材料成形技术介绍基础 第8章 表面成形及强化技术介绍.ppt

第八章 表面成形及强化技术 一、热喷涂技术 1.热喷涂方法分类： §8-1 表面涂层技术 热喷涂 火焰喷涂 等离子喷涂 电弧喷涂 其它喷涂方法 粉末火焰喷涂 线材火焰喷涂 爆炸火焰喷涂 超音速火焰喷涂 大气等离子喷涂 低气压等离子喷涂 高频等离子喷涂 水稳等离子喷涂 激光喷涂 线爆喷涂 2.火焰喷涂 （1）线材火焰喷涂：将线材（或棒材）从喷涂枪中心孔送出，并使线材（或-棒材）端部进入氧－燃气火焰熔化，周围的压缩空气流（雾化气）将熔化的金属微粒化，并喷射到基材表面沉淀为涂层 §8-1 表面涂层技术 线材火焰喷涂原理示意 §8-1 表面涂层技术 （2）粉末气体火焰喷涂：粉末材料由送料罐内自然落下而进入，或由自动送给粉末装置将粉末送入喷枪内部的气流中，随气流从喷嘴端部的燃烧火焰喷出，在飞行中加热和加速，成为熔融粒子，高速地撞击到基体表面上成为扁平状粒子，形成所需涂层 （3）超音速火焰喷涂：当一定压力的氧气与气体燃料在燃烧室内燃烧产生的压力使得燃气流在喷枪出口处的排泄达到阻塞条件时，从出口处排出的火焰流可达到超音速 粉末气体火焰喷涂原理示意 超音速火焰喷涂枪原理示意 3.等离子弧喷涂 将粉末送进高温、高速等离子弧中加热熔化并使其高速撞击于基体表面形成涂层 4.电弧喷涂 送入喷枪的两根喷涂用线材彼此绝缘，在喷枪端部分别接直流电源的正、负极，两根线材在喷嘴端部形成电弧。利用电弧热熔化线材，通过高压气体或压缩空气雾化成小颗粒并加速使其向基体表面喷去，在表面形成涂层 §8-1 表面涂层技术 等离子弧喷涂原理示意 电弧喷涂原理示意 1-直流电源，2-金属丝，3-送丝滚轮，4-导电块，5-导电嘴，6-空气喷嘴，7-电弧，8-喷涂射流 二、涂层结合机理、结构特点及喷涂材料 1.热喷涂层与基体结合机理 ●机械结合 ●金属键结合 ●微扩散结合 ●微熔合 §8-1 表面涂层技术 2.涂层结构特点 涂层平行和垂直于表面的两个方向性能不一致，表现为涂层结构不均匀性 涂层是由撞击基体表面的熔融粒子堆积而成，因此必然会存在许多没有完全填满的部位，表现为涂层的多孔性 一般情况下（低压等离子喷涂和惰性气体中喷涂除外），熔融颗粒表面都覆盖有氧化膜，因此涂层中含有大量氧化膜，表现为涂层化学不均匀性 由于熔融粒子的快速冷却和收缩，会产生内应力，表现为涂层中存在有较大内应力 3.热喷涂材料 自熔合金：含有一定量B、Si的镍基、铁基、钴基和铜基合金，为了提高涂层性能，除了B、Si外还有Cr、C等元素 陶瓷材料：Al2O3、TiO2、Cr2O3、ZrO2等氧化物为最常用的一类陶瓷喷涂材料。ZrO2主要用作热障涂层，其他的常用于耐磨损零件 金属陶瓷：碳化物由于高温稳定性差，一般用金属作粘接剂制成金属陶瓷粉末 自粘结喷涂粉末：常用的自粘结性粉末有Ni-Al和NiCr-Al复合粉末这种复合粉末常采用包覆形式 §8-1 表面涂层技术 §8-1 表面涂层技术 2.化学镀： 又称为无电解镀。是采用某种还原剂，把溶液中的金属离子还原为金属，沉积在经过处理，具有催化活性的金属或非金属基体表面 通过化学镀可镀的金属有Ni、Co、Pt、Cu、Ag、Au等金属及其合金 3.堆焊：堆焊是用焊接方法在零件表面堆敷一层金属的工艺过程，其目的不是为了连接零件，而是为了使零件获得具有耐磨、耐热、耐蚀等特殊性能的熔敷金属材料，或是为了恢复或增加零件的尺寸 四、表面沉积 1.物理气相沉积： 真空蒸镀：真空蒸镀常在1×10-2~2×10-4Pa的真空度下进行，加热置于坩锅内的材料，使其蒸发（或升华），产生的蒸气原子（或分子）向周围运动，当碰到温度较低的基体时，将凝结在基体表面形成镀膜 §8-1 表面涂层技术 真空蒸镀原理示意 溅射镀膜：利用辉光放电或离子源产生的包括正离子 在的荷能离子轰击靶材时，通过粒子动能传递打出靶材中的原子及其它粒子，即为溅射过程，使溅射出来的原子或其他粒子沉积凝集在基体表面形成薄膜的方法 离子镀（IP）：通过蒸发源，在真空条件下使金属或合金蒸发，利用某些惰性气体的辉光放电使气化的物质离子化，离子在高电压电场的作用下加速向工件（阴极）运动，在工件表面接受电子，并沉积在带电的工件上，形成镀层 §8-1 表面涂层技术 离子镀原理示意 2.化学气相沉积（CVD法） 将常温下不发生化学反应的单质气体或气体化合物，利用运载气体送至被加热到高温的衬底表面附近，在其表面上发生化学反应生成固态物质并沉积于衬底之上形成固态薄膜 可以制备各种用途的薄膜，主要包括绝缘体薄膜，导体及超导体薄膜以及防腐耐磨薄膜，同时用于高熔点金属的提纯，新材料的制备 §8-1 表面涂层技术 化学汽相淀积原理示意 一、固态表面强化