焊材料一般是自熔合金,而喷涂不限. ⑷喷焊层均匀致密,一般无孔隙,而喷涂层有孔隙. ⑸喷涂层一般适用于过盈配合部位或受冲击较小的场合;喷焊层则可承受较大的冲击载荷. ⑹喷涂工件一般不受限制,几乎可在任何材料零件上喷涂,甚至低熔点或易燃材料;而喷焊对工件有要求. 四:工件对热喷焊的适应性(或对工件的要求) ⑴基体材料的熔点要高于喷焊材料的熔点 ⑵基体材料的线膨胀系数与喷焊材料的线膨胀系数差别要小. ⑶基体材料在喷焊时应不易产生相变 ⑷基体材料中不应含有过多的与氧亲合力大的元素,如铝,锰,钒,钨,镁铜等 ⑸基体材料中含硫,氮,碳的量不应过高.否则易形成脆性的硫化镍,氮化硼或碳化硼,而使喷焊层形成裂纹或剥落. 目前国内外对喷焊适应性的各种金属基体材料的种类: ⑴无需特殊处理就可喷焊的材料. ⑵需预热250~375°C,喷焊后要缓冷的材料. ⑶喷焊后需等温退火的材料. ⑷不适合喷焊的材料. 第三节:氧-乙炔火焰喷涂 一:氧-乙炔火焰粉未喷涂的原理 它是以氧-乙炔火焰为热源,将喷涂材料粉未加热到熔融状