熱噴涂、噴焊與堆焊技術(shù)課件

熱噴涂、噴焊與堆焊技術(shù)第五章第一節(jié)：熱噴涂技術(shù)1.1、熱噴涂技術(shù)原理與特點(diǎn)1.熱噴涂原理利用各種不同的熱源，將欲噴涂的各種材料(如金屬、合金、陶瓷、塑料及其各類復(fù)合材料)加熱至熔化或熔融狀態(tài)，借助氣流高速霧化形成“微粒霧流”沉積在已經(jīng)預(yù)處理的工件表面形成堆積狀，與基體緊密結(jié)合形成噴涂層。而將某些噴涂層進(jìn)行重熔處理形成的冶金結(jié)合特征的涂層稱之為噴熔層或重熔層。２.熱噴涂技術(shù)的特點(diǎn)(1)可在各種基體上制備各種材質(zhì)的涂層金屬、陶瓷、金屬陶瓷以及工程塑料等都可用作熱噴涂的材料；而金屬、陶瓷、金屬陶瓷、工程塑料、玻璃、石膏、木材、布、紙等幾乎所有固體材料都可以作為熱噴涂的基材；(2)基體溫度低基材溫度一般在30~200oC之間，因此變形小，熱影響區(qū)淺；(3)操作靈活可噴涂各種規(guī)格和形狀的物體．特別適合于大面積涂層，并可在野外作業(yè)；(4)涂層厚度范圍寬從幾十微米到幾毫米的涂層都能制備，且容易控制；（5）噴涂效率高，成本低．噴涂時(shí)生產(chǎn)效率為每小時(shí)數(shù)公斤到數(shù)十公斤。（6）熱噴涂技術(shù)的局限性主要體現(xiàn)在熱效率低，材料利用率低、浪費(fèi)大和涂層與基材結(jié)合強(qiáng)度較低三個(gè)方面。盡管如此，熱噴涂技術(shù)仍然以其獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)獲得了廣泛的應(yīng)用。３.涂層材料熱噴涂材料最好有較寬的液相區(qū)；

較寬的液相區(qū)可以使熔滴在較長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)保持液相。對(duì)噴涂材料的形狀與尺寸也有要求；一般是線材或粉末材料。線材的規(guī)格一般在φ1~3mm，而粉末1~100μm之間。5.涂層結(jié)構(gòu)由大小不一的扁平顆粒、未熔化的球形顆粒、夾雜和孔隙組成。6.熱噴涂中的相變?nèi)鄣纬叽缧。鋮s速度快，可達(dá)到106K/s，冷卻后會(huì)形成非晶態(tài)或亞穩(wěn)相，在高溫使用時(shí)，涂層的亞穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)會(huì)向穩(wěn)定相轉(zhuǎn)變，產(chǎn)生相變應(yīng)力。7.涂層應(yīng)力涂層材料的冷卻凝固伴隨著收縮過(guò)程，從而在基體表面產(chǎn)生壓應(yīng)力。熱噴涂層的最佳厚度一般不超過(guò)0.5mm.表面預(yù)處理清洗粗化粘結(jié)底層熱噴涂熱能產(chǎn)生熱能與噴涂材料交互作用后處理封孔密實(shí)化機(jī)加工車削磨削拋光熱噴涂工藝流程9．熱噴涂工藝流程和質(zhì)量控制1.2、熱噴涂工藝方法①熔體金屬注入噴涂主要是噴涂低熔點(diǎn)的金屬。用電阻加熱的方法．使熔化金屬漏入霧化罐內(nèi)，噴射到基體表面形成涂層．②線材火焰噴涂主要噴涂鋁、鋅、鋅鋁合金材料，用于大型鋼結(jié)構(gòu)件和各類鋼絲的耐腐涂層。通過(guò)調(diào)節(jié)壓緊滾輪的旋轉(zhuǎn)速度，調(diào)節(jié)線材進(jìn)入氧—乙炔火焰的速度，在環(huán)狀壓縮空氣的作用下將熔化的線材霧化成金屬熔滴沉積到工件表面上．③粉末火焰噴涂噴涂粉末從火焰中央噴出后被火焰加熱至熔融態(tài)噴射到基體表面，可以噴涂各種金屬及合金粉末，并可以噴涂熔點(diǎn)低于2600?C陶瓷粉末和塑料粉末?；鹧娣勰﹪娡吭O(shè)備④爆炸噴涂這是一種將燃?xì)夂椭細(xì)獍匆欢ū壤M(jìn)行混合后，送入燃爆室內(nèi)點(diǎn)燃爆炸，產(chǎn)生的高溫、高速氣流將粉末噴射到工作表面形成涂層的方法

⑥電弧噴涂二根送入的通電金屬絲相交時(shí)產(chǎn)生電弧，由電弧熱溶化的金屬絲被壓縮空氣霧化成顆粒，噴射到工件表面形成涂層．這種噴涂方法比線材火焰噴涂具有更高的噴涂效率和好的涂層質(zhì)量．電弧噴涂效率可達(dá)50kg/h。電弧噴涂設(shè)備⑦等離子噴涂采用氮?dú)?、氬氣、氫氣作為離子氣、經(jīng)電離產(chǎn)生等離子高溫射流，將輸入的材料熔化或熔融噴射到工作表面形成涂層的方法。主要用于制備金屬陶瓷，金屬相陶瓷涂層。在其基礎(chǔ)上發(fā)展了超音速等離子噴涂．它的等離子焰流能量密度更高、焰流速度更快、提高了涂層質(zhì)量。超音速噴涂設(shè)備⑧激光噴涂將從激光器發(fā)出的激光束聚焦在噴槍噴嘴近旁，噴涂粉末由壓縮氣體從噴嘴噴出，由激光束加熱熔化，壓縮氣體將熔粒霧化、加速，噴射到基材表面形成涂層。熱噴涂涂層材料分類熱噴涂涂層材料分類1.4、熱噴涂技術(shù)的應(yīng)用1）噴涂耐腐蝕涂層采用熱噴涂技術(shù)可以噴涂耐各種介質(zhì)腐蝕的保護(hù)涂層，如鋅、鋁、不銹鋼、鎳合金、蒙乃爾合金、青銅以及氧化鋁、氧化鉻陶瓷涂層和塑料等。2)噴涂耐磨涂層噴涂各種鐵基或鎳基耐磨合金涂層，或氧化鋁、氧化鉻等耐磨陶瓷涂層和鎳基或鈷基碳化鎢涂層。3)噴涂耐高溫涂層噴涂技術(shù)可用于改善機(jī)械零件的高溫性能。超音速火焰噴涂Cr2C3-NiCr涂層，在900oＣ以下是非常好的耐磨涂層，溫度在900oＣ以上，則可以采用大氣等離子噴涂氧化鋯涂層。噴涂氧化鋁—氧化鈦等陶瓷涂層可防止熔融金屬的侵蝕。4)噴涂功能涂層廣泛應(yīng)用于電氣工業(yè)中，如噴涂屏蔽涂層，用于消除電磁波和無(wú)線電波的干擾。5)噴涂成型采用熱噴涂制造機(jī)械零件?？焖俪尚汀?.5、熱噴涂涂層質(zhì)量評(píng)定1.涂層厚度的測(cè)定簡(jiǎn)單幾何形狀可直接用游標(biāo)卡尺或千分尺；復(fù)雜形狀可采用磁性法和渦流法測(cè)厚儀(參考GB11374－89)2.孔隙率測(cè)定金相法3.結(jié)合強(qiáng)度測(cè)定采用拉伸法，見(jiàn)右圖4．涂層顯微結(jié)構(gòu)觀察第二節(jié)：熱噴焊工藝與特點(diǎn)2.1、熱噴焊工藝的一般特點(diǎn)采用熱源使涂層材料在基體表面重新熔化或部分熔化，實(shí)現(xiàn)涂層與基體之間、涂層內(nèi)顆粒之間的冶金結(jié)合，消除孔隙、這就是熱噴焊技術(shù)。根據(jù)采用的熱源不同，熱噴焊技術(shù)有：氧—乙炔火焰噴焊和等離子噴焊兩種?；咎攸c(diǎn)a)熱噴焊組織致密，冶金缺陷很少，與基材結(jié)合強(qiáng)度高;b)熱噴焊材料必須與基材相匹配，噴焊材料和基材比熱噴涂窄得多；原因1）噴焊材料需能夠潤(rùn)濕基材；2）必須與基材相容，即它們?cè)谝合嗪凸滔嘞卤仨氂幸欢ǖ娜芙舛龋?）基材的熔點(diǎn)應(yīng)高于噴焊材料的熔點(diǎn)，否則易導(dǎo)致基材塌陷或損壞；4）噴焊材料在凝固結(jié)晶過(guò)程中應(yīng)不會(huì)產(chǎn)生熱裂紋，或使基材熱影響區(qū)產(chǎn)生裂紋。因此，熱噴焊工藝只能適合于一些特定的金屬材料（包括基材和粉末）C)熱噴焊工藝中基材的變形比熱噴涂大得多；溫度高，導(dǎo)致基材變形大。因此，對(duì)于一些形狀復(fù)雜、易熱變形的零件，無(wú)法使用熱噴焊技術(shù)。d)熱噴焊層的成分與噴焊材料的原始成分會(huì)有一定差別；由于基體表面會(huì)少量熔化，并與噴焊材料形成合金，導(dǎo)致成分差異。一般將基材熔入噴焊層中的重量百分含量稱為噴焊層的稀釋率。2.2、氧—乙炔火焰噴焊采用氧乙炔火焰作為噴焊熱源的工藝。2.3、等離子噴焊等離子噴焊技術(shù)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(shí)將噴焊粉末材料送入等離子弧中，粉末在弧柱中得到預(yù)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(kāi)后合金熔池凝固、形成噴焊層的工藝過(guò)程。等離子噴焊技術(shù)的主要特點(diǎn)：(1)生產(chǎn)效率高因?yàn)榈入x子噴焊溫度高、傳熱率大，因此噴焊速度高，生產(chǎn)率也較高，并能順利地進(jìn)行難熔材料的噴焊；(2)稀釋率低為保持噴焊層的性能，要求基體材料熔入噴焊層的比例少；即稀釋率低；5％(3)工藝穩(wěn)定性好．易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化(4)噴焊層成分、組織均勻噴焊層平整光滑，尺寸可以得到較精確地控制，可獲得0.25—8mm之間任意厚度的噴焊層。2.4、常用熱噴焊材料第三節(jié)：堆焊工藝及特點(diǎn)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(shù)。堆焊的物理本質(zhì)與一般的熔焊工藝無(wú)區(qū)別。只是堆焊的目的不是為了起連接作用，而是為了發(fā)揮堆焊層的優(yōu)良性能。熱噴焊也屬于堆焊技術(shù)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(shì)在于熔敷效率比熱噴焊要高，但是稀釋率比熱噴焊大得多。3.1、堆焊層的形成和控制１.堆焊層的形成由于堆焊材料與基材成分不同，必定會(huì)產(chǎn)生一層性能和組織與基材和堆焊層都不相同的過(guò)渡層。該過(guò)渡層如果是脆性的，將使性能惡化。２.相容性取決于互溶性及是否產(chǎn)生脆性金屬間化合物；還需考慮兩者之間的熔化溫度、膨脹系數(shù)、熱導(dǎo)率和比電阻等物理性能的差異。3.熔合區(qū)的成分、組織與性能熔合區(qū)即堆焊層與基體之間的分界區(qū)，一般包括熔合線和結(jié)晶過(guò)渡區(qū)段。由于熔焊區(qū)內(nèi)各層的結(jié)晶特點(diǎn)不同，可能由于成分的變化形成性能不良的過(guò)渡層，如在低碳鋼上堆焊合金鋼焊層，經(jīng)回火后過(guò)渡層中的含碳量大大增加，形成大量脆性金屬化合物，導(dǎo)致焊層開(kāi)裂。堆焊過(guò)程中應(yīng)盡量避免或控制過(guò)渡層的產(chǎn)生和長(zhǎng)大。盡量采用能抑制脆性相產(chǎn)生的元素。如選用含有大量的奧氏體形成元素的奧氏體堆焊材料。4.稀釋率稀釋率強(qiáng)烈地影響堆焊層的成分和性能。稀釋率主要通過(guò)控制堆焊工藝參數(shù)，如堆焊功率、堆焊速度、焊道間距等來(lái)控制。另外，在堆焊過(guò)程中向熔池中補(bǔ)加填充金屬，也可以降低稀釋率。5.內(nèi)應(yīng)力堆焊耐磨層通常不做消除應(yīng)力處理，所以在堆焊過(guò)程中由于熱膨脹或收縮引起的殘余應(yīng)力可能是難以克服的。這些應(yīng)力是否引起變形或開(kāi)裂，在很大程度上取決于堆焊金屬和基材的強(qiáng)度和塑性。對(duì)工件進(jìn)行焊前預(yù)熱和焊后緩冷以及采用堆焊底層方法，可以減少堆焊層內(nèi)應(yīng)力。3.2、堆焊技術(shù)的應(yīng)用特性結(jié)合強(qiáng)度高，抗沖擊性能好；1通過(guò)正確設(shè)計(jì)堆焊層的合金體系，可以獲得抗磨損、沖擊、腐蝕、擦傷和氣蝕等多種性能的堆焊層，成分和性能調(diào)節(jié)方便；2堆焊層厚度大，2-30mm；3手弧焊：3kg/h;雙帶極埋弧焊：68kg/h；設(shè)備簡(jiǎn)單，與焊接設(shè)備通用；5熔敷效率高；4加熱不均勻，薄壁、細(xì)長(zhǎng)構(gòu)件要注意變形。63.3、堆焊工藝方法各種焊接方法都可以用來(lái)進(jìn)行堆焊.常用堆焊的工藝方法可分為氧—乙炔焰堆焊、手工電弧堆焊、鎢極氬弧堆焊、熔化極氣體保護(hù)電弧堆焊、埋弧堆焊、等離子弧堆焊和電渣堆焊等。堆焊材料通常呈棒狀、管狀、帶狀，焊劑可以裝在管芯內(nèi)或作為焊條藥皮包覆在外層使用。3.4、堆焊材料1．類型包括：鐵基、鎳基、鈷基、銅基和碳化鎢復(fù)合堆焊材料等鐵基合金：含C量的變化---珠光體，M，耐磨。鈷基、鎳基堆焊合金價(jià)格較高，由于高溫性能好，耐腐蝕，主要在要求高溫磨損、高溫腐蝕的場(chǎng)合使用。銅基堆焊材料具有較好的耐大氣、耐海水和耐各種酸堿溶液的腐蝕，并能減少金屬間的摩擦系數(shù)。碳化鎢金屬陶瓷堆焊層在耐嚴(yán)重磨料磨損和工具堆焊中占有