第六章表面涂覆技术.pdfVIP

第五章 表面涂敷技术 1 第一节 热喷涂 热喷涂 （Thermal spraying ）：利用某种热源将涂层材料加热 到熔融或半熔融状态，同时借助于焰流或高速气体将其雾 化，并推动这些雾化后的粒子喷射到基体表面，沉积成具有 某种功能的涂层技术。 在喷涂过程的同时或随后，对形成的涂层加热重熔处理， 获得与基体表面形成冶金结合特征的涂层称之为喷熔层或喷 焊层，相应的技术为喷熔或喷焊也属于热喷涂工艺技术。 对于一些材料粒子被气流加速的过程中，使其速度达到或 超过临界速度，但未被加热到熔融或半熔融状态，由于粒子 在达到沉积面时会将高的动能变为材料粒子变形及热能使得 基体和粒子之间或粒子与粒子之间形成良好的结合，即所谓 的“ 冷喷”技术也纳入喷涂技术之中了。(喷涂粒子以500～1000m/s撞击 基体表面,在整个过程中粒子不熔化,仅发生纯塑性变形聚合形成涂层。如铝、铜、锌等) 2 第一节 热喷涂 发展历史： 1882年，德国人采用简单的装置将金属液喷射成粉末，出现了人类最初 的热喷涂法； l910年，瑞士人M.V. Schoop将低熔点金属的熔体喷射在工件表面而形成 涂层，热喷涂技术诞生； 1920’s开始使用电弧喷涂； 1930’s到1940’ s 出现了火焰粉末喷涂工艺； 1950’s 自熔合金粉末和复合粉末研究成功，结束了单一线材喷涂的局 面，同时诞生了火焰喷焊工艺。美国Union Carbide Co.公司相继研究成 功爆炸喷涂和等离子火焰喷涂枪； 1960’s到1970’s，各种热喷涂技术均已成熟，不仅能喷涂金属、陶瓷，还 能喷涂塑料及复合材料； 1981年美国Browning Engineering公司研制成功新的超音速火焰喷枪； 近年来，计算机和自动机器人也成功地在热喷涂技术中得到应用。 3 第一节 热喷涂 一. 热喷涂原理： 1．喷涂涂层形成过程和涂层形成原理 •喷涂材料经过喷枪热源被加热、加速、形成粒子束流； •熔融的粒子束流以一定的速度与基体表面相碰撞，并沿凹 凸不平的基体表面产生相应的变形和铺展； •相对冷的基体会将熔粒动能转化的热能带走，变形的颗粒 迅速冷凝停止铺展并收缩，呈扁平碟状粘附于基体的粗糙表 面； •无数变形熔粒互相交错呈波浪形堆积构成喷涂层特有的层 状组织结构。 4 第一节 热喷涂 喷涂材料进入热源到形成涂层，喷涂过程一般经历四个阶段： 1. 喷涂材料被加热、熔化：对于线材，当端部进入热源高温区域，即被 加热熔化；对于粉末，进入热源高温区域，在行进的过程中被加热熔 化或软化。 2. 熔化的喷涂材料被雾化：线材端部熔化形成的液滴在外加压缩气流或 热源自身射流作用下脱离线材，并雾化成微细熔滴向前喷射；粉末一 般是直接被气流或热源射流推向前喷射。 3. 熔融或软化的微细颗粒的喷射飞行：在飞行过程中，颗粒首先被加速 形成粒子流，随飞行距离增加，粒子运动速度逐渐减小。 4. 粒子在基材表面发生碰撞、变形、凝固和堆积：当具有一定温度和速 度的微细颗粒与基材表面接触时，颗粒与基材表面产生强烈的碰撞， 颗粒的动能转化为热能并部分传递给基材，同时微细颗粒沿凸凹不平 表面产生变形，变形的颗粒迅速冷凝并产生收缩呈扁平状粘结在基材 表面。喷涂的粒子束连续不断的运动并撞击表面，产生碰撞—变形— 冷凝收缩的过程，变形的颗粒与基材表面之间，以及颗粒与颗粒之间 互相粘结在一起，从而形成了涂层。 5 第一节 热喷涂 喷涂涂层形成过程示意图