物理涂鍍技術(shù)

物理涂鍍技術(shù)第一頁，共四十七頁，2022年，8月28日復(fù)習(xí)：

第一節(jié)熱噴涂的定義、分類及特點

第二節(jié)熱噴涂原理、工藝及應(yīng)用

第三節(jié)氧-乙炔火焰噴涂

一、原理及特點二、重熔

三、噴涂和噴熔設(shè)備四、噴涂用金屬材料

五、噴涂（熔）用金屬粉末

六、噴涂用非金屬粉末

七、噴涂用復(fù)合材料

八、金屬線材火焰噴涂工藝

第二頁，共四十七頁，2022年，8月28日八、金屬線材火焰噴涂工藝

1、工件表面處理1）凈化----同電鍍、涂裝。2）粗化（毛糙處理）（1）噴砂（2）機(jī)械加工①毛車螺紋②車（铇、銑）溝槽、壓花。③車螺紋后壓花車螺紋后壓花④車（铇、銑）溝槽或車螺紋后壓花（3）噴放熱性能粉末（4）特殊形狀毛糙處理第三頁，共四十七頁，2022年，8月28日八、金屬線材火焰噴涂工藝

1、工件表面處理(凈化、粗化)2、噴涂工藝（1）噴前檢查（2）噴涂材料及參數(shù)選擇-----參見教材第四頁，共四十七頁，2022年，8月28日第五頁，共四十七頁，2022年，8月28日八、金屬線材火焰噴涂工藝

1、工件表面處理(凈化、粗化)2、噴涂工藝（3）噴涂操作注意事項涂層是否均勻、盡量使槍與工件表面垂直以避免“虛噴”。3、涂層后處理------機(jī)加工，把工件加工成所需成分；封閉，如下。4、封閉處理1）由于涂層有空隙（如氧乙炔火焰線材噴鋁涂層孔隙率為8-12%），影響防腐蝕效果。2）封閉效果---（涂層+封閉）的壽命>涂層壽命+封閉壽命3）封閉劑應(yīng)具備的條件---良好的滲透性、耐腐蝕性。第六頁，共四十七頁，2022年，8月28日4）封閉劑的種類第七頁，共四十七頁，2022年，8月28日八、金屬線材火焰噴涂工藝

1、工件表面處理2、噴涂工藝

3、涂層后處理4、封閉處理5、噴鋁擴(kuò)散工藝鋼鐵表面預(yù)處理----噴砂噴鋁---厚0.25-0.5mm.涂料保護(hù)-----水玻璃涂三層，防止加熱時鋁流失與基體氧化。擴(kuò)散退火---涂層表層形成氧化膜、內(nèi)部形成鐵鋁合金擴(kuò)散層，起到耐高溫抗氧化。

第八頁，共四十七頁，2022年，8月28日第九頁，共四十七頁，2022年，8月28日新內(nèi)容：九、金屬粉末火焰噴涂工藝

1、表面預(yù)處理及預(yù)熱1）預(yù)處理（凈化和粗化）----提高涂層的附著力2）預(yù)熱----令工件熱膨脹，減小涂層與工件的溫差，減小熱應(yīng)力；提高原子的擴(kuò)散能力，增加涂層的附著力。溫度100℃左右，太高工件表面氧化，減弱涂層的附著力。3）表面預(yù)處理及預(yù)熱的次序-----從道理上講，應(yīng)先預(yù)熱后表面預(yù)處理，實際上有一定的困難。第十頁，共四十七頁，2022年，8月28日九、金屬粉末火焰噴涂工藝2、噴涂1）噴打底粉末（結(jié)合層）----采用鎳鋁復(fù)合放熱型粉末，180-250目，過細(xì)會大量冒煙（氧化加?。?）噴工作涂層------注意火焰大小和送粉量大小的匹配。火焰大粉量小---粉末溫度高；火焰小粉量大---粉末溫度低。粉111或粉112為粉末牌號（具體參見相關(guān)手冊）

第十一頁，共四十七頁，2022年，8月28日九、金屬粉末火焰噴涂工藝3、涂層后處理（封閉）（前面已將）4、涂層缺陷分析1）剝落和裂紋-----工件不潔（氧化膜、油污、銹斑等）、工件預(yù)熱不夠造成熱應(yīng)力過大、打底層太薄且與基體結(jié)合不好等。2）分層和疏松-----噴距過大或與槍與工件表面太斜或熱能不集中；乙炔中含水分或送粉量過大，涂層中產(chǎn)生“夾生”。

第十二頁，共四十七頁，2022年，8月28日十、火焰噴熔工藝

（采用自熔性合金粉末）1、“一步法”噴熔工藝①工件預(yù)處理（凈化、粗化）---②預(yù)熱（一般鋼鐵件200-300℃）----③預(yù)噴粉（0.2mm的噴熔粉末，防止預(yù)熱的工件表面氧化）----④局部噴粉（至所需要厚度，一般不超過2mm）------⑤在該局部重熔-----⑥在另一局部噴粉（至所需要厚度）----⑦重熔-----⑧重復(fù)⑤⑥步驟直至整個工件表面完畢?！耙徊椒ā眹娙酃に囀侵冈谀硞€局部一次噴粉后（除預(yù)噴粉）就達(dá)到所需厚度。第十三頁，共四十七頁，2022年，8月28日十、火焰噴熔工藝2、“二步法”噴熔工藝①工件預(yù)處理（凈化、粗化）---②預(yù)熱（一般鋼鐵件200-300℃）----③預(yù)噴粉（0.2mm的噴熔粉末，防止預(yù)熱的工件表面氧化）----④整體噴粉（一次一般不超過1.2mm）------⑤整體重熔-----⑥整體噴另一次粉----⑦整體重熔-----⑧重復(fù)⑤⑥步驟直至整個工件表面達(dá)到所需厚度。“二步法”噴熔工藝是指整個工件表面分多次噴粉后（除預(yù)噴粉）才達(dá)到所需厚度。第十四頁，共四十七頁，2022年，8月28日十、火焰噴熔工藝3、“一步法”與“二步法”的區(qū)別“一步法”-----局部一次噴粉。適于小工件或中小工件局部區(qū)域的噴粉?！岸椒ā?----整體多次噴粉。適于圓柱及回轉(zhuǎn)件或大面積工件的噴粉。第十五頁，共四十七頁，2022年，8月28日十一、塑料粉末火焰噴涂工藝1、獲取塑料涂層的比較

目前廣泛采用流化床和靜電噴粉，涂層質(zhì)量好，但不能用于大型工件，僅在室內(nèi)施工涂層較薄。所以，塑料粉末火焰噴涂工藝在某些場合是必要的。2、塑料粉末火焰噴涂的關(guān)鍵問題1）粉末通過火焰區(qū)加熱，既要加熱到熔融狀態(tài)又不能過熱而變質(zhì)。2）均勻送粉。3）基體適當(dāng)預(yù)熱。

第十六頁，共四十七頁，2022年，8月28日十一、塑料粉末火焰噴涂工藝3、工藝特點1）涂層光滑無氣孔，這是金屬粉末、陶瓷粉末無法比的。2）涂層性能可控制，加金屬粉末可提高涂層的耐磨和導(dǎo)熱性；3）加陶瓷粉末可提高涂層硬度和耐磨性；4）加不同顏料以及改性劑可得到不同的裝飾效果。第十七頁，共四十七頁，2022年，8月28日十一、塑料粉末火焰噴涂工藝4、工藝過程1）粉料準(zhǔn)備：選粉（100-250目），烘烤（60℃2小時）2）工件前處理：凈化、粗化，預(yù)熱（150-250℃）3）噴粉（噴距200mm）4）淬火（可自然冷卻，也可水淬令其晶粒細(xì)化，提高涂層結(jié)合強(qiáng)度和韌性）

第十八頁，共四十七頁，2022年，8月28日目是指每平方英吋篩網(wǎng)上的孔眼數(shù)目，1目就是指每平方英吋上的孔眼是1個。除了表示篩網(wǎng)的孔眼外，它同時用于表示能夠通過篩網(wǎng)的粒子的粒徑，目數(shù)越高，粒徑越小。

下表為我國通常使用的篩網(wǎng)目數(shù)與粒徑（μm）對照表目μm目μm目μm目μm2.5792512139760245325473588014116565220425334459916991801985002553962208331001656252063327247011101508001572794275891808312501082362324952007425005919813541725061325021016514035027053125001第十九頁，共四十七頁，2022年，8月28日十一、塑料粉末火焰噴涂工藝

5、塑料粉末火焰噴涂原理空氣筒火焰筒粉末熔融態(tài)氧乙炔氣壓縮空氣粉末工件第二十頁，共四十七頁，2022年，8月28日1、（涂層+封閉）復(fù)合的壽命>單獨涂層壽命+單獨封閉層壽命？主要是封閉劑堵塞了涂層中的空隙，切斷了腐蝕介質(zhì)腐蝕基體的通道，達(dá)到了涂層和封閉劑發(fā)揮各自優(yōu)勢，彌補(bǔ)它層缺點的效果。故壽命長。2、打底粉末的作用是什么？打底粉末----NiAl復(fù)合粉末，3Ni+Al=Ni3Al+Q，Ni+Al=NiAl+Q，產(chǎn)生瞬間高溫，使Ni能向基體中擴(kuò)散，形成冶金結(jié)合，提高涂層與基體的結(jié)合力。3、什么是噴熔的“一步法”、“二步法”？“一步法”噴熔工藝是指在某個局部一次噴粉后（除預(yù)噴粉）就達(dá)到所需厚度。適于小工件或中小工件局部區(qū)域的噴粉。“二步法”噴熔工藝是指整個工件表面分多次噴粉后（除預(yù)噴粉）才達(dá)到所需厚度。適于圓柱及回轉(zhuǎn)件或大面積工件的噴粉。第二十一頁，共四十七頁，2022年，8月28日第四節(jié)超音速火焰噴涂和爆炸火焰噴涂（略）第二十二頁，共四十七頁，2022年，8月28日第五節(jié)電弧噴涂

一、原理及發(fā)展現(xiàn)狀1、原理

其飛行時間只有幾千分之一秒或更少通電后，兩金屬絲間產(chǎn)生電弧，金屬絲一邊熔化一邊送進(jìn)，壓縮空氣將熔化金屬液霧化，高速飛向工件表面成涂層。第二十三頁，共四十七頁，2022年，8月28日一、原理及發(fā)展現(xiàn)狀2、發(fā)展現(xiàn)狀熱噴涂技術(shù)是在1908年由瑞士的肖普（schoop）博士發(fā)明（首創(chuàng)）并用霧化裝置進(jìn)行噴涂試驗的。在1913年制作出世界首臺絲材噴槍，并在其后逐漸完善和得到應(yīng)用。1920年，日本人去瑞士考察后，發(fā)明了以交流電為熱源的電弧熱噴涂裝置，但因交流電不穩(wěn)定，效率低，涂層質(zhì)量差等原因，這種交流電弧熱噴涂技術(shù)及裝置未能得到實際的推廣和應(yīng)用。后來德國改用直流電源后，電弧噴涂才有了真正的實用價值，1938年，美國研制成功了電弧絲材噴槍，其后又研制出粉末氧－乙炔火焰噴槍。1953年，當(dāng)時的西德研制出自熔性合金粉，這是噴涂材料發(fā)展的一次重大突破，（是粉末噴涂材料從單一金屬向合金材料發(fā)展，從低熔點材料向高熔點材料發(fā)展，從低耐磨性向高耐磨性發(fā)展的里程碑）。第二十四頁，共四十七頁，2022年，8月28日一、原理及發(fā)展現(xiàn)狀上世紀(jì)50年代后期，美國又相繼研制出爆炸噴涂和等離子噴涂，滿足了當(dāng)時航空、導(dǎo)彈等尖端技術(shù)對涂層性能的需要。上世紀(jì)60～70年代，是噴涂材料發(fā)展十分活躍的時期，美國、加拿大、瑞士、西德、比利時等國分別研制生產(chǎn)出系列的復(fù)合粉、多種自熔合金粉、陶瓷粉、金屬陶瓷粉和自粘結(jié)復(fù)合粉等，這其中包括以Ni-Al為基礎(chǔ)的放熱型復(fù)合粉，這些材料的出現(xiàn)以及材料生產(chǎn)技術(shù)的不斷完善，使得噴涂材料更加齊備和商品化，滿足了當(dāng)時，直到今天人們在這方面的需求。第二十五頁，共四十七頁，2022年，8月28日二、電弧噴涂特點及應(yīng)用1、特點1）涂層與基體結(jié)合強(qiáng)度高（180m/s，而火焰線材噴涂<160m/s，溫度高，粒子含熱量多，偽冶金結(jié)合傾向大。2）噴涂效率高，可達(dá)55kg/hZn，是火焰線材噴涂2-4倍。3）設(shè)備投資大，但使用費用低（效率高，電比氣費用低）。4）可方便地制造“偽合金層”。

第二十六頁，共四十七頁，2022年，8月28日第二十七頁，共四十七頁，2022年，8月28日二、電弧噴涂特點及應(yīng)用2、應(yīng)用----與火焰線材噴涂相同防腐蝕、耐磨損、特殊涂層（耐熱、導(dǎo)電、生物相容等）第二十八頁，共四十七頁，2022年，8月28日三、電弧噴涂設(shè)備1、結(jié)構(gòu)

第二十九頁，共四十七頁，2022年，8月28日三、電弧噴涂設(shè)備2、主要技術(shù)參數(shù)槍重2-6kg，全套設(shè)備重50kg左右，噴絲直徑1.5-3mm，工作電流100-300A，電壓25-30V。壓縮空氣壓力0.5-0.6MP，消耗量0.5-1.5m3/min，噴涂效率幾kg致幾十kg。送絲方式：推絲、送絲、推拉絲第三十頁，共四十七頁，2022年，8月28日四、電弧噴涂工藝1、一般工藝2、某公司工藝第三十一頁，共四十七頁，2022年，8月28日五、線爆噴涂解決小孔內(nèi)壁的噴涂問題----上世紀(jì)50年代末，日本九州大學(xué)棲原教授研制。12第三十二頁，共四十七頁，2022年，8月28日第六節(jié)等離子噴涂

一、等離子噴涂原理1、原理

工作氣體---Ar或N2或Ar+5%-15%H2或N2+5%-15%H2通電后鎢極與殼體之間產(chǎn)生電弧等離子弧，溫度可達(dá)20000K，加熱噴涂材料至熔融或半熔融態(tài)，被高速焰流霧化并高速撞向工件涂層。第三十三頁，共四十七頁，2022年，8月28日一、等離子噴涂原理1、原理

2、等離子焰流的特性1）什么是等離子體等離子體可分為三大類：①高溫高壓等離子體，電離度100％，溫度可達(dá)幾億度，用于核聚變的研究；②低溫低壓等離子體，電離度不足1％，溫度僅為50～250度；③高溫低壓等離子體，約有1％以上的氣體被電離，具有幾萬度的溫度。離子、自由電子、未電離的原子的動能接近于熱平衡。熱噴涂所利用的正是這類等離子體。第三十四頁，共四十七頁，2022年，8月28日速度-----工作氣體熱膨漲壓力下產(chǎn)生高速，可達(dá)1000～2000m/s溫度-----溫度可達(dá)20000K等離子體的焓值-----H2>N2>Ar電弧等離子體的靜特性-----電弧電壓與電弧電流之間的關(guān)系一、等離子噴涂原理1、原理

2、等離子焰流的特性1）什么是等離子體2）等離子焰流的速度和溫度第三十五頁，共四十七頁，2022年，8月28日第三十六頁，共四十七頁，2022年，8月28日第三十七頁，共四十七頁，2022年，8月28日一、等離子噴涂原理

1、原理2、等離子焰流的特性3、等離子體噴涂的特點1）溫度高，可噴材料廣泛（幾乎所有材料）2）工件不帶電，基材范圍廣3）基體熱損傷小（與噴熔和堆焊相比）4）涂層質(zhì)量好（涂層致密、附著力大，因為溫度、速度均高）5）缺點：有強(qiáng)光、強(qiáng)噪聲、和有害蒸汽等，需采取防護(hù)措施。

第三十八頁，共四十七頁，2022年，8月28日我不認(rèn)為在聽音樂！第三十九頁，共四十七頁，2022年，8月28日作業(yè)題二1、畫圖說明電弧噴涂的原理。其特點是什么？

特點1）涂層與基體結(jié)合強(qiáng)度高。（180m/s，而火焰線材噴涂<160m/s，溫度高，粒子含熱量多，偽冶金結(jié)合傾向大）2）噴涂效率高，可達(dá)55kg/hZn，是火焰線材噴涂2-4倍。3）設(shè)備投資大，但使用費用低。（效率高，電比氣費用低）。4）可方便地制造“偽合金層”。通電后，兩金屬絲間產(chǎn)生電弧，金屬絲一邊熔化一邊送進(jìn)，壓縮空氣將熔化金屬液霧化，高速飛向工件表面成涂層。第四十頁，共四十七頁，2022年，8月28日作業(yè)題三特點1）溫度高，可噴材料廣泛（幾乎所有材料）2）工件不帶電，基材范圍廣3）基體熱損傷?。ㄅc噴熔和堆焊相比）4）涂層質(zhì)量好（涂層致密、附著力大，因為溫度、速度均高）5）缺點：有強(qiáng)光、強(qiáng)噪聲、和有害蒸汽等，需采取防護(hù)措施。工作氣體---Ar或N2或Ar+5-15%H2或N2+5-15%H2通電后鎢極與殼體之間產(chǎn)生電弧等離子弧，溫度可達(dá)20000K，加熱噴涂材料至熔融或半熔融態(tài)，被高速焰流霧化并高速撞向工件涂層。2、畫圖說明等離子噴涂的原理。其特點是什么？第四十一頁，共四十七頁，2022年，8月28日“863”計劃(項目）1986年3月，王大珩、王淦（gan）昌、楊嘉墀（chi）、陳芳允四位老科學(xué)家給中共中央寫信，提出要跟蹤世界先進(jìn)水平，發(fā)展我國高技術(shù)的建議。這封信得到了鄧小平同志的高度重視，小平同志親自批示：此事宜速決斷，不可拖延。經(jīng)過廣泛、全面和極為嚴(yán)格的科學(xué)和技術(shù)論證后，中共中央、國務(wù)院批準(zhǔn)了《高技術(shù)研究發(fā)展計劃（863計劃）綱要》。從此，中國的高技術(shù)研究發(fā)展進(jìn)入了一個新階段。15年來，在黨中央和國務(wù)院的正確領(lǐng)導(dǎo)下，在有關(guān)部門的大力支持下，經(jīng)過廣大科技人員的奮力攻關(guān)，863計劃取得了重大進(jìn)展，為我國高技術(shù)發(fā)展、經(jīng)濟(jì)建設(shè)和國家安全做出了重要貢獻(xiàn)。

863計劃是在世界高技術(shù)蓬勃發(fā)展、國際競爭日趨激烈的關(guān)鍵時期，我國政府組織實施的一項對國家的長遠(yuǎn)發(fā)展具有重要戰(zhàn)略意義的國家高技術(shù)研究發(fā)展計劃，在我國科技事業(yè)發(fā)展中占有極其重要的位置，肩負(fù)著發(fā)展高科技、實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化的重要歷史使命。第四十二頁，共四十七頁，2022年，8月28日根據(jù)中共中央《高技術(shù)研究發(fā)展計劃（863計劃）綱要》精神，863計劃從世界高技術(shù)發(fā)展的趨勢和中國的需要與實際可能出發(fā)，堅持“有限目標(biāo),突出重點”的方針，選擇了生物技術(shù)、航天技術(shù)、信息技術(shù)、激光技術(shù)、自動化技術(shù)、能源技術(shù)和新材料7個高技術(shù)領(lǐng)域作為我國高技術(shù)研究發(fā)展的重點（1996年增加了海洋技術(shù)領(lǐng)域）。其總體目標(biāo)是：集中少部分精干力量，在所選的高技術(shù)領(lǐng)域，瞄準(zhǔn)世界前沿，縮小與發(fā)達(dá)國家的差距，帶動相關(guān)領(lǐng)域科學(xué)技術(shù)進(jìn)步，造就一批新一代高水平技術(shù)人才，為未來形成高技術(shù)產(chǎn)業(yè)準(zhǔn)備條件，為20世紀(jì)末特別是21世紀(jì)初我國經(jīng)濟(jì)和社會向更高水平發(fā)展和國防安全創(chuàng)造條件。為此，國家每年都要為863計劃投入千億人民幣以上的巨資。

863計劃主要是由政府主導(dǎo)，同時鼓勵企業(yè)的參與。其中國家級的科研機(jī)關(guān)和各高等院校是科學(xué)研究的主導(dǎo)力量，而企業(yè)要加入863計劃必須通過政府和相關(guān)部門的嚴(yán)格篩選，更重要的是企業(yè)自身的實力和發(fā)展?jié)摿Γ虼酥挥袠O少具有實力的企業(yè)才能作為該計劃的