表格模板-刘旭华热喷涂表面科学与技术 精品.ppt

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1、表面科学与技术表面科学与技术热喷涂热喷涂姓名：刘旭华姓名：刘旭华学号：学号：S11040625S11040625时间：时间：2012.3.152012.3.15表面科学与技术表面科学与技术中国石油大学（华东）热喷涂概述热喷涂概述热喷涂热喷涂常见的热喷涂方法常见的热喷涂方法热喷涂的性能测试热喷涂的性能测试与质量检验与质量检验热喷涂工艺过程热喷涂工艺过程热喷涂概述热喷涂概述中国石油大学（华东） 热喷涂技术热喷涂技术是指利用某种热源将喷涂材料迅速加热到熔融或半熔熔融或半熔融状态融状态，再经过高速气流或焰流将其雾化雾化加速喷射到经预处理预处理的工件表面上，形成喷涂层喷涂层的一种表面加工方法。热喷涂的定

2、义热喷涂的定义热喷涂概述热喷涂概述中国石油大学（华东）喷涂材料的熔化喷涂材料的熔化熔滴雾化熔滴雾化与基体表面的碰撞变形及淬冷凝固与基体表面的碰撞变形及淬冷凝固 热喷涂过程热喷涂过程粒子的飞行阶段粒子的飞行阶段热喷涂概述热喷涂概述中国石油大学（华东）喷涂材料的熔化喷涂材料的熔化 粉末喷涂材料进入热源高温区域，被加热到熔化态或软化态；线材喷涂材料的端部在热源高温区加热熔化，熔化的材料以熔滴形式存在于线材端部 热喷涂概述热喷涂概述中国石油大学（华东）熔滴雾化熔滴雾化 对于线材喷涂时，端部的熔滴在外加压缩气流或热源自身射流的作用下脱离线材端部，并雾化成细小熔滴向前喷射；在粉末喷涂时，不存在粉末的细化和

3、雾化过程，直接在压缩气流或热源射流推动下发生喷射。 热喷涂概述热喷涂概述中国石油大学（华东）粒子的飞行阶段粒子的飞行阶段 熔化或软化的微细颗粒首先被气流或射流加速，当飞行一定距离后速度又减小。 热喷涂概述热喷涂概述中国石油大学（华东）与基体表面的碰撞变形及淬冷凝固与基体表面的碰撞变形及淬冷凝固 具有一定速度和温度的微细粒子到达基材表面，发生强烈的碰撞。粒子在碰撞基体表面或撞击已经形成的涂层的瞬间，把动能转化为热能动能转化为热能后传给基体，同时粒子在凹凸不平的表面发生变形，形成扁平状粒子，并且迅速凝固成涂层。喷涂的粒子不断飞向基体表面，产生碰碰撞撞-变形变形-冷凝冷凝的过程，变形粒子与基材之间及

4、粒子与粒子之间相互交叠在一起，形成涂层。热喷涂概述热喷涂概述中国石油大学（华东） 涂层的结合机理涂层的结合机理 涂层的结合包括涂层与基材的结合及涂层之间的结合。前者的结合涂层的结合包括涂层与基材的结合及涂层之间的结合。前者的结合强度称为结合力，后者的结合强度称为内聚力强度称为结合力，后者的结合强度称为内聚力 。涂层与基体间的结合机理涂层与基体间的结合机理机械结合机械结合：熔融态的粒子撞击到基材表面后铺展成扁平状的液态薄层，熔融态的粒子撞击到基材表面后铺展成扁平状的液态薄层，嵌合在起伏不平的表面形成机械结合，又称为抛锚效应。嵌合在起伏不平的表面形成机械结合，又称为抛锚效应。涂层间的结合机理涂层间

5、的结合机理喷涂粒子间的结合是以机械结合为主喷涂粒子间的结合是以机械结合为主。热喷涂概述热喷涂概述中国石油大学（华东）涂层与基体间的结合机理涂层与基体间的结合机理物理结合物理结合：当高速运动的熔融粒子撞击基体表面后，若界面两侧紧密当高速运动的熔融粒子撞击基体表面后，若界面两侧紧密接触的距离达到原子晶格常数范围内时，产生范德华力，提高基体与接触的距离达到原子晶格常数范围内时，产生范德华力，提高基体与涂层间的结合强度。涂层间的结合强度。扩散结合扩散结合：当熔融的喷涂粒子高速撞击基体表面形成紧密接触时，由于当熔融的喷涂粒子高速撞击基体表面形成紧密接触时，由于变形和高温的作用，基体表面的原子得到足够的能

6、量，使涂层与基体之变形和高温的作用，基体表面的原子得到足够的能量，使涂层与基体之间产生原子扩散，形成扩散结合。扩散的结果使界面两侧微小范围内形间产生原子扩散，形成扩散结合。扩散的结果使界面两侧微小范围内形成一层固溶体或金属间化合物，增加了涂层与基体之间的结合强度。成一层固溶体或金属间化合物，增加了涂层与基体之间的结合强度。冶金结合冶金结合：当基体预热，或喷涂粒子有高的熔化潜热，或喷涂粒子本身当基体预热，或喷涂粒子有高的熔化潜热，或喷涂粒子本身发生放热化反应时，熔融态的粒子与局部熔化的基体之间发生发生放热化反应时，熔融态的粒子与局部熔化的基体之间发生“焊合焊合”现象，产生现象，产生“焊点焊点”，

7、形成微区冶金结合。，形成微区冶金结合。热喷涂概述热喷涂概述中国石油大学（华东）线材火焰喷涂、棒材火焰喷涂、粉末火焰线材火焰喷涂、棒材火焰喷涂、粉末火焰喷涂、超音速火焰喷涂、粉末火焰喷熔喷涂、超音速火焰喷涂、粉末火焰喷熔电容放电喷涂、感应加热喷涂电容放电喷涂、感应加热喷涂激光喷涂、激光喷焊激光喷涂、激光喷焊热喷涂热喷涂方法方法气体燃烧热源气体燃烧热源电热热源电热热源激光热源激光热源燃气重复爆炸喷涂、线材电爆喷涂燃气重复爆炸喷涂、线材电爆喷涂爆炸热源爆炸热源电弧喷涂、等离子喷涂、等离子喷焊电弧喷涂、等离子喷涂、等离子喷焊气体放电热源气体放电热源热喷涂概述热喷涂概述中国石油大学（华东）（1）热喷涂方

8、法多热喷涂方法多：热喷涂具体方法有十几种，可以选择合适的方法对零件进行热喷涂。（2）热喷涂材料种类广泛热喷涂材料种类广泛：金属及其合金、陶瓷、塑料、尼龙以及它们的复合材料等都可以作为喷涂材料。（3）机体材料使用范围广机体材料使用范围广：几乎所有的固体材料表面都可以热喷涂，一般也不受零件尺寸及场地限制，既可以大面积喷涂，也可以进行局部喷涂。（4）基体材料受影响小基体材料受影响小：喷涂时可使集体控制在较低温度，所以基体变形小、组织和性能变化小，保证了基体质量基本不受影响。（5）涂层厚度可以控制涂层厚度可以控制：涂层厚度从几十微米到几微米，可以根据要求确定。（6）操作环境差操作环境差：存在粉尘、烟雾

9、和噪音等问题，因此需要加强防护措施。 热喷涂的特点热喷涂的特点热喷涂概述热喷涂概述中国石油大学（华东） 热喷涂材料按其使用形式的不同可分为热喷涂材料按其使用形式的不同可分为粉末材料粉末材料和和线丝材料线丝材料两大类，按使用功能和两大类，按使用功能和制造方式可分为制造方式可分为非复合材料非复合材料和和复合材料复合材料；按；按组成成分可分为组成成分可分为金属及合金金属及合金、自熔性合金自熔性合金、复合材料复合材料、陶瓷和有机塑料陶瓷和有机塑料等几种，目前热等几种，目前热喷涂材料已有喷涂材料已有60种以上的线材和种以上的线材和200种以上种以上的粉末。的粉末。热喷涂材料热喷涂材料热喷涂概述热喷涂概述

10、中国石油大学（华东） 热喷涂线材热喷涂线材 非复合喷涂线材是指只用含一种金属或合金的材料制成的喷涂线材。非复合喷涂线材是指只用含一种金属或合金的材料制成的喷涂线材。这些线材是用普通的拉拔方法制造的，应用最普遍的非复合线材有：这些线材是用普通的拉拔方法制造的，应用最普遍的非复合线材有：铝铝及铝合金喷涂丝、锌及锌合金喷涂丝、铜及铜合金喷涂丝、锡及锡合金及铝合金喷涂丝、锌及锌合金喷涂丝、铜及铜合金喷涂丝、锡及锡合金喷涂丝、铅及铅合金喷涂丝、镍及镍合金喷涂丝、铜喷涂丝及铁合金喷喷涂丝、铅及铅合金喷涂丝、镍及镍合金喷涂丝、铜喷涂丝及铁合金喷涂丝。涂丝。非复合喷涂线材非复合喷涂线材 概念：概念：复合喷涂线

11、材是把两种或两种以上的材料复合而制成的喷涂复合喷涂线材是把两种或两种以上的材料复合而制成的喷涂线材，复合喷涂线材中大部分是增效复合喷涂线材。线材，复合喷涂线材中大部分是增效复合喷涂线材。复合喷涂线材复合喷涂线材热喷涂概述热喷涂概述中国石油大学（华东） 热喷涂线材热喷涂线材常用的复合方法：常用的复合方法：丝丝- -丝复合、丝丝复合、丝- -管复合、粉管复合、粉- -管复合、粉管复合、粉- -皮压结复合皮压结复合及粉及粉- -粘合剂复合。粘合剂复合。常用的放热型喷涂复合线材：常用的放热型喷涂复合线材：Ni-AlNi-Al喷涂丝，喷涂丝，Al-Cr, Al-Nb, Al-Ta, Al-Al-Cr,

12、Al-Nb, Al-Ta, Al-B, Al-Ni-WC, NiCr-Al, Al-Ni-Al2O3, Al-Ni-SiCB, Al-Ni-WC, NiCr-Al, Al-Ni-Al2O3, Al-Ni-SiC等线材。等线材。一步法喷涂丝：一步法喷涂丝：利用组元的放热反应，再加入其它强化组可制成自结合一利用组元的放热反应，再加入其它强化组可制成自结合一步法喷涂丝，这类复合丝有不锈钢步法喷涂丝，这类复合丝有不锈钢-Ni/Al-Ni/Al丝，丝，Ni-Al-MoNi-Al-Mo丝，丝，Cu-AlCu-Al丝丝等。等。复合喷涂线材复合喷涂线材热喷涂概述热喷涂概述中国石油大学（华东） 非复合型热喷涂粉

13、末非复合型热喷涂粉末 种类：种类：主要是主要是Ni基、基、Fe基、基、Co基及基及Cu基合金粉末，自基合金粉末，自熔合金粉末在热喷涂中得到了广泛的应用。熔合金粉末在热喷涂中得到了广泛的应用。 制造方法：制造方法：机械破碎法、元素组合法、雾化法等，最常机械破碎法、元素组合法、雾化法等，最常用的是雾化法。用的是雾化法。 陶瓷粉主要是指氧化物、氮化物、硼化物、碳化物和硅陶瓷粉主要是指氧化物、氮化物、硼化物、碳化物和硅化物粉。常用的陶瓷粉有化物粉。常用的陶瓷粉有Al2O3，ZrO2，TiO2，WC，Cr3C2。 金属及合金粉末金属及合金粉末陶瓷粉陶瓷粉热喷涂概述热喷涂概述中国石油大学（华东） 非复合型

14、热喷涂粉末非复合型热喷涂粉末 把金属、合金、陶瓷喷涂粉以不同的比例相互混合起来，把金属、合金、陶瓷喷涂粉以不同的比例相互混合起来，可得到各种混合粉。其中金属或合金与陶瓷组成的混合可得到各种混合粉。其中金属或合金与陶瓷组成的混合粉也称为金属陶瓷粉。这些混合粉虽然配制方便，但由粉也称为金属陶瓷粉。这些混合粉虽然配制方便，但由于被混合粉末的密度等物理性能的差异，这种混合粉很于被混合粉末的密度等物理性能的差异，这种混合粉很难均匀，容易造成涂层偏析，使用效果不好。难均匀，容易造成涂层偏析，使用效果不好。 热塑性树脂粉末材料热塑性树脂粉末材料: 聚乙烯粉、尼龙粉及聚乙烯粉、尼龙粉及EVA树脂；树脂； 热固

15、性树脂粉末材料热固性树脂粉末材料: 环氧树脂粉末。环氧树脂粉末。混合粉混合粉高聚物粉高聚物粉热喷涂概述热喷涂概述中国石油大学（华东） 复合型热喷涂粉末复合型热喷涂粉末1 1包覆型粉末（包覆型粉末（Clad PowderClad Powder）：）：由一种或几种成分作为外壳，均匀连由一种或几种成分作为外壳，均匀连续或星点间断地包覆由一种或几种成分组成的核心的粉体。续或星点间断地包覆由一种或几种成分组成的核心的粉体。1 1）制造方式：）制造方式：气相沉积法和液相沉积法气相沉积法和液相沉积法；2 2）类型：）类型：Ni/AlNi/Al，Al/NiAl/Ni，Ni/Ni/石墨，石墨，Ni/Ni/硅藻土

16、，硅藻土，Ni/MoSNi/MoS2 2，Ni/AlNi/Al2 2O O3 3，Ni/WCNi/WC，Ni/CrNi/Cr3 3C C2 2，Ni/CuNi/Cu，Ni/CrNi/Cr，Ni/CrNi/Cr2 2O O3 3，Ni/Ni/尼龙，尼龙，Ni/Ni/聚四氟乙聚四氟乙烯，烯，Co/WCCo/WC，Cu/Cu/石墨，石墨，Cu/CrCu/Cr，NiCu/CrNiCu/Cr3 3C C2 2。2 2组合型粉末组合型粉末(Combination Powder)(Combination Powder)：把几种金属粉末、合金粉末、陶把几种金属粉末、合金粉末、陶瓷粉末等按不同比例混合起来，使之成为一种成分均匀、不产生偏瓷粉末等按不同比例混合起来，使之成为一种成分均匀、不产生偏析的混合物。析的混合物。1 1）制造方式：）制造方式：热扩散法、共还原法、烧结破碎法、混合团聚法。其中广热扩散法、共还原法、烧结破碎法、混合团聚法。其中广泛应用的是混合团聚法；泛应用的是混合团聚法；2 2）类型：）类型：Ni-Cr-AlNi-Cr-Al，AlSi-AlSi-聚苯酯，聚苯酯，Ni/AlNi/Al， C