热喷涂、喷焊与堆焊知识讲稿.ppt

第一节热喷涂技术 一、 喷涂技术的原理与特点 1 热喷涂原理 利用热能将喷涂材料熔化，再借助高速气流将其雾化，并在高速气流的带动下粒子撞击基材表面，冷凝后形成具有某种功能的涂层。;Particle or Droplet generation;典型热喷涂系统;（1） 可在各种基材上制备各种涂层； （2） 基材温度低（30 ～ 200℃），热影响区浅，变形小； （3） 涂层厚度范围宽（0.5 ～ 5mm） ； （4） 操作灵活，可在不同尺寸和形状的工件上喷涂； （5） 加热效率低，喷涂材料利用率低， （6） 涂层与基体结合强度低。 ;1 喷涂材料的分类和要求 热喷涂材料按材料的形态分线材、棒材和粉末三大类。;热喷涂材料分类（金属类）;热喷涂材料分类（非金属类）;（1）热稳定性好，在高温焰流中不升华，不分解。 （2） 有较宽的液相区，使熔滴在较长时间内保持液相。 （3）与基材有相近的热膨胀系数，以防止因膨胀系数相差过大产生较大的热应力。 （4） 喷涂材料在熔融状态下应和基材有较好的浸润性，以保证涂层与基材之间有良好的结合性能。 （5）一定的形状与尺寸（线材φ1—3mm, 粉末φ1—100um); ; 如右图所示是等离子喷涂钼涂层显微结构形貌图，大小不一的扁平颗粒、未熔化的球形颗粒、夹杂和孔隙组成。; 涂层性能具有方向性，垂直和平行涂层方向上的性能不一致。 涂层中伴有氧化物等夹杂，存在部分孔隙，孔隙率4％－20％。; 涂层内有一定比例的孔隙，产生原因是： (1) 未熔化颗粒的低冲击功能； （1） 喷涂角度不同造成的遮蔽效应； （2） 凝固收缩和应力释放效应 缺点：孔隙将降低涂层的硬度、耐磨性和耐蚀性。优点：但孔隙可以储存润滑剂，提高涂层的隔热性能，减小内应力并因此增加涂层厚度，提高涂层抗热震性能，提高涂层的可磨耗性能。; 6 热喷涂中的相变; 涂层冷却凝固时，会伴随着收缩过程，颗粒内部会产生张应力而在基体表面产生压应力。结果使涂层内部产生残余张应力，应力大小与涂层厚度成正比，当张应力超过涂层与基材之间结合强度时，涂层就会发生破坏。; 涂层应力; 减少涂层残余应力措施： （1?? 减小涂层厚度； （2） 调整喷涂工艺参数； （3）采用较疏松涂层； （4） 采用梯度过渡层缓和涂层内应力; 包括涂层与基材之间、涂层中颗粒与颗粒之间的结合，结合形式有： （1） 机械结合：撞成扁平状的颗粒和凸凹不平的基材表面互相嵌合(即抛锚效应)而结合在一起。;（2） 物理结合：熔融粒子的原子与基材表面原子之间距离达到晶格常数范围时，产生范德华力，形成物理结合。 （3） 冶金结合：熔融粒子撞击基材表面时释放出的能量使喷涂材料与基材之间发生局部扩散和焊合，形成冶金结合。如喷涂镍包铝复合粉末时的放热反应。 热喷涂的涂层与基材的结合主要以机械结合为主，结合强度较差(70MPa)。; 质量控制要素（4M）：设备（Machine）、材料（Materials）、工艺（Methods）和人员（Man）。 热喷涂工艺流程包括基材表面预处理、热喷涂、后处理和精加工等过程。;热喷涂工艺流程;（1） 净化处理：清除表面污垢。 （2） 粗化处理：可提高涂层结合强度，原因如下：; 粗化处理能够使表面粗糙度达到Ra3.2～12.5μm就够了，一般采用喷砂加粘结底层的方法： （1） 表面喷砂;（2） 粘结底层 某些材料能够在很宽的条件下喷涂并粘结在清洁、光滑的表面上，而且这类涂层表面粗糙度适中，对随后喷涂的其它涂层有良好的粘结作用，因此称为粘结底层。 当基体太薄或太硬而不适合采用喷砂处理时，采用粘结底层的方法比较好。 ; 涂层的后处理包括两个方面，一个是封孔处理，一个是致密化处理。 多孔隙是喷涂层的固有缺陷，孔隙度可以从小于1%变到大于15%，或者更高。空隙可以互相连接，甚至可从表面延伸到基体。封孔处理的目的就是填充孔隙。 封孔处理是在喷涂之后、机加工之前进行。;① 防止或阻止涂层界面处的腐蚀； ②在某些机械部件中防止液体和压力的密封泄露； ③ 防止污染或研磨碎屑碎片进入涂层； ④保持陶瓷涂层的绝缘强度。 ;常用封孔剂; 决定涂层强度的两个关键因素： ①涂层材料受热后的温度 ②涂层材料加速后的速度 所有热喷涂工艺的设计与改进都是围绕这两点来展开的。 常用热