堆焊與熱噴涂技術(shù)

堆焊與熱噴涂技術(shù)第1頁，課件共104頁，創(chuàng)作于2023年2月一概述

堆焊：是借用焊接的手段對金屬材料表面進行厚膜改質(zhì)。對本來是用一般材料制成的零件，通過堆焊一層高合金，可使其性能得到明顯的改善或提高。堆焊也是修復的方法5.1堆焊技術(shù)第2頁，課件共104頁，創(chuàng)作于2023年2月

堆焊是一種熔焊工藝，堆焊就其物理本質(zhì)和冶金過程而言，具有焊接的一般規(guī)律，原則上已有的熔焊方法都可以用于堆焊。堆焊技術(shù)的進步是希望采用的堆焊方法有較小的母材稀釋、較高的熔敷速度和優(yōu)良的堆焊層性能，即優(yōu)質(zhì)、高效、低稀釋率的堆焊技術(shù)。第3頁，課件共104頁，創(chuàng)作于2023年2月金屬表面堆焊的特點1.堆焊的目的是用于表面改質(zhì)，因此，堆焊材料與基體往往差別很大，因而具有異種金屬焊接的特點。2.與整個機件相比，堆焊層仍是很薄的一層，因此，其本身對整體強度的貢獻，不像通常焊縫那樣嚴格，只要能承受表面耐磨等要求即可。堆焊層與基體的結(jié)合力，也無很高要求，一般冶金結(jié)合即可滿足，但是必須保證工藝過程中對基體的強度不損害，或者損害可控制在允許限度之內(nèi)。第4頁，課件共104頁，創(chuàng)作于2023年2月3.要保證堆焊層自身的高性能，要求盡可能低的稀釋率。4.堆焊用于強化某些表面，因而希望焊層盡可能平整均勻。這要求堆焊材料與基體應(yīng)有盡可能好的潤濕性和盡可能好的流平性。第5頁，課件共104頁，創(chuàng)作于2023年2月堆焊方法較其它表面處理方法的優(yōu)點（1）堆焊層與基體金屬的結(jié)合為冶金結(jié)合，結(jié)合強度高，抗沖擊性能好。（2）堆焊層金屬的成分和性能調(diào)節(jié)方便，一般常用的手工電弧焊堆焊條或藥芯焊絲調(diào)節(jié)配方很方便，可以設(shè)計出各種合金體系，以適應(yīng)不同的工況條件。（3）堆焊層厚度較大，一般堆焊層厚度可在2～3㎜內(nèi)調(diào)節(jié)，更適合于嚴重磨損的工況條件。（4）堆焊方法具有高的性能價格比，當工件的基體采用普通材料制造，表面采用高合金堆焊層時，不僅降低了制造成本，而且還節(jié)約許多貴重金屬。第6頁，課件共104頁，創(chuàng)作于2023年2月堆焊的應(yīng)用1）恢復工件尺寸2）抗磨損3）抗腐蝕堆焊高鉻鑄鐵堆焊焊條鈷基D842焊條第7頁，課件共104頁，創(chuàng)作于2023年2月電火花沉積堆焊冷焊機第8頁，課件共104頁，創(chuàng)作于2023年2月輥壓機耐磨堆焊材料普通錳型堆焊焊條第9頁，課件共104頁，創(chuàng)作于2023年2月二、異種金屬熔焊（堆焊）理論

一、熔合區(qū)的形成與結(jié)構(gòu)1.熔合區(qū)所謂熔合區(qū)一般包括熔合線和具有結(jié)晶層與擴散層的過渡區(qū)段。焊縫完全冷卻以后，熔合區(qū)一部分由基體金屬組成，另一部分由焊縫金屬組成。2．熔合區(qū)的結(jié)構(gòu)特點兩種金屬盡管合金化特性彼此差別很大，但只要它們的晶格相同，基體金屬與焊縫金屬的熔合區(qū)就有相容性。對于組織類型不同的鋼，熔合區(qū)的形成過程就比較復雜。根據(jù)結(jié)晶方向和尺寸相適應(yīng)的規(guī)律，被焊金屬晶格的周期彼此相差不超過9﹪才會產(chǎn)生共同的結(jié)晶。這時在熔合區(qū)內(nèi)就出現(xiàn)從一種晶格過渡到另一種晶格的單原子層，此過渡層總是受到一定的應(yīng)力。一般說來,用手工電弧焊時，過渡層的平均厚度約為0.4～0.6㎜,而用埋弧時,約為0.25～0.5㎜。第10頁，課件共104頁，創(chuàng)作于2023年2月擴散過渡層在堆焊過程中,固態(tài)基體金屬和液態(tài)金屬互相作用必定會引起熔合區(qū)內(nèi)某種程度的異擴散。異擴散速度的大小取決于溫度、接觸時間、濃度梯度和原子的遷移率。異擴散形成的擴散過渡層往往會損害焊層的性能。當基體金屬與堆焊金屬的成分相差很大時，在焊縫金屬熔合線附近，會形成一個成分變化不定的區(qū)域，即擴散過渡層。熔合區(qū)內(nèi)形成擴散過渡層,在鋼中這種擴散運動能力最強的是碳。第11頁，課件共104頁，創(chuàng)作于2023年2月三堆焊合金的類型及性能

堆焊合金的類型1.低碳低合金鋼:性能特點是含碳量小于0.3﹪，合金元素總量少于5﹪，Mn、Cr、Si為主，沖擊韌性好，易于機械加工，用于金屬間磨損的零件，如軸類、齒輪等。2.中碳低合金鋼：性能特點是含碳量0.3﹪～0.6﹪，合金元素總量少于5﹪，Cr、Mn、Mo、Si為主，抗壓強度高，適合于受中等沖擊的磨損零件。3.高碳低合金鋼：性能特點是含碳量0.7﹪～1.0﹪，合金總量約5﹪，Mn、Cr、Si為主。硬度較高，用于不受沖擊或弱沖擊的低應(yīng)力磨料磨損零件，如推土機鏟刃等。4.鉻-鉬、鉻-鎢熱穩(wěn)定鋼：性能特點是含碳量0.5﹪左右，Cr、W、Mo、V為主要合金元素，紅硬性好，高溫耐磨性好，用于熱模具堆焊。第12頁，課件共104頁，創(chuàng)作于2023年2月5.高鉻鋼：性能特點是Cr13系，含碳0.1﹪～0.4﹪，Cr12系，含碳0.9﹪～1.5﹪，含Cr大于12﹪。組織為馬氏體＋鐵素體。有良好的耐磨及耐腐蝕性，用于有腐蝕介質(zhì)的磨料磨損或金屬間磨損。

6.奧氏體高錳鋼和鉻錳鋼：性能特點是Mn含量大于12﹪，鉻錳鋼有較好的耐腐蝕性，Mn13可以沖擊相變。用于嚴重沖擊條件下的零件，如礦石鏟斗、碎石機等。

7.奧氏體鎳鉻鋼：性能特點是在Cr18Ni8基礎(chǔ)上，加入S、Mo、V、Mn、W等元素，提高耐腐蝕及耐熱性能。用于閥門、閥座、石油化工工業(yè)中的反應(yīng)器、容器等防腐或耐熱堆焊。

8.高速鋼：性能特點是含碳量0.7～1.0﹪左右，Cr3.8～4.5﹪；W17～19﹪、V1.0～1.5﹪為主要合金元素，用于刀具修復堆焊。

9.馬氏體合金鑄鐵：性能特點是含碳量2%～4%,以白口鑄鐵為基,加入W、Cr、Mo、Mn、Ni等元素。合金總量15%～20%。用于低應(yīng)力磨料磨損的場合。第13頁，課件共104頁，創(chuàng)作于2023年2月10．高鉻合金鑄鐵：性能特點是含碳1.5%～4.5%,鉻22%～32%,加入Si、Mn、Ni、Mo、B等合金。用于抗低應(yīng)力和高硬度磨料磨料腐損場合。

11.碳化鎢合金：性能特點是含WC45%以上,粒狀WC在堆焊中應(yīng)避免熔化,達到最佳抗磨損性能.基體可以是鐵基,鎳基或鈷基。

12.鈷基合金：性能特點是含鈷30%～70%，Cr25～33，W3%～25%，鈷基合金具有最佳綜合性能。主要用于重要的耐高溫、沖擊、熱疲勞、搞磨損的工件。

13.鎳基合金：性能特點是Ni-Cr-B-Si堆焊合金堆焊時,濕潤性好,流動性好,堆焊金屬硬度HRC50～60。用于抗磨損堆焊；Ni-Cr-Mo-W具有抗強硫腐蝕能力，用于防腐堆焊

14.鋁基合金鋁青銅、錫青銅、硅青銅、黃銅、白銅、紫銅等第14頁，課件共104頁，創(chuàng)作于2023年2月

堆焊材料的選擇工作條件堆焊用合金高應(yīng)力金屬間磨損亞共晶鈷基合金、含金屬間化合物鈷基合金低應(yīng)力金屬間磨損堆焊用低合金鋼金屬間磨損＋腐蝕或氧化大多數(shù)鈷基或鎳基合金低應(yīng)力磨料磨損、沖擊浸蝕、磨料浸蝕高合金鑄鐵低應(yīng)力嚴重磨料磨損、切割刃碳化物氣蝕浸蝕鈷基合金嚴重沖擊高合金錳鋼嚴重沖擊＋腐蝕＋氧化亞共晶基合金高溫下金屬間磨損亞共晶、含金屬間化合物鈷基合金鑿削式磨料磨損奧氏體錳鋼熱穩(wěn)定性、高溫蠕變強度（540℃）鈷基合金、碳化物型鎳基合金第15頁，課件共104頁，創(chuàng)作于2023年2月四堆焊方法

一、手工電弧堆焊（1）為降低稀釋率應(yīng)采用小電流、短弧長、慢速度的方法，焊接電流應(yīng)比普通焊條小10﹪～15﹪。（2）為防止堆焊層開裂，對于一些用于與泥沙、粉塵、礦石直接磨損的工件，堆焊金屬一般選用高鉻合金鑄鐵堆焊條，如基體為低碳、低合金鋼，韌性較好，可以允許堆焊層存在密集的小裂紋時，應(yīng)采取相應(yīng)的工藝措施。第16頁，課件共104頁，創(chuàng)作于2023年2月主要措施有：①在保證堆焊層性能的前提下，選擇與基體材料線膨脹系數(shù)相近的堆焊合金，以減小由于膨脹系數(shù)不同造成的熱應(yīng)力；②采取預熱，中間消氫熱處理，焊后緩冷的工藝方法，預熱溫度可以根據(jù)堆焊金屬的碳當量確定第17頁，課件共104頁，創(chuàng)作于2023年2月(3)當堆焊金屬或母材硬度很高時，可先基體上堆焊一層高塑性材料作為堆焊過渡層，如不銹鋼或鎳基合金，然后在過渡層上堆焊，這種方法對防止裂紋很有效。(4)為防止工件變形，對批量較大的工件，應(yīng)采用專用工卡具，以防止變形。也可以采用預制反變形法。對于工況條件為低應(yīng)力磨料磨損的工件，在基體表面堆焊成網(wǎng)格狀焊道，就可以獲得很高的抗磨損性能，這樣即可以降低成本，又可以防止變形過大。第18頁，課件共104頁，創(chuàng)作于2023年2月氧-乙炔堆焊(1)焊前清除工件表面上的油、銹。(2)將工件放平防止鐵水流出。(3)用碳化焰將工件表面加熱至半熔化溫度，即呈現(xiàn)＂出汗＂狀態(tài)，此時添入堆焊材料進行堆焊。注意堆焊時不要使母材完全熔化形成熔池。(4)堆焊時，焊絲和熔化區(qū)應(yīng)處于還原焰的保護中，不得將火焰急速移開，以防止堆焊金屬氧化。(5)單層堆焊一般在2～3㎜厚，厚度不夠時可用多層堆焊，必要時可用火焰重熔堆焊層，以消除堆焊缺陷。氧－乙炔火焰溫度較低（3050～3100℃），火焰加熱面積大，可獲得較低的稀釋率（1﹪～10﹪），堆焊層厚度較小，可在1㎜左右。氧-乙炔火焰尤其適用于堆焊碳化鎢管狀焊絲，這種合金要求在堆焊時WC顆粒不熔化，這樣才能最好地發(fā)揮WC的耐磨性。第19頁，課件共104頁，創(chuàng)作于2023年2月幾種堆焊方法特點比較堆焊方法稀釋率①（﹪）熔數(shù)速度（kg/h）最小堆焊厚度（㎜）熔數(shù)效率（﹪）氧-乙炔焰堆焊手工送絲自動送絲粉末堆焊1～101～101～100.5～1.80.5～6.80.5～1.80.80.80.810010085～95手工電弧堆焊10～200.5～5.43.265鎢極氬弧堆焊10～200.5～4.53.298～100熔化極氣體保護電弧堆焊自保護電弧堆焊10～4015～400.9～5.42.3～11.33.23.290～9580～85埋弧堆焊單絲多絲串聯(lián)電弧單帶極多帶極30～6015～2510～2510～208～154.5～11.311.3～27.211.3～15.912～3622～683.24.84.83.04.09595959595等離子弧堆焊自動送粉手工送絲自動送絲雙熱絲5～155～155～155～150.5～5.80.5～3.60.5～3.6～13～270.82.42.42.485～9598～10098～10098～100電渣堆焊10～1415～751595～100第20頁，課件共104頁，創(chuàng)作于2023年2月5.2熱噴涂1.概述

1.1什么是熱噴涂

1.2熱噴涂技術(shù)分類

1.3熱噴涂技術(shù)的特點2.熱噴涂的基礎(chǔ)理論3.熱噴涂工藝第21頁，課件共104頁，創(chuàng)作于2023年2月熱噴涂的基本原理是將涂層材料加熱熔化，以高速氣流將其霧化成極細的顆粒，并以很高的速度噴射到事先已準備好的工件表面上，形成覆層。什么是熱噴涂?對被處理工件的形狀、尺寸、材料等原則上沒有限制(尺寸過小及小孔內(nèi)壁的熱噴涂工藝還有困難)。無論是金屬、合金，還是陶瓷、玻璃、水泥、石膏、塑料、木材，甚至紙張，都是適用的基體材料。涂層材料也是多樣的，金屬、合金、陶瓷、復合材料都可選用。

根據(jù)需要選擇不同的覆層材料，可以獲得耐磨損、耐腐蝕、抗氧化、耐熱等方面的一種或數(shù)種性能，也可以獲得其它特殊性能的涂層。這些涂層能夠滿足各種尖端技術(shù)的特殊需要，也能使普通材料制成的零件獲得特殊的表面性能，從而成倍地提高零件的使用壽命，或使報廢零件得到再生。熱噴涂技術(shù)的特點和優(yōu)點第22頁，課件共104頁，創(chuàng)作于2023年2月熱噴涂方法的種類線材火焰噴涂棒材火焰噴涂粉末火焰噴涂超音速火焰噴涂粉末火焰噴焊大氣等離子噴涂真空等離子噴涂保護氣氛等離子噴涂水穩(wěn)等離子噴涂超音速等離子噴涂氣體燃燒熱源氣體放電熱源電熱熱源爆炸熱源激光熱源電弧噴涂等離子噴涂等離子噴焊電容放電噴焊感應(yīng)加熱噴涂燃氣重復爆炸噴涂線材電爆噴涂激光噴涂激光噴焊第23頁，課件共104頁，創(chuàng)作于2023年2月

利用各種可燃性氣體燃燒放出的熱進行的熱噴涂稱為火焰噴涂。

火焰噴涂的歷史最悠久，設(shè)備最簡單，投資最少，目前仍被廣泛使用。一般情況下，高溫下不劇烈氧化，在2760C以下不升華，能在2500以下熔化的材料都可以使用火焰噴涂形成涂層。根據(jù)火焰特征和噴涂材料的形態(tài)又可分為：線材火焰噴涂，棒材火焰噴涂，粉末火焰噴涂，超音速火焰噴涂，粉末火焰噴焊。氣體燃燒熱源第24頁，課件共104頁，創(chuàng)作于2023年2月熱噴涂方法的種類線材火焰噴涂棒材火焰噴涂粉末火焰噴涂超音速火焰噴涂粉末火焰噴焊大氣等離子噴涂真空等離子噴涂保護氣氛等離子噴涂水穩(wěn)等離子噴涂超音速等離子噴涂氣體燃燒熱源氣體放電熱源電熱熱源爆炸熱源激光熱源電弧噴涂等離子噴涂等離子噴焊電容放電噴焊感應(yīng)加熱噴涂燃氣重復爆炸噴涂線材電爆噴涂激光噴涂激光噴焊第25頁，課件共104頁，創(chuàng)作于2023年2月

利用各種可燃性氣體燃燒放出的熱進行的熱噴涂稱為火焰噴涂。

火焰噴涂的歷史最悠久，設(shè)備最簡單，投資最少，目前仍被廣泛使用。一般情況下，高溫下不劇烈氧化，在2760C以下不升華，能在2500以下熔化的材料都可以使用火焰噴涂形成涂層。根據(jù)火焰特征和噴涂材料的形態(tài)又可分為：線材火焰噴涂，棒材火焰噴涂，粉末火焰噴涂，超音速火焰噴涂，粉末火焰噴焊。氣體燃燒熱源

利用氣體導電(或放電)所產(chǎn)生的電弧，把電能轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮苓M行噴涂。優(yōu)點是電流密度高、能量集中、溫度高，是比火焰更理想的噴涂熱源。電弧被高度壓縮則稱為等離子弧，其電流密度、能量集中程度、溫度及穩(wěn)定性都優(yōu)于一般的自由電弧，所以等離子噴涂質(zhì)量高于電弧噴涂，氣體放電熱源第26頁，課件共104頁，創(chuàng)作于2023年2月熱噴涂方法的種類線材火焰噴涂棒材火焰噴涂粉末火焰噴涂超音速火焰噴涂粉末火焰噴焊大氣等離子噴涂真空等離子噴涂保護氣氛等離子噴涂水穩(wěn)等離子噴涂超音速等離子噴涂氣體燃燒熱源氣體放電熱源電熱熱源爆炸熱源激光熱源電弧噴涂等離子噴涂等離子噴焊電容放電噴焊感應(yīng)加熱噴涂燃氣重復爆炸噴涂線材電爆噴涂激光噴涂激光噴焊第27頁，課件共104頁，創(chuàng)作于2023年2月電熱熱源高頻感應(yīng)加熱噴涂在高頻磁場作用下，金屬絲端部內(nèi)產(chǎn)生渦流，溫度升高而熔化。利用壓縮空氣(或惰性氣體)使熔化的金屬霧化成微粒，形成噴涂束流，噴射到基體上形成涂層。這種方法效率不高，只能噴導磁的金屬材料。電容放電：將要噴涂的金屬絲置于欲噴涂的容器內(nèi)，連接電源向電容器充電。噴涂時將電容器與金屬絲接通，電容器儲存的能量通過金屬絲突然放電，瞬時電流高達數(shù)萬安培，使金屬絲爆炸，形成細微的熔粒，噴射到容器內(nèi)壁形成涂層。第28頁，課件共104頁，創(chuàng)作于2023年2月熱噴涂方法的種類線材火焰噴涂棒材火焰噴涂粉末火焰噴涂超音速火焰噴涂粉末火焰噴焊大氣等離子噴涂真空等離子噴涂保護氣氛等離子噴涂水穩(wěn)等離子噴涂超音速等離子噴涂氣體燃燒熱源氣體放電熱源電熱熱源爆炸熱源激光熱源電弧噴涂等離子噴涂等離子噴焊電容放電噴焊感應(yīng)加熱噴涂燃氣重復爆炸噴涂線材電爆噴涂激光噴涂激光噴焊第29頁，課件共104頁，創(chuàng)作于2023年2月以突然爆發(fā)的熱能加熱熔化噴涂材料并使熔粒加速。燃氣重復爆炸噴涂：將一定比例的乙炔和氧氣的混合氣以及噴涂粉末同時送入爆炸噴槍，利用混合氣點火爆炸，產(chǎn)生的熱能將粉末加熱熔化，并噴射到基體表面形成涂層。爆炸噴涂線爆噴涂：使金屬絲突然通過強大的電流，因電熱的能量使金屬絲爆炸成微粒，粘附在基體表面形成涂層。第30頁，課件共104頁，創(chuàng)作于2023年2月熱噴涂方法的種類線材火焰噴涂棒材火焰噴涂粉末火焰噴涂超音速火焰噴涂粉末火焰噴焊大氣等離子噴涂真空等離子噴涂保護氣氛等離子噴涂水穩(wěn)等離子噴涂超音速等離子噴涂氣體燃燒熱源氣體放電熱源電熱熱源爆炸熱源激光熱源電弧噴涂等離子噴涂等離子噴焊電容放電噴焊感應(yīng)加熱噴涂燃氣重復爆炸噴涂線材電爆噴涂激光噴涂激光噴焊第31頁，課件共104頁，創(chuàng)作于2023年2月激光熱源從激光發(fā)生器發(fā)出的激光光束，經(jīng)透鏡聚焦，焦點落在噴槍出口的噴嘴近旁。要噴涂的粉末或線材向焦點位置輸送。進入焦點的粉末或線材的端部被激光光束熔融。壓縮空氣從環(huán)狀噴嘴噴出，將熔化的材料霧化成細微的顆粒，噴射到基體表面形成涂層。第32頁，課件共104頁，創(chuàng)作于2023年2月熱噴涂技術(shù)的優(yōu)點

(1)噴涂材料種類很多，金屬、合金、陶瓷；塑料、尼龍。

(2)可以用于各種基體金屬、陶瓷、玻璃、石膏、木材、布、紙等幾乎所有固體材料都可以進行噴涂處理。

(3)噴涂方法多

因此，選擇合適的方法幾乎能在任何固體表面上噴涂各種材料，賦予普通材料以特殊的表面性能，使其具有耐磨、耐腐蝕、耐氧化、耐高溫、隔熱導電、絕緣、密封、減摩、耐輻射、發(fā)射電子等不同性能，達到節(jié)約貴重材料、提高產(chǎn)品質(zhì)量和降低生產(chǎn)成本，滿足多種工程和尖端技術(shù)的需要。第33頁，課件共104頁，創(chuàng)作于2023年2月(4)可使基體保持較低溫度，并可控制基體的受熱程度，從而保證基體不變形、不變性。

(5)基體尺寸不受限制，既可進行大型構(gòu)件的大面積噴涂，也可進行工件的局部噴涂。

(6)涂層厚度可以控制，從幾十微米到幾微米，可以根據(jù)要求選擇。

(7)工作效率高，制取同樣厚度的涂層所需時間比電鍍低得多。熱噴涂技術(shù)的優(yōu)點熱噴涂技術(shù)的不足

涂層的結(jié)合強度較低，涂層的孔隙率較高。對于噴涂面積小的工件，噴涂沉積效率低，成本較高。

噴涂層的均勻性較差，影響涂層質(zhì)量的因素較多。

難以對涂層質(zhì)量進行非破壞檢查。第34頁，課件共104頁，創(chuàng)作于2023年2月

熱噴焊技術(shù)與熱噴涂技術(shù)有一定的差別。

熱噴涂是利用熱源將噴涂材料加熱熔化或軟化，依靠熱源本身動力或外加的壓縮空氣流，將熔化的噴涂材料霧化成細?；蛲苿尤刍姆勰┝Ｗ樱孕纬煽焖龠\動的粒子流，粒子噴射到基體表面形成表面涂層。

熱噴焊是在噴涂過程的同時或噴涂層形成后，對金屬基體和涂層進行加熱，使涂層在基體表面熔融。熔融的涂層和基體之間產(chǎn)生一定的相互擴散過程，形成類似焊接連接的冶金結(jié)合。熱噴焊第35頁，課件共104頁，創(chuàng)作于2023年2月5.2熱噴涂1.概述2.熱噴涂的基礎(chǔ)理論

2.1噴涂層的形成機理

2.2飛行中的粒子流

2.3涂層的成分和結(jié)構(gòu)

2.4涂層的結(jié)合機理3.熱噴涂工藝第36頁，課件共104頁，創(chuàng)作于2023年2月噴涂層的形成機理噴涂過程噴涂材料熱源噴涂粒子束噴涂層基體加熱熔化第37頁，課件共104頁，創(chuàng)作于2023年2月

噴涂材料的加熱熔化階段在粉末噴涂時，噴涂粉末在熱源所產(chǎn)生的高溫區(qū)被加熱到熔化狀態(tài)或軟化狀態(tài)；在線材噴涂時，線材的端部進入熱源所產(chǎn)生的溫度場的高溫區(qū)時很快被加熱熔化，熔化的液體金屬以熔滴狀存在于線材端部。第38頁，課件共104頁，創(chuàng)作于2023年2月噴涂層的形成機理噴涂過程噴涂材料熱源噴涂粒子束噴涂層基體加熱熔化霧化第39頁，課件共104頁，創(chuàng)作于2023年2月

噴涂材料的加熱熔化階段在粉末噴涂時，噴涂粉末在熱源所產(chǎn)生的高溫區(qū)被加熱到熔化狀態(tài)或軟化狀態(tài)；在線材噴涂時，線材的端部進入熱源所產(chǎn)生的溫度場的高溫區(qū)時很快被加熱熔化，熔化的液體金屬以熔滴狀存在于線材端部。

溶滴的霧化階段在粉末噴涂時，被熔化或軟化的粉末在外加壓縮氣流或者熱源本身的射流的推動下向前噴射，不發(fā)生粉末的破碎細化和霧化過程；在線材噴涂時，線材端部的熔滴在外加壓縮氣流或者熱源自身射流的作用下，克服表面張力脫離線材端部，并被霧化成細小的熔粒隨射流向前噴射。第40頁，課件共104頁，創(chuàng)作于2023年2月噴涂層的形成機理噴涂過程噴涂材料熱源噴涂粒子束噴涂層基體加熱熔化霧化飛行第41頁，課件共104頁，創(chuàng)作于2023年2月粒子的飛行階段離開熱源高溫區(qū)的熔化態(tài)或軟化態(tài)的細小粒子在氣流或射流的推動作用下向前噴射，在達到基體表面之前的階段均屬粒子的飛行階段。在飛行過程中，粒子的飛行速度隨著粒子離噴嘴距離的增大而發(fā)生如下的變化：粒子首先被氣流或射流加速，飛行速度從小到大，到達一定距離后飛行速度逐漸變小。這些具有一定溫度和飛行速度的粒子到達基體表面時即進入噴涂階段。第42頁，課件共104頁，創(chuàng)作于2023年2月噴涂層的形成機理噴涂過程噴涂材料熱源噴涂粒子束噴涂層基體加熱熔化霧化飛行噴涂第43頁，課件共104頁，創(chuàng)作于2023年2月粒子的噴涂階段到達基體表面的粒子具有一定的溫度和速度，粒子的尺寸范圍為幾十微米到幾百微米，速度高達每秒幾十到幾百米。未碰撞前粒子溫度為粒子成分所決定的熔點溫度。在產(chǎn)生碰撞的瞬間，粒子將其動能轉(zhuǎn)化為熱能傳給基體。粒子在碰撞過程中發(fā)生變形，成為扁平狀粒子，并在基體表面迅速凝固而形成涂層。粒子的飛行階段離開熱源高溫區(qū)的熔化態(tài)或軟化態(tài)的細小粒子在氣流或射流的推動作用下向前噴射，在達到基體表面之前的階段均屬粒子的飛行階段。在飛行過程中，粒子的飛行速度隨著粒子離噴嘴距離的增大而發(fā)生如下的變化：粒子首先被氣流或射流加速，飛行速度從小到大，到達一定距離后飛行速度逐漸變小。這些具有一定溫度和飛行速度的粒子到達基體表面時即進入噴涂階段。第44頁，課件共104頁，創(chuàng)作于2023年2月涂層的形成過程

在基體或已形成的涂層表面不斷地發(fā)生著粒子的碰撞—變形—冷凝收縮的過程，變形的顆粒與基體或涂層之間互相交錯而結(jié)合在一起。研究發(fā)現(xiàn)，粒子在與基體撞擊直到冷凝的過程中，冷卻速度極高。金屬噴涂時為106108C/sec，陶瓷噴涂時為104106C/sec，該過程在10-710-6sec內(nèi)完成。第45頁，課件共104頁，創(chuàng)作于2023年2月飛行中的粒子流噴涂過程中粒子的飛行速度與噴涂方法、噴涂材料的密度和形狀、粒子的尺寸、粒子的飛行距離等因素有關(guān)。黃銅、鉬及鋅的線材氣體火焰噴涂時，在粒子的飛行距離為100mm處，三種粒子的平均飛行速度分別為120，65，140m/sec。棒材噴涂時粒子的飛行速度遠高于粉末噴涂時粒子的飛行速度，并以更高的速度碰撞基體表面。噴涂時霧化所得的粒子尺寸越小，高速氣流越易加速，飛行速度越大。位于氣流中心的粒子飛行速度高于氣流外緣的粒子。爆炸噴涂時粒子的飛行速度更大，可高達1000m/sec。粒子的飛行速度飛行速度的大小影響粒子與基體表面碰撞時轉(zhuǎn)換能量的大小、粒子的變形程度以及結(jié)合強度。第46頁，課件共104頁，創(chuàng)作于2023年2月01002003004005006001801501209060300氧化鋁棒材氧化鋁粉末離噴涂末端距離(mm)飛行速度(m/sec)01002003002201801401006020鋁線材鋼線材離噴涂末端距離(mm)粒子飛行速度隨距離的變化第47頁，課件共104頁，創(chuàng)作于2023年2月飛行中的粒子流粒子的溫度線狀噴涂材料被加熱到熔化或熔融狀態(tài)，若不考慮粒子與基體碰撞時動能轉(zhuǎn)換為熱能所引起的粒子自身溫度的升高，那么粒子到達基體時的溫度為其熔點。粉末噴涂材料粉末被熱源加熱到熔融狀態(tài)，這個加熱依靠粉末表面向內(nèi)部的熱傳導來進行，所以粉末的熱物理性能和粉末粒度所決定的粉末尺寸影響著加熱和飛行中粒子內(nèi)部的溫度高低。為了獲得高結(jié)合強度和高質(zhì)量的涂層，粉末內(nèi)部離表面90%的深度處應(yīng)處于熔融狀態(tài)。第48頁，課件共104頁，創(chuàng)作于2023年2月

在球狀粉末等離子噴涂時，假定粉末粒子離開噴嘴進入等離子弧的瞬間，其表面溫度已達到了熔點，并在溫度遠高于粒子熔點的等離子弧加熱，粒子內(nèi)部溫度的高低由粒子尺寸決定。根據(jù)下面的公式可以估算，粉末粒子內(nèi)部離表面90%的深度處，達到熔融狀態(tài)所允許的粉末顆粒的最大直徑：式中：Dmax為粉末顆粒的最大直徑(cm)，

DT為粉末材料的熱擴散系數(shù)(cm2/sec)，

t為加熱時間(sec)由溫度要求確定粉末的最大直徑所以，粉末的熱特性影響著噴涂時粉末允許的最大直徑第49頁，課件共104頁，創(chuàng)作于2023年2月等離子噴涂時幾種材料粉末的加熱特性(粉末顆粒在等離子弧中飛行時間為0.1ms)Dmax越小，表明該材料噴涂越困難。噴涂時，相同材質(zhì)的粉末粒度越小，獲得的涂層越致密，結(jié)合強度越高；粒度增大則使涂層質(zhì)量下降。第50頁，課件共104頁，創(chuàng)作于2023年2月在一定的噴涂條件下，噴涂粒子的尺寸存在著最小的臨界尺寸。小于這個尺寸，吹到工件上的氣流就會把噴涂粒子卷走，使之無法到達工件表面。噴涂粒子的最小尺寸粒子質(zhì)量越小，則其軌跡偏離初始流速直線方向就越多。小顆粒被氣流卷走式中：為等離子體的粘度系數(shù)

為噴涂材料的密度

v

為粒子的飛行速度

l

為送粉噴嘴到焰柱面的距離

k

為系數(shù)等離子噴涂時，可以達到工件表面粒子的最小臨界直徑的估算公式如下：第51頁，課件共104頁，創(chuàng)作于2023年2月熱損失熔融狀態(tài)或液態(tài)粒子在飛行過程中會因輻射、對流及蒸發(fā)過程而降溫。例如2500K的熔滴飛行10-2sec后溫度下降至2144K，其中蒸發(fā)熱降溫占3.5%，熱輻射損失最大。熔滴體積越大，溫度下降速度越小，涂層與基體的結(jié)合越好。影響粒子溫度的因素反應(yīng)熱在復合材料粉末噴涂時，粒子的溫度加熱有所不同。復合粉末是在金屬或非金屬心材表面上覆蓋23m的其他金屬或非金屬層，如常用的鎳包鋁粉末。在噴涂過程中鎳和鋁發(fā)生反應(yīng)，生成鎳鋁化合物和氧化鋁，并產(chǎn)生較多的反應(yīng)熱，使粉末的粒子溫度上升。同時粉末粒子還受熱源作用加熱，從而使粒子達到更高溫度，使涂層的結(jié)合強度明顯提高。

所以復合粉末常用于打底涂層的噴涂。第52頁，課件共104頁，創(chuàng)作于2023年2月

噴涂材料的粒子表面在飛行過程中發(fā)生的反應(yīng)將影響涂層的質(zhì)量。

在火焰噴涂時，除了燃燒所用氣體外，會有進入火焰氣氛的空氣；以氬氣或氮氣保護的等離子噴涂時，也總有少量空氣卷入保護氣氛中；在電弧噴涂時，本身利用壓縮空氣輸送噴涂材料。

所以粒子在飛行中會不同程度地與氧、氮發(fā)生反應(yīng)，所生成的氧化物和氮化物不可避免地形成了夾雜，降低了涂層質(zhì)量。但是也可通過調(diào)整粒子飛行時的氣氛而控制粒子飛行中的表面反應(yīng)，以獲得某些難得的涂層，這方面的研究近幾年進行得較多。飛行中的粒子流粒子與空氣的反應(yīng)第53頁，課件共104頁，創(chuàng)作于2023年2月涂層的成分與結(jié)構(gòu)涂層的成分第54頁，課件共104頁，創(chuàng)作于2023年2月

表中列出了線材火焰噴涂和電弧噴涂前后幾個元素質(zhì)量分數(shù)的變化數(shù)值，可以看出，涂層的成分和噴涂材料的成分有所差異。由于電弧噴涂時弧柱區(qū)溫度高，使粒子表面在飛行中發(fā)生強烈的氧化燒損，所以涂層中碳含量c下降很明顯，其它元素的質(zhì)量分數(shù)也有所降低。在氬氣和氮氣保護下的等離子噴涂時，由于保護效果好，空氣不易進入電弧區(qū)，所以涂層的成分變化小。涂層的成分第55頁，課件共104頁，創(chuàng)作于2023年2月涂層的成分與結(jié)構(gòu)涂層的結(jié)構(gòu)涂層是由無數(shù)變形的粒子互相交錯而呈波浪式堆迭在一起的層狀組織結(jié)構(gòu)，或者說涂層是由熔融粒子撞擊后的扁平狀的變形粒子組成。123451.粒子間互相熔融區(qū)2.氧化膜3.不完全熔融粒子4.氣孔5.基材涂層斷面構(gòu)造示意第56頁，課件共104頁，創(chuàng)作于2023年2月第57頁，課件共104頁，創(chuàng)作于2023年2月夾雜:由于噴涂時飛行中的高溫粒子與噴涂工作氣體或進入噴涂氣氛的空氣發(fā)生反應(yīng)，使熔融粒子的表面不可避免地存在著氧化物夾雜。熔合區(qū)：在部分粒子之間會形成小區(qū)域的熔合區(qū)，即粒子間的界面消失而形成類似焊合的冶金結(jié)合，在粒子間的相互熔合區(qū)域不存在氧化膜。不完全熔融粒子：在涂層中可能存在因碰撞時未到達完全熔融狀態(tài)而沒有發(fā)生變形的圓形粒子。氣孔：在變形粒子之間還可能存在著孔洞。由于噴涂工藝不當還可能引起其它缺陷。涂層結(jié)構(gòu)中的缺陷第58頁，課件共104頁，創(chuàng)作于2023年2月氣孔形成的幾種類型(a)(b)(c)(a)

在噴涂過程中，一些熔融粒子在同方向上平行地到達基體表面時因陰影效果而形成氣孔。(b)

扁平狀粒子之間不完全堆積會形成氣孔。(c)

在基材待噴涂表面的凹陷處若含有空氣或其它氣體時也會形成氣孔。第59頁，課件共104頁，創(chuàng)作于2023年2月由上述可知，噴涂層是由變形顆粒、氧化物夾雜、未變形顆粒及氣孔組成。涂層的結(jié)構(gòu)特點取決于噴涂熱源、材料及工藝等因素。選用高溫熱源(如激光熱源、等離子弧)、超音速噴涂、以及保護氣氛或低壓下噴涂，都可以減少涂層中的氧化物夾雜和氣孔，改善涂層的結(jié)構(gòu)和性能。噴涂層的結(jié)構(gòu)還可以通過重熔處理來改善，涂層中的氧化物夾雜和孔隙會在重熔中消除，涂層的層狀結(jié)構(gòu)會變成均質(zhì)結(jié)構(gòu)，與基體的結(jié)合強度也會提高。改善涂層結(jié)構(gòu)的方法第60頁，課件共104頁，創(chuàng)作于2023年2月涂層的結(jié)合機理機械結(jié)合被熱源升溫到熔融狀態(tài)且被氣流加速的快速飛行的噴涂材料粒子與經(jīng)過粗化處理的基體表面碰撞時，發(fā)生變形，成為扁平狀，并隨基體表面的凸凹不平而起伏，這些覆蓋并緊貼基體表面的液態(tài)薄片，在冷卻凝固時收縮咬住凸出點而形成機械結(jié)合。機械結(jié)合與基體表面的粗糙度有關(guān)。采用噴砂、粗車、車螺紋或化學腐蝕等方法來粗化基體表面，以提高涂層與基體的機械結(jié)合，可以達到提高涂層與基體的結(jié)合強度的目的。另外，基體表面粗化使粉末凝固時的收縮應(yīng)變分布在局部區(qū)域，減少了內(nèi)應(yīng)力，也有利于提高涂層與基體的結(jié)合強度。擴散結(jié)合

高速運動的高溫狀態(tài)的噴涂粒子與基體表面碰撞而形成緊密接觸時，在變形和高溫的同時作用下，基體表面的原子得到足夠的能量，涂層材料與基體表面間會發(fā)生原子的相互擴散。擴散的結(jié)果增加了涂層與基體的結(jié)合強度，也會在結(jié)合面上形成一層固溶體或金屬間化合物層。涂層與基體的結(jié)合第61頁，課件共104頁，創(chuàng)作于2023年2月物理結(jié)合當高速運動的高溫狀態(tài)的噴涂粒子與基體表面碰撞后，若二者之間緊接觸的程度，使界面兩側(cè)原子之間達到原子晶格常數(shù)范圍時，在涂層與基體間形成范德華力(物理結(jié)合)而提高結(jié)合強度。基體表面的清潔程度和噴涂粒子的氧化情況都會影響界面兩側(cè)原子間距離，從而影響物理結(jié)合。噴砂能使基體呈現(xiàn)異常清潔的高活性的新鮮金屬表面，噴砂后立即噴涂可以增強物理結(jié)合程度。冶金結(jié)合在使用放熱型噴涂材料或采用高溫熱源噴涂時，基體表面某些區(qū)域的溫度達到基體的熔點，熔融態(tài)的噴涂材料的粒子會與熔化態(tài)的基體之間發(fā)生“焊合”現(xiàn)象，形成微區(qū)冶金結(jié)合，從而提高涂層與基體的結(jié)合強度。一般認為在涂層與基體之間機械結(jié)合起主要作用，同時，其它幾種結(jié)合機理也在不同程度地起作用，其程度受粉末的成分、表面狀態(tài)、溫度、熱物理性能等因素的影響。涂層與基體的結(jié)合第62頁，課件共104頁，創(chuàng)作于2023年2月涂層的結(jié)合機理涂層間的結(jié)合

噴涂層內(nèi)噴涂粒子間的結(jié)合以機械結(jié)合為主，而擴散結(jié)合、物理結(jié)合、冶金結(jié)合等也起一定作用。噴涂粒子在飛行過程中會發(fā)生表面反應(yīng)，所生成的氧化物、氮化物的熱膨脹系數(shù)會影響涂層間的結(jié)合強度。這些生成物的熱膨脹系數(shù)一般小于金屬。二者相差越大，涂層間結(jié)合強度越低。第63頁，課件共104頁，創(chuàng)作于2023年2月獲得良好結(jié)合性能的方法由上面的分析得出：噴涂粒子尺寸合適，到達基體表面時應(yīng)保持液態(tài)，以保證粒子與基體的良好接觸。噴涂粒子的飛行速度足夠大，以使碰撞時產(chǎn)生足夠大的動能?；w表面潔凈并具有一定的粗化度，以提高物理結(jié)合、擴散結(jié)合和機械結(jié)合強度。盡量提高碰撞時的接觸溫度和高溫停留時間，以提高擴散結(jié)合強度和冶金結(jié)合強度。防止扁平粒子與基體表面產(chǎn)生殘余變形，以防止涂層開裂。第64頁，課件共104頁，創(chuàng)作于2023年2月5.2熱噴涂1.概述2.熱噴涂的基礎(chǔ)理論3.熱噴涂工藝

3.1噴涂方法

3.2噴涂材料

3.3熱噴涂工藝

3.4涂層設(shè)計

3.5熱噴涂的一些應(yīng)用事例第65頁，課件共104頁，創(chuàng)作于2023年2月噴涂方法火焰噴涂火焰噴涂工藝流程第66頁，課件共104頁，創(chuàng)作于2023年2月線材火焰噴涂法原理圖第67頁，課件共104頁，創(chuàng)作于2023年2月粉末火焰噴涂法原理圖第68頁，課件共104頁，創(chuàng)作于2023年2月爆炸噴涂法原理圖第69頁，課件共104頁，創(chuàng)作于2023年2月超音速噴涂原理圖第70頁，課件共104頁，創(chuàng)作于2023年2月等離子噴涂原理圖第71頁，課件共104頁，創(chuàng)作于2023年2月激光噴涂原理圖第72頁，課件共104頁，創(chuàng)作于2023年2月

火焰噴涂是利用氣體燃燒火焰的高溫將噴涂材料熔化，并用壓縮空氣流將它噴射到工件表面上形成覆層。

噴涂材料可以用金屬絲，也可以用粉末。

粉末氣體火焰噴涂可以獲得結(jié)合力較高的涂層，可噴涂的材料也較廣，而且設(shè)備簡單便宜，操作方便，容易推廣。

氣體燃燒火焰采用氧氣作助燃劑，可燃氣體最常用的是乙炔氣，也可以用氫氣、城市煤氣、工業(yè)煤氣、丙烷和丁烷?；鹧娣勰﹪姌屩饕蓛纱蟛糠纸M成：火焰燃燒系統(tǒng)和粉末供給系統(tǒng)。對火焰燃燒系統(tǒng)的要求是保證火焰燃燒穩(wěn)定、工作效率大、可調(diào)節(jié)，且不易回火。對粉末供給系統(tǒng)的要求是抽吸粉末能力強、吸粉量大、送粉裝置開關(guān)靈活可靠、送粉量能均勻調(diào)節(jié)。對于手持式噴槍，還要求重量輕，使用操作方便。第73頁，課件共104頁，創(chuàng)作于2023年2月123456789101112131415中、小型噴槍典型結(jié)構(gòu)中小型噴槍的結(jié)構(gòu)基本上是在氣焊槍上加一套供粉裝置。當送粉閥8不開啟時，其作用與普通的氣焊槍相同?？勺鲊姺矍暗念A熱。當火焰將工件預熱到一定程度，隨即按下送粉閥，粉末就在氧氣的抽吸作用下進入槍體，并隨混合氣一起由噴嘴噴出。粉末噴出后被氧—乙炔火焰加熱到塑性狀態(tài)，同時被加速，以高速沖向工件表面而形成噴涂層。1.噴嘴3.混合氣管5.粉閥體6.粉斗8.粉閥開關(guān)10.乙炔開關(guān)11.氧氣開關(guān)14.乙炔接頭15.氧氣接頭第74頁，課件共104頁，創(chuàng)作于2023年2月火焰粉末噴槍第75頁，課件共104頁，創(chuàng)作于2023年2月粉末火焰噴槍線材火焰噴槍第76頁，課件共104頁，創(chuàng)作于2023年2月111091514131212345678大型噴槍內(nèi)另外設(shè)置了送粉氣路，由氧氣送粉，仍從噴嘴噴出。為了操作方便，這類槍多做成手槍型。1.粉斗4.噴嘴6.乙炔閥9.乙炔進口10.氧氣進口11.附加送粉氣體進口12.氧氣閥一種大型噴槍的外形第77頁，課件共104頁，創(chuàng)作于2023年2月噴涂方法電弧噴涂電弧噴涂工藝流程噴槍中的兩根金屬絲分別接電源兩極，彼此絕緣，另一端能接觸，以產(chǎn)生電弧而熔化。第78頁，課件共104頁，創(chuàng)作于2023年2月噴涂材料為金屬絲，用電弧發(fā)出的熱量將金屬絲熔化。電弧電源可用直流，也可用交流，以直流效果較佳。金屬絲熔點高時，需要較高的電壓。壓縮空氣是輸送金屬絲的動力，又是將熔化金屬霧化并噴射到工件上的動力。壓力通常為0.490.686MPa。壓縮空氣經(jīng)過干燥凈化送入噴槍內(nèi)，與金屬絲等速向前推進至噴槍。電弧噴涂優(yōu)點：構(gòu)造簡單，操作靈活，噴涂材料的利用率高，材料價格低，氣源單一，總的處理成本低。缺點：噴涂材料局限于能制成絲的金屬和合金材料。另外，金屬絲導孔易磨損，金屬絲往往由于接觸不良而打火，甚至焊住；金屬絲導內(nèi)銹皮等臟物易卡住而不能順利送絲。當電源系統(tǒng)通電后，兩金屬絲不斷產(chǎn)生電弧而熔化。壓縮空氣將熔化金屬霧化并噴射到工件上，便得到涂層。第79頁，課件共104頁，創(chuàng)作于2023年2月電弧噴槍電弧噴涂設(shè)備第80頁，課件共104頁，創(chuàng)作于2023年2月噴涂方法利用等離子弧作熱源，熔化粉末噴涂材料，噴射到工件表面上而獲得一層具有特殊性能的表面涂層。等離子噴涂等離子噴涂技術(shù)主要優(yōu)點是：溫度高，當使用惰性氣體時，能防止在噴涂中材料的氧化；等離子噴涂速度比普通的火焰噴涂高，因此被噴涂的粉末質(zhì)點能獲得較高的速度。等離子噴射火焰溫度越高，越均勻，噴射速度越快，則噴涂的粉末與基體的粘附力越強，結(jié)合力越好。由于等離子弧可以達到理想的高溫，能瞬間熔化任何材料的粉末，因此可噴涂的材料不受熔點限制，可以噴涂各種金屬及其合金、金屬陶瓷、陶瓷、自熔性材料以及復合材料等。第81頁，課件共104頁，創(chuàng)作于2023年2月1234567891.進口2.冷卻水出口3.氬氣進口4.冷卻水入口5.送粉6.銅陽極7.鎢陰極8.絕緣體9.電極調(diào)節(jié)等離子噴槍第82頁，課件共104頁，創(chuàng)作于2023年2月進行等離子噴涂時，一般采用兩種方法來防止材料的氧化。在凈化過的真空惰性氣氛室里進行噴涂。使用如右圖所示的特別設(shè)計的保護性噴嘴，以擋住周圍空氣，保護等離子噴射的火焰。在實際應(yīng)用中以后者為好。1.冷卻水2.氬氣入口3.保護蓋4.試樣5.保護性噴嘴6.供粉7.噴槍保護性噴嘴和保護蓋2345671第83頁，課件共104頁，創(chuàng)作于2023年2月等離子噴涂設(shè)備第84頁，課件共104頁，創(chuàng)作于2023年2月自動化等離子噴涂系統(tǒng)第85頁，課件共104頁，創(chuàng)作于2023年2月噴涂方法爆炸噴涂WC粉+N2(b)從另一入口以氮氣為載體將噴涂粉末(如44m的碳化鎢粉末)送入(a)將經(jīng)過嚴格定量的氧氣和乙炔氣送入水冷式噴槍(噴槍內(nèi)徑25.4mm，槍口對準工件)O2243C2H2(c)當粉末在燃燒室浮游時，火花塞點火，使氧—乙炔混合氣發(fā)生爆炸(d)產(chǎn)生的熱和壓力波將粉末加熱并以極高的速度噴射到工件表面上。N2第86頁，課件共104頁，創(chuàng)作于2023年2月爆炸噴涂的優(yōu)點爆炸氣體噴出的速度接近3000m/sec，從而使粉末的速度達700m/sec以上。例如在距噴槍口75cm處可達820m/sec，比其它噴涂方法的微粒速度大得多。產(chǎn)生的沖擊熱可使粉末的溫度升到4000C。在爆炸后瞬間，輸入氮氣使燃燒氣體排出槍身。全部過程在極短的時間內(nèi)完成。由于微粒噴射速度極高，而隨著噴射速度增高，涂層氣孔率下降，結(jié)合力增強，故爆炸噴涂的涂層雖是機械性結(jié)合，但其結(jié)合力比其它噴涂層都高，而氣孔率都要低。爆炸噴涂時工件的溫度處在200C以下，因此幾乎不發(fā)生熱變形和內(nèi)部組織結(jié)構(gòu)的變化。不足：躁聲很大(140dB)，因此要在隔音室內(nèi)工作，通過觀察窗口監(jiān)視操作，使設(shè)備造價很高。第87頁，課件共104頁，創(chuàng)作于2023年2月爆炸噴涂設(shè)備第88頁，課件共104頁，創(chuàng)作于2023年2月幾種噴涂方法的比較第89頁，課件共104頁，創(chuàng)作于2023年2月噴涂材料線材

噴涂線材主要是各種金屬絲及其合金絲，以及復合線材和陶瓷棒材。金屬絲要繞成圈狀，絲表面必須光潔、無銹、無油和無折痕。鋼絲中的雜質(zhì)S0.03%，P0.03%。硬度要適中，有色金屬絲要選用較高硬度的。

金屬絲的種類、成分和直徑應(yīng)根據(jù)噴涂設(shè)備和涂層性能的要求并兼顧成本進行選擇。通常凡滿足上述要求的金屬絲都可以采用，也可以采用焊絲。復合型噴涂絲適用于氧—乙炔火焰噴涂，其特點是涂層內(nèi)氧化物夾雜少，成分均勻，與基體結(jié)合力強，容易儲存，噴涂操作簡便，對環(huán)境污染少。用粉末材料獲得的涂層性能優(yōu)于金屬絲，而且材料和性能可以在很大范圍內(nèi)選擇，適應(yīng)性很強。但噴涂粉末的要求較高，生產(chǎn)工藝復雜，價格貴。第90頁，課件共104頁，創(chuàng)作于2023年2月合金粉(1)結(jié)合粉

結(jié)合粉噴在基體材料和工作層之間，可使兩者的結(jié)合強度提高。它是工作層的底層，故又稱為打底粉。

結(jié)合粉目前多為鎳鋁復合粉，其特點是每個粉末顆粒中的鎳鋁都是單獨存在的。平時鎳和鋁不發(fā)生反應(yīng)，噴涂時，當粉末通過火焰受熱溫度高于600C后，鎳和鋁之間就會發(fā)生強烈的放熱化學反應(yīng)。同時，部分鋁還會發(fā)生氧化，產(chǎn)生更多的熱量。

這兩種放熱反應(yīng)在粉末撞擊到工件表面后還能進行一段時間，可使粉末與工件接觸處瞬時溫度達到900C以上。在這種高溫下，鎳就可以擴散到基體材料中去，從而形成原子擴散結(jié)合。由于制造方法不同，鎳鋁復合粉可以分為鎳包鋁和鋁包鎳兩大類。鎳包鋁粉是較早研制的產(chǎn)品，用鎳鉻合金代替純鎳作粉末芯核，制成鋁包鎳鉻合金的復合粉末，可使涂層具有更好的耐高溫性能和抗氧化性能。噴涂材料第91頁，課件共104頁，創(chuàng)作于2023年2月(2)工作粉

組成工作層的粉末應(yīng)有承擔服役條件的能力，同時還要能與結(jié)合層可靠地結(jié)合。作為火焰噴涂常用的工作粉有合金粉、金屬包覆粉。常用的國產(chǎn)工作粉可分為鎳基、鈷基、鐵基、銅基四大類。

鈷基合金粉末鈷為基體，添加鉻、鎢、碳等合金元素形成的鈷基合金具有耐腐蝕、耐磨損、抗氧化等特點。

鎳基合金粉末鎳為基體，加入鉻、碳、硼、硅等合金元素形成的合金。

鐵基合金粉末以鐵為基體，添加硼、碳、硅、鉻、鎳等合金元素形成的合金。鐵基合金較為便宜，適用于室溫下或溫度低于400C而且腐蝕輕微的工作條件，還能滿足耐磨性要求。銅基合金粉末以銅為基體，加入錫、磷等合金元素形成的合金。這類合金粉末主要用于易加工、摩擦系數(shù)小的工件。合金粉噴涂材料第92頁，課件共104頁，創(chuàng)作于2023年2月熱噴涂工藝預處理熱噴涂后處理清洗粗糙化對不噴涂部位的保護表面精加工改善涂層質(zhì)量第93頁，課件共104頁，創(chuàng)作于2023年2月熱噴涂工藝噴涂前的預處理

(2)表面粗糙化處理

表面粗糙化處理是熱噴涂工藝的一個極為重要的環(huán)節(jié)。表面粗糙化處理的方法有：車削、磨削、噴砂、點焊、化學處理、噴打底層等方法?；瘜W處理很少有實用價值，其它處理方法要根據(jù)零件情況和對涂層的要求進行選用。

車削當工件為旋轉(zhuǎn)體(如軸類)時，以采用車削加工最為方便。既可粗化表面，對修復零件而言又可去掉零件表面疲勞和磨損層，同時還可以增加涂層厚度。常用車光面或車螺紋兩種方法，它們都能增加基材表面與涂層的結(jié)合面積。特別是車螺紋，結(jié)合面積要比車光面時大40%左右，可增大機械咬合力，對增加結(jié)合強度十分有利。經(jīng)硬化處理而無法車削的工件，或者不能車削的平面等非旋轉(zhuǎn)面和局部小面積等部位，可采用磨削加工。(1)工件清洗工件在噴涂前都要仔細清洗，去除一切油污、水銹、氧化皮等，使工件表面呈現(xiàn)金屬光澤。第94頁，課件共104頁，創(chuàng)作于2023年2月熱噴涂工藝噴涂前的預處理噴砂噴砂的成本低、效率高，既起凈化作用又起粗化作用，同時還能使表面產(chǎn)生一定的殘余壓應(yīng)力，對提高噴涂后工件的疲勞強度有利。所用的砂粒有：鋼砂、鋼玉砂(Al2O3)和石英砂(SiO2)等，其中以石英砂最硬，且有一定的尖角，效果最好，但價格較貴。鋼玉便宜，但硬度較低，不過一般已能滿足要求。(3)對不需噴涂部位的保護在對噴涂表面進行仔細準備的同時，還要對不需噴涂的表面進行保護處理，如涂刷專用的保護液，也可涂石灰水，或在表面用油棉紗擦一下。工件表面不需噴涂的圓孔、鍵槽等，可用粉筆堵塞，噴后加工時除去即可。第95頁，課件共104頁，創(chuàng)作于2023年2月熱噴涂工藝預處理熱噴涂后處理清洗粗糙化對不噴涂部位的保護表面精加工改善涂層質(zhì)量關(guān)于熱噴涂過程、設(shè)備，前面已作介紹。第96頁，課件共104頁，創(chuàng)作于2023年2月(1)精加工

精加工是為了使噴涂零件的尺寸和表面粗糙度達到設(shè)計要求。

車削加工

當涂層硬度較低，且加工余量較大時，采用車削。

磨削加工

涂層硬度較高和加工余量較小時宜采用磨削。要想獲得較好的磨削質(zhì)量，并有較高的生產(chǎn)率和較低的生產(chǎn)成本，必須選用合適的砂輪和磨削規(guī)范，此外還要求磨床有足夠的鋼度。由于涂層的多孔性，磨削時產(chǎn)生的磨粒會嵌入孔隙，在工件使用過程中，這些磨粒會使工作面受到嚴重損傷。如果噴涂層采用石蠟封孔后處理再精磨，既可以密封孔隙防止磨粒嵌入污染涂層，又可作為切削潤滑劑。噴涂后處理熱噴涂工藝第97頁，課件共104頁，創(chuàng)作于2023年2月噴涂后處理

熱噴涂工藝(2)改善涂層品質(zhì)的后處理

提高氣密性涂層的多孔性對于耐磨性和隔熱性是有利的，但對于耐腐蝕性以及強度是不利的。

為了提高氣密性，需要采取部分或全部堵塞孔隙的特殊處理。除車削、磨削和拋光能在不同程度上提高致密度和氣密性外，還可采用噴丸、旋光、浸潤等方法。

提高與基體的結(jié)合力采用高頻加熱能使鋼涂層與基體的結(jié)合強度提高1.3倍左右。在普通爐中加熱至324C保溫1小時也能提高3倍，加熱到900C保溫1小時，提高3.5倍。但若再延長加熱時間，其效果反而下降。第98頁，課件共104頁，創(chuàng)作于2023年2月噴涂后處理熱噴涂工藝

提高抗熱性鋼件噴鋁(0.20.3mm)后，涂上一層水玻璃，撒上細石英粉，烘干后再涂第二層水玻璃。這