熱噴涂、噴焊與堆焊

1、第一節(jié)熱噴涂技術一、 噴涂技術的原理與特點技術的原理與特點1 熱噴涂原理熱噴涂原理 利用熱能將噴涂材料熔化，再借助高速氣流將其霧化，并在高速氣流的帶動下粒子撞擊基材表面，冷凝后形成具有某種功能的涂層。第六章第六章 熱噴涂、噴焊與堆焊技術熱噴涂、噴焊與堆焊技術Particle or Droplet generationAcceleratingHeatingSplat formation:Impact, flatteningSolidification 熱噴涂原理熱噴涂原理典型熱噴涂系統(tǒng)（1） 可在各種基材上制備各種涂層；（2） 基材溫度低（30 200），熱影響區(qū)淺，變形小；（3） 涂層厚度范圍

2、寬（0.5 5mm） ；（4） 操作靈活，可在不同尺寸和形狀的工件上噴涂；（5） 加熱效率低，噴涂材料利用率低，（6） 涂層與基體結合強度低。 2 熱噴涂技術的特點熱噴涂技術的特點1 噴涂材料的分類和要求 熱噴涂材料按材料的形態(tài)分線材、棒材和粉末三大類。3、熱噴涂材料、熱噴涂材料表 12 熱噴涂線材和棒材分類 類別 分 類 品 種 有色金屬 (1)純金屬：Zn、A1、Cu、Ni、Mo (2)合金：Zn-A1，Pb-Sn、Cu 合金、巴氏合金、Ni 合金 普通鋼及 低合金鋼 碳鋼、低合金鋼 金屬 線材 高合金鋼 不銹鋼、耐熱鋼 棒材 陶瓷棒材 A12O3，TiO2，Cr2O3、ZrO2、A12O

3、3+MgO、A12O3+SiO2 金屬包金屬 鋁包鎳、鎳包合金 金屬包陶瓷 金屬包碳化物、金屬包氧化物 復合 線材 塑料包覆 塑料包金屬、塑料包陶瓷 熱噴涂材料分類熱噴涂材料分類（金屬類）熱噴涂材料分類熱噴涂材料分類（非金屬類）（1）熱穩(wěn)定性好，在高溫焰流中不升華，不分解。（2） 有較寬的液相區(qū)，使熔滴在較長時間內保持液相。（3）與基材有相近的熱膨脹系數，以防止因膨脹系數相差過大產生較大的熱應力。（4） 噴涂材料在熔融狀態(tài)下應和基材有較好的浸潤性，以保證涂層與基材之間有良好的結合性能。（5）一定的形狀與尺寸（線材13mm, 粉末1100um)熱噴涂材料的要求熱噴涂材料的要求（1） 噴涂材料被加

4、熱到熔融狀態(tài)。（2） 噴涂材料被霧化成微小熔滴并高速撞擊基體表面，撞擊基體的顆粒動能越大和沖擊變形越大，形成的涂層結合越好。（3） 熔融的高速粒子在沖擊基材表面后發(fā)生變形，冷凝后形成涂層。4 涂層形成過程涂層形成過程PDLVTS16)(222 在涂層粉末熔化過程中，將材料參數及有關變量，如在涂層粉末熔化過程中，將材料參數及有關變量，如熱導率、熔化溫度等，統(tǒng)一納入到加熱條件及氣流動力學熱導率、熔化溫度等，統(tǒng)一納入到加熱條件及氣流動力學方程中，可得到以下不等式。方程中，可得到以下不等式。 涂層性能具有方向性，垂直和平行涂層方向上的性能不一致。 涂層中伴有氧化物等夾雜，存在部分孔隙，孔隙率420。

5、涂層是由無數變形粒子互相交錯堆疊在一起，形成一層堆積而成的層狀結構。 涂層內有一定比例的孔隙，產生原因是： (1) 未熔化顆粒的低沖擊功能；（1） 噴涂角度不同造成的遮蔽效應；（2） 凝固收縮和應力釋放效應 缺點：孔隙將降低涂層的硬度、耐磨性和耐蝕性。優(yōu)點：但孔隙可以儲存潤滑劑，提高涂層的隔熱性能，減小內應力并因此增加涂層厚度，提高涂層抗熱震性能，提高涂層的可磨耗性能。 6 熱噴涂中的相變 相對基體來說，熔滴尺寸非常小，冷卻速度可達106 K/s,冷卻后會形成非晶態(tài)或亞穩(wěn)相，完全不同于同樣材料在軋制態(tài)或鑄態(tài)的組織結構。 涂層冷卻凝固時，會伴隨著收縮過程，顆粒內部會產生張應力而在基體表面產生壓應

6、力。結果使涂層內部產生殘余張應力，應力大小與涂層厚度成正比，當張應力超過涂層與基材之間結合強度時，涂層就會發(fā)生破壞。7 涂層應力涂層應力 減少涂層殘余應力措施減少涂層殘余應力措施：（1） 減小涂層厚度；（2） 調整噴涂工藝參數；（3）采用較疏松涂層；（4） 采用梯度過渡層緩和涂層內應力 包括涂層與基材之間、涂層中顆粒與顆粒之間的結合，結合形式有：（1） 機械結合：撞成扁平狀的顆粒和凸凹不平的基材表面互相嵌合(即拋錨效應)而結合在一起。8 涂層的結合強度涂層的結合強度（2） 物理結合：熔融粒子的原子與基材表面原子之間距離達到晶格常數范圍時，產生范德華力，形成物理結合。（3） 冶金結合：熔融粒子撞

7、擊基材表面時釋放出的能量使噴涂材料與基材之間發(fā)生局部擴散和焊合，形成冶金結合。如噴涂鎳包鋁復合粉末時的放熱反應。 熱噴涂的涂層與基材的結合主要以機械結合為主，結合強度較差(85MPa）。2） 涂層致密（最高密度可達99.9）。3） 工件表面溫度低。4） 效率非常低，運行成本高，只用于含碳化物涂層的噴涂。爆炸噴涂特點爆炸噴涂特點1） 航空發(fā)動機鈦合金風扇葉片阻尼臺上用爆炸噴涂0.25mn厚的WC，壽命提高10倍；2） 燃燒室的定位卡環(huán)上噴一層0.12mm厚Cr3C2，壽命提高7倍。 爆炸噴涂應用爆炸噴涂應用l 超音速火焰噴涂原理超音速火焰噴涂原理 原理與普通火焰噴涂類似，只是多了一個使噴涂火焰達

8、到超音速的機構5.超音速火焰噴涂(High Velocity Oxygen Fuel，簡稱，簡稱HVOF)1） 焰流速度高但溫度相對較低，適合噴涂含碳化物材料。2） 涂層致密（99.9），表面粗糙度低。3） 結合強度略低于爆炸噴涂，達70MPa以上。4） 噴涂效率高，但燃料消耗大，噴涂成本比較高。；5） 噪音大(120dB)，需有隔音和防護裝置。（3）超音速噴涂的特點）超音速噴涂的特點6.各種熱噴涂方法比較各種熱噴涂方法比較(1) 對涂層結合力要求不高，噴涂材料熔點2500，可采用火焰噴涂。(2) 對涂層性能要求較高，噴涂高熔點材料時時，應采用等離子噴涂。(3) 工程量大的金屬噴涂施工最好采用

9、電弧噴涂。(4) 要求高結合力、低孔隙度的金屬、合金及以某些金屬陶瓷涂層可采用超音速火焰噴涂。(5) 對于批量大的工件，宜采用自動噴涂。7、噴涂工藝的選擇原則、噴涂工藝的選擇原則 三、常用熱噴涂材料n熱噴涂材料按形狀分為粉末和線材n熱噴涂材料按化學組成分為金屬熱噴涂材料、陶瓷熱噴涂材料、塑料熱噴涂材料、熱噴涂用復合粉末材料。 l熱噴涂材料的選材原則熱噴涂材料的選材原則n（1） 要把實用性、工藝性和經濟性結合起來考慮，盡量選擇合理的噴涂材料。n（2） 對于重要的部件以獲得最優(yōu)涂層性能為準則；不十分重要的部件則以獲得最大的經濟效益為準則。n（3）根據工件的工作環(huán)境選擇合適的工作涂層。n（4） 為滿

10、足噴涂工件的使用要求，可采用復合涂層和梯度涂層。1 金屬熱噴涂材料n金屬熱噴涂材料一般有線材和粉末兩種形式。線材用拉拔法制造，而粉末一般用霧化法制造。n由于粉末材料表面積大，氧化程度高，所以在方便的條件下推薦采用線材。但粉末制造方法簡單、靈活，材料成分不受限制，因此小批量熱噴涂時一般采用粉末材料。n常用熱噴涂金屬材料見書P1051062 陶瓷熱噴涂材料n陶瓷熱噴涂材料最主要形式是粉末，制造方法有熔融破碎、化學共沉淀、噴霧干燥等。另外，將陶瓷粉末燒結制成陶瓷棒可直接噴涂，但成本相對較高，因此應用較少。n熱噴涂用陶瓷材料主要集中在氧化物陶瓷材料上，因為非氧化物陶瓷材料在噴涂過程中易揮發(fā)或分解。n常

11、用陶瓷熱噴涂材料見書P106 3 塑料熱噴涂陶瓷材料n熱噴涂塑料涂層特點比傳統(tǒng)塑料涂層成本低、投資少涂層厚度與工作場地無限制，不含溶劑，符合環(huán)保要求采用的塑料涂層材料熔化溫度范圍應較寬、粘度較低、熱穩(wěn)定性應好，一般采用粉末形式n常用塑料熱噴涂材料見書P1074 熱噴涂用復合粉末材料n 熱噴涂用復合材料分為兩種熱噴涂用復合材料分為兩種一類是為適應熱噴涂工藝而制備的符合材料，例一類是為適應熱噴涂工藝而制備的符合材料，例如，為防止碳化鎢材料在噴涂過程中氧化分解而如，為防止碳化鎢材料在噴涂過程中氧化分解而制備的制備的鎳包碳化鎢復合粉末材料鎳包碳化鎢復合粉末材料，他們是當前熱，他們是當前熱噴涂用復合材料

12、的主流噴涂用復合材料的主流另一類是通過增強相增強涂層性能的復合材料，另一類是通過增強相增強涂層性能的復合材料，如如纖維增強涂層材料纖維增強涂層材料，這類材料目前還在研究探，這類材料目前還在研究探索過程中索過程中n 常用熱噴涂復合材料見書常用熱噴涂復合材料見書P1071 噴涂耐腐蝕涂層噴涂耐腐蝕涂層(1) 不銹鋼涂層不銹鋼涂層：不銹鋼：不銹鋼電極電位電極電位比鐵高，易在涂層孔隙處比鐵高，易在涂層孔隙處 形成原電池，加劇鐵基體腐蝕，所以噴涂后形成原電池，加劇鐵基體腐蝕，所以噴涂后必須封孔處理必須封孔處理。類似的涂層材料還有鎳合金、蒙乃爾合金、青銅等金屬涂層。類似的涂層材料還有鎳合金、蒙乃爾合金、青

13、銅等金屬涂層。(2) 鋁、鋅及其合金涂層鋁、鋅及其合金涂層：鋅、鋁的：鋅、鋁的腐蝕電極電位腐蝕電極電位高于鐵，高于鐵，腐蝕介質首先腐蝕鋅和鋁，而使鐵基體作為陰極得到保護，腐蝕介質首先腐蝕鋅和鋁，而使鐵基體作為陰極得到保護，可用于橋梁、海洋鉆井平臺等。可用于橋梁、海洋鉆井平臺等。(3) 塑料涂層塑料涂層：用于化工、食品等行業(yè)。（例如葡萄酒低溫：用于化工、食品等行業(yè)。（例如葡萄酒低溫發(fā)酵罐內壁噴涂聚乙烯涂層，有效的防止了罐壁的點蝕，控發(fā)酵罐內壁噴涂聚乙烯涂層，有效的防止了罐壁的點蝕，控制了酒中鐵離子含量）制了酒中鐵離子含量）四、熱噴涂技術的應用四、熱噴涂技術的應用n噴涂耐磨涂層的應用：噴涂耐磨涂層

14、的應用：(1)在機械零件表面噴涂耐磨涂層，延長零件的使用壽命 (2)修復磨損失效的機械零件2 2 噴涂耐磨涂層噴涂耐磨涂層n 不同環(huán)境下的耐磨涂層不同環(huán)境下的耐磨涂層(1)紡織、造紙、和印刷紡織、造紙、和印刷等行業(yè)，機械零件與布匹、面紗、等行業(yè)，機械零件與布匹、面紗、紙張等纖維制品摩擦，導致磨損。采用等離子噴涂紙張等纖維制品摩擦，導致磨損。采用等離子噴涂氧化氧化鋁、氧化鉻鋁、氧化鉻等耐磨陶瓷涂層等耐磨陶瓷涂層(2)遭遇遭遇磨料磨損磨料磨損的機械部件如泥漿泵活塞桿、螺旋送料器的機械部件如泥漿泵活塞桿、螺旋送料器等零件，要求涂層硬度超過磨料硬度，采用超音速火焰等零件，要求涂層硬度超過磨料硬度，采用

15、超音速火焰噴涂或爆炸噴涂技術噴涂噴涂或爆炸噴涂技術噴涂鎳基或鈷基碳化鎢涂層鎳基或鈷基碳化鎢涂層。(3)對于在對于在沖蝕和氣蝕環(huán)境條件下工作沖蝕和氣蝕環(huán)境條件下工作的水輪機、抽風機、的水輪機、抽風機、旋風除塵器等的零件，要求涂層硬度高、韌性好，采用旋風除塵器等的零件，要求涂層硬度高、韌性好，采用等離子噴涂等離子噴涂超細氧化鋁、氧化鉻超細氧化鋁、氧化鉻等耐磨陶瓷涂層，或選等耐磨陶瓷涂層，或選用超音速火焰噴涂或爆炸噴涂技術噴涂用超音速火焰噴涂或爆炸噴涂技術噴涂鈷基碳化鎢鈷基碳化鎢復合復合涂層。涂層。（4）在在配合件的接觸運轉配合件的接觸運轉中可采用中可采用可磨耗涂層可磨耗涂層，可磨，可磨 耗涂層能自

16、動形成所必須的間隙，提供最佳的密封狀耗涂層能自動形成所必須的間隙，提供最佳的密封狀態(tài)。可磨耗涂層一般采用等離子噴涂或火焰噴涂，涂態(tài)?？赡ズ耐繉右话悴捎玫入x子噴涂或火焰噴涂，涂層成分由金屬基體和非金屬填料組成。層成分由金屬基體和非金屬填料組成。 (1) 抗高溫氧化涂層抗高溫氧化涂層：用于改善機械零件的抗高溫氧化性能。用于改善機械零件的抗高溫氧化性能。例如例如900以下以下，采，采用超音速火焰噴涂用超音速火焰噴涂Cr2C3-NiCr涂層；涂層；900以上以上，采用大氣，采用大氣等離子噴涂氧化鋯涂層。等離子噴涂氧化鋯涂層。(2) 熱障涂層熱障涂層：使金屬基體與高溫環(huán)境隔離，保持金屬構件的力學性能。使

17、金屬基體與高溫環(huán)境隔離，保持金屬構件的力學性能。例例如美國如美國“探險者探險者”衛(wèi)星表面噴涂了氧化鋁保護涂層，由于氧衛(wèi)星表面噴涂了氧化鋁保護涂層，由于氧化鋁的隔熱作用，衛(wèi)星內部儀器艙溫度保持在化鋁的隔熱作用，衛(wèi)星內部儀器艙溫度保持在1030C,從從而保證了靈敏電子儀器的正常工作。又如采用等離子噴涂氧而保證了靈敏電子儀器的正常工作。又如采用等離子噴涂氧化鋯熱障涂層保護航空發(fā)動機葉片、燃燒室內壁、活塞發(fā)動化鋯熱障涂層保護航空發(fā)動機葉片、燃燒室內壁、活塞發(fā)動機活塞頂，通過適當設計涂層厚度，可以使發(fā)動機工作溫度機活塞頂，通過適當設計涂層厚度，可以使發(fā)動機工作溫度提高提高100C以上。以上。3 3 噴涂

18、耐高溫涂層噴涂耐高溫涂層（1）屏蔽涂層）屏蔽涂層 噴涂屏蔽涂層，用于消除電磁波和無線電波的噴涂屏蔽涂層，用于消除電磁波和無線電波的干擾（干擾（EMI/RFI）,同時消除靜電放電火花；同時消除靜電放電火花；用電弧噴涂鋅涂層可以提供高能級的衰減（范用電弧噴涂鋅涂層可以提供高能級的衰減（范圍達圍達60120dB）。屏蔽涂層的應用包括計）。屏蔽涂層的應用包括計算機終端設備、電子辦公設施、藥品檢測裝置算機終端設備、電子辦公設施、藥品檢測裝置和感光電子設備。和感光電子設備。4 噴涂功能涂層噴涂功能涂層（2）生物相容性涂層：）生物相容性涂層：在種植體在種植體(不銹鋼等不銹鋼等)表面用等離子噴涂一層生物相容性

19、好的表面用等離子噴涂一層生物相容性好的羥基磷灰石羥基磷灰石涂層，生物組織可以長入涂層中的孔隙中，與涂層，生物組織可以長入涂層中的孔隙中，與種植體形成牢固的結合。種植體形成牢固的結合。 5 噴涂成型n噴涂成型常用技術：電弧噴涂、等離子噴涂n電弧噴涂制造沖壓塑料和皮革制品模具n等離子噴涂陶瓷或耐火金屬噴嘴、雷達整流罩、高溫爐元件，以及纖維增強鈦合金復合材料發(fā)動機部件等。n用噴涂成型制造的零件孔隙度高，機械強度差，大部分需要經過熱壓、熱等靜壓等后處理。6熱噴涂技術的應用領域和市場熱噴涂技術的應用領域和市場 五五 熱噴涂涂層質量評定熱噴涂涂層質量評定n在在GE,P&W以及以及RR等航空發(fā)動機公司建立的

20、等航空發(fā)動機公司建立的熱噴涂涂層最終質量標準中，常用的指標為熱噴涂涂層最終質量標準中，常用的指標為顯微硬度和（或）宏觀硬度顯微硬度和（或）宏觀硬度、結合強度結合強度、界界面和涂層顯微結構面和涂層顯微結構以及以及涂層厚度涂層厚度。 1 涂層厚度的測定n簡單幾何形狀基體表面，可直接用游標卡尺或千分尺測量n形狀較復雜的零件，可采用磁性法和渦流法測厚儀測量 磁性法：以探頭對磁性基體磁通量或互感電流為基準，利用非磁性涂層的厚度不同，以探頭磁通量或互感電流的變化值來測量覆蓋層厚度 。 渦流法：利用高頻磁場引起金屬內部渦流，渦流產生的磁場又影響探頭的阻抗，測量其阻抗值就可確定涂層的厚度。 2 孔隙率測定n涂

21、層中的孔隙率可以采用阿基米德方法和金相法，前者是通過比較涂層實際密度和涂層材料理論密度的差別來確定，后者是通過圖像分析確定。n涂層封孔處理后的殘余穿孔測定可以采用試劑試驗方法和高壓放電試驗方法。（1）計算法：按圖351加工涂層試樣并稱重，涂層密度c： 式中G試樣重量；s 基材密度；Vs基材體積；Vc涂層體積。 根據c算出涂層孔隙度 孔隙度csscVVG%100)1 (mc式中，m涂層材料密度（m可從相關手冊中查得）。 3 結合強度測定n熱噴涂層結合強度的測定一般采用拉伸法，其原理見書P111所示。將膠粘好的試樣，裝在試驗機上，在規(guī)定的條件下，均勻、連續(xù)地施加載荷，至試樣斷裂，記錄最大斷裂強度，

22、用下式計算涂層結合強度： b FA0 式中，b 為涂層結合強度；F為試樣斷裂載荷；A0為試樣涂層面積。涂層剪切強度：用粘結劑將涂層A粘在B上(a)，然后拉伸使涂層與基材分離；或用(b)方法在材料試驗機上緩慢加壓，直至涂層被剪切剝離，此時涂層的剪切強度F： 式中，P涂層剪切剝離時的載荷；D試樣末噴涂前的直徑；L涂層在試樣上的寬度。DLPF涂層的彎曲強度：將涂層試樣彎曲到一定角度時，涂層開始出現龜裂的彎曲角度就是涂層的彎曲強度。4 涂層顯微結構觀察n 涂層顯微結構分析手段：金相分析、SEM、TEM等。n 但是對涂層進行涂層截面分析時，試樣制作非常關鍵。因為涂層薄而脆，所以對試樣的切割、鑲樣以及研磨

23、拋光都有特殊要求。 1910年：線材火焰噴涂技術；20年代：電弧絲噴涂技術；50年代：爆炸噴涂和等離子噴涂技術；60年代：自熔性合金粉末火焰、等離子噴涂和噴焊技術；80年代：超音速火焰噴涂技術；90年代：激光熔覆技術。六六 熱噴涂技術的發(fā)展過程熱噴涂技術的發(fā)展過程60年代以來主要噴涂方法的應用比例 （1） 大功率高熱焓等離子噴涂，提高噴涂效率，降低成本。（2） 精密噴涂技術。（3） 用熱噴涂法部分代替鍍硬鉻的工藝。（4） 新型熱障涂層，如噴涂0.3mm的MCrAlY熱障涂層可使基材溫度降低200300。（5） 噴涂新材料，如納米涂層材料、非晶態(tài)涂層材料。（6） 計算機自動控制，提高生產效率，減

24、少工作強度。 七七 熱噴涂技術主要發(fā)展動熱噴涂技術主要發(fā)展動向向（7） 在較低溫度下具有高速飛行的噴涂（如脈沖放電線爆噴涂和冷噴涂技術 ）n熱噴焊 用熱源將涂層材料重熔，使涂層內顆粒之間、涂層與基體之間形成無孔隙的冶金結合n根據采用的熱源不同，熱噴焊技術有氧乙炔火焰噴焊和等離子噴焊第二節(jié)第二節(jié) 熱噴焊工藝與特點熱噴焊工藝與特點(1) 工件表面溫度：噴涂時工件表面溫度900。(2) 結合狀態(tài)：噴涂層以機械結合為主；噴焊層是冶金結合。(3) 粉末材料：噴焊用自熔性合金粉末，噴涂粉末不受限制。(4) 涂層結構：噴涂層有孔隙，噴焊層均勻致密無孔隙。(5) 承載能力：噴焊層可承受沖擊載荷和較高的接觸應力

25、。1、 熱噴焊工藝與熱噴涂工藝的區(qū)別熱噴焊工藝與熱噴涂工藝的區(qū)別 一、熱噴焊的特點（6）涂層成分：熱噴焊層的成分與噴焊材料的原始成分會有一定差別 2 稀釋率稀釋率n熱噴焊過程中基體表面會少量熔化，并與噴焊材料發(fā)生合金化，導致噴焊層的成分與原來設計的噴焊材料成分有差異。一般將基體材料熔入噴焊層中的質量分數稱為稀釋率，用表示：%100BAB式中A噴焊金屬質量；噴焊金屬質量；B基材熔化的金屬質量基材熔化的金屬質量 用氧乙炔火焰作為噴焊的熱源，把自熔合金粉末噴涂在基材表面，然后在基材不熔化的前提下加熱熔化涂層，獲得致密的、結合牢固的噴焊層。1 火焰噴焊設備 噴焊槍二、氧二、氧乙炔火焰噴焊乙炔火焰噴焊噴

26、焊工藝過程主要按焊前預處理、噴焊以及后處理三步進行n預處理：清潔、粗化被處理工件表面n噴焊：噴焊過程包括預熱、噴粉和重熔預熱：使工件表面濕氣蒸發(fā)，產生適當的熱膨脹，減少噴焊層應力，提高噴粉沉積效率噴粉和重熔： 一步法：邊噴粉邊熔化。特點是粉末沉積率高，但涂層厚度不均勻。 二步法：先噴粉后熔化。重熔溫度控制在材料的固相線和液相線之間 n后處理：如果焊層與基體的熱膨脹系數相差較大，應采取噴焊后緩冷的措施。2 火焰噴焊工藝火焰噴焊工藝3 火焰噴焊的應用火焰噴焊的應用 表 714 氧乙炔火焰噴焊工藝應用實例 原材料工藝 改用火焰噴焊工藝 工件名稱 基 材 處理工藝 基 材 噴焊合金 工 藝 使用效果

27、拉絲機平輥 拉絲機寶塔輪 沖 頭 冷沖模沖頭 耐火磚模具 冷拉鋼管內模 翻鋼機工作輥 軋機導衛(wèi)板 加熱爐輥道 磨料密封環(huán) 玻璃模具 GCrl5 GCrl5 3Cr2W8V T10A或 2Cr13 45 鋼 45 鋼 45 鋼 鑄鐵 低碳鋼 1Crl3 鑄鐵 熱處理 熱處理 熱處理 熱處理 熱處理 熱處理 45 鋼 45 鋼 3Cr2W8V A3 鋼 45 鋼 45 鋼 45 鋼 35 鋼 低碳鋼 lCr13 鑄鐵 NiWC25 Ni60 Co35WC Ni60 Ni55 Ni55 或 Ni60 Ni55WC25 CoWC35 Ni60 Ni60 Ni25 二步法 一步法 二步法 二步法 二步法

28、 二步法 二步法 一步法 二步法 二步法 一步法 提高 34 倍 提高 5 倍 提高 3.5 倍 提高 10 倍 提高 9 倍 提高 4 倍 提高 10 倍 提高 4 倍 提高 3 倍 提高 6 倍以上 提高 5 倍 n 等離子噴焊技術是采用等離子弧作為熱源加熱基體，使其表面形成熔池，同時將噴焊粉末材料送入等離子弧中，粉末在弧柱中得到預熱，呈熔化或半熔化狀態(tài)，被焰流噴射至熔池后，充分熔化并排出氣體和熔渣，噴槍移開后合金熔池凝固，形成噴焊層的工藝過程。三、等離子噴焊三、等離子噴焊n等離子噴焊采用非轉移弧與轉移弧的聯合弧，所謂轉移弧是建立在噴焊槍鎢極頭和工件（陽極）之間的等離子弧，它對工件的加熱能

29、力比非轉移弧強，是噴焊過程中的主要熱源，因此稱為主弧。n在工作時首先引燃非轉移弧，然后借助弧在鎢的非轉移極與工件之間形成的等離子體導電通道，建立轉移弧。 1 等離子噴焊設備n等離子噴焊設備特點采用兩臺電源供電，即主電源、輔助電源分別向轉移弧和非轉移弧供電噴嘴中等離子弧通道的長度和直徑比（稱為壓縮比）比較小，通常在11.4之間。這樣等離子弧比較柔軟，熔池小，稀釋率低。需要控制的工藝參數較復雜，如轉移弧和非轉移弧電流、噴焊速度、送粉量、氣體流量、噴槍擺動頻率和幅度，噴嘴距工件距離等。 與其它涂層技術相比，等離子噴焊技術的主要特點：（1）生產效率高。（2）稀釋率低(5)。（3）工藝穩(wěn)定性好，易實現自

30、動化。（4）噴焊層平整，成分均勻，可獲得0.258mm任意厚度噴焊層。3 3 等離子噴焊的特點等離子噴焊的特點n 等離子噴焊適宜對大批量零件的表面強化處理，特別是在在冶金工業(yè)中的工模具和各類閥門的表面強化方面，應用越來越廣泛。4 等離子噴焊的應用等離子噴焊的應用 表 715 等離子噴焊工藝應用示例 原材料工藝 粉末等離子噴焊 工件名稱 基 材 處理工藝 基 材 噴焊部位 噴焊用臺金 使用效果中溫中壓閥門DN600mm 25 鋼 手工堆焊2Crl3 熱處理 25 鋼閥門密封面鐵基不銹鋼HRC3545使用壽命提高1 倍以上 電站鍋爐 蒸汽閥門 25 鋼或， 40CrMo 手工堆焊 鈷基焊條 25

31、鋼或 40CrMo閥門密封面 鈷基HRC4045生產效率提高 3 倍內燃機進排氣閥、閥座 4Cr9Si2Cr14Ni14W2Mo 熱處理 4Cr9Si2Cr14Ni14W2Mo氣門密封面氣門頂端 鈷基HRC4045代替手工堆焊，提高效率及質量輸煤機中部槽板 16Mn 16Mn 高鉻鑄鐵， HC6065使用壽命提高 3 倍無縫鋼管軋頂 Cr17Ni2Mo 熱處理 45 鋼 軋頂表面 WF2604HRC4550使用壽命提高3 倍以上 熱作模具 3Cr2W8V 熱處理 45 鋼 工作面 鈷基HRC4045使用壽命提高 2 倍 機械密封件 1Cr18Ni9Ti lCrl8Ni9Ti 密封面 鎳基HRC

32、4550使用壽命提高 2 倍n 熱噴焊材料分為合金粉末和金屬陶瓷復合粉末，其中以合金粉末應用較多。合金粉末通常采用霧化制粉的方法制造，而其成分大多為自熔性合金。n 自熔性合金：含有B和（或）Si元素，熔點較低，大約在9501150之間，本身具有脫氧、造渣、除氣和良好浸潤性能的合金。自熔合金按照主基料的不同可分為：鈷基自熔合金、鎳基自熔合金和鐵基自熔合金三種。 四、常用熱噴焊材料四、常用熱噴焊材料n 自熔性合金粉末中B、Si的作用：（1）降低合金熔點，擴大固液兩相區(qū)（熔點9501200）。（2）起到脫氧還原作用和造渣（4）利用B、Si固溶強化、彌散強化、生成的金屬間化合物以及硼碳化合物等，提高合

33、金的硬度和耐磨性。（5）使自熔性合金有良好的噴焊工藝性能。 常用的熱噴焊材料分為鐵基、鎳基、鈷基和銅基四大類。熱噴焊材料分類熱噴焊材料分類五 噴焊層質量評定n 噴焊層主要評定指標有涂層厚度、硬度、稀釋率、結合強度以及界面和涂層顯微結構等。n堆焊是在零件表面熔敷上一層耐磨、耐蝕、耐熱等具有特殊性能合金層的技術。n實際上，噴焊技術也屬于堆焊技術的范疇，只是熱噴焊采用的是粉末填充材料，而常規(guī)堆焊一般采用線材或焊條。堆焊的優(yōu)勢在于熔敷效率比熱噴焊要高，但是稀釋率比熱噴焊大得多。n堆焊的物理本質和冶金過程與一般的熔焊工藝沒有什么區(qū)別。幾乎所有的熔焊方法都可以用于堆焊。只是堆焊的目的不是為了起連接作用，而

34、是為了發(fā)揮堆焊層的優(yōu)良性能。第三節(jié)第三節(jié) 堆焊工藝及特點堆焊工藝及特點一、堆焊層的形成和控制1、堆焊層的形成n 堆焊過程中堆焊層材料與基體材料需要有較高的相容性。n 同時，由于堆焊層材料與基體材料成分不同，在堆焊時必定會產生一層組織和性能與基材或堆焊層都不相同的過渡層。該過渡層如果是脆性的，將惡化堆焊層性能。(1) 冶金相容性冶金相容性：堆焊材料與基材在液態(tài)和固態(tài)時的互溶性，以及在堆焊過程中是否會出現金屬間化合物（脆性相）。(2) 物理相容性物理相容性：兩者之間的熔點、膨脹系數、熱導率和電阻率等物理性能的差異越小，物理相容性越好。2 堆焊材料與基材的相容性堆焊材料與基材的相容性n熔合區(qū)就是堆焊層與基體之間的分界區(qū)，一般包括熔合線和具有結晶層和擴散層的過渡區(qū)段，該區(qū)段內成分是不固定的，它與基體之間的界線稱為熔合線。n過渡層中容易產生各種晶體缺陷和脆性相，因此應避免和控制過渡層的產生與長大。3 堆焊的熔合區(qū)堆焊的熔合區(qū)n控制過渡層方法(1)合理選用噴焊材料，避免使用誘發(fā)脆性相的元素，或采用抑制脆性相產生的元素。例如普通低碳鋼表面分別堆焊Cr18Ni9、Cr25Ni13、Cr15Ni25Mo6時，脆性層厚度逐漸變窄。(2)降低稀釋率，減小過渡層厚度5 稀釋率n控制稀釋率方法(1)選擇合適的填充材料和堆焊方法(2)控制堆焊工藝參數，如