热喷涂、喷焊与堆焊.ppt

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1、第一节热喷涂技术一、喷涂技术的原理与特点1热喷涂原理利用热能将喷涂材料熔化，再借助高速气流将其雾化，并在高速气流的带动下粒子撞击基材表面，冷凝后形成具有某种功能的涂层。第六章热喷涂、喷焊与堆焊技术ParticleorDropletgenerationAcceleratingHeatingSplatformation:Impact,flatteningSolidification热喷涂原理典型热喷涂系统（1）可在各种基材上制备各种涂层；（2）基材温度低（30～200℃），热影响区浅，变形小；（3）涂层厚度范围宽（0.5～5mm）；（4）操作灵活，可在不同尺寸和形状的

2、工件上喷涂；（5）加热效率低，喷涂材料利用率低，（6）涂层与基体结合强度低。2热喷涂技术的特点1喷涂材料的分类和要求热喷涂材料按材料的形态分线材、棒材和粉末三大类。3、热喷涂材料热喷涂材料分类（金属类）热喷涂材料分类（非金属类）（1）热稳定性好，在高温焰流中不升华，不分解。（2）有较宽的液相区，使熔滴在较长时间内保持液相。（3）与基材有相近的热膨胀系数，以防止因膨胀系数相差过大产生较大的热应力。（4）喷涂材料在熔融状态下应和基材有较好的浸润性，以保证涂层与基材之间有良好的结合性能。（5）一定的形状与尺寸（线材φ1—3mm,粉末φ1—100um)热喷涂材料的要求（1

3、）喷涂材料被加热到熔融状态。（2）喷涂材料被雾化成微小熔滴并高速撞击基体表面，撞击基体的颗粒动能越大和冲击变形越大，形成的涂层结合越好。（3）熔融的高速粒子在冲击基材表面后发生变形，冷凝后形成涂层。4涂层形成过程式中：Ｓ为粉末在焰流中的运动距离；l为平均边界层的热导率；DＴ为平均边界层的温度梯度；Ｖ为平均焰流速度；Ｌ为粉末材料的熔化潜热；Ｄ为粉末的平均直径；m为平均焰流黏度；Ｐ为粉末密度。在涂层粉末熔化过程中，将材料参数及有关变量，如热导率、熔化温度等，统一纳入到加热条件及气流动力学方程中，可得到以下不等式。如右图所示是等离子喷涂钼涂层显微结构形貌图，大小不一的扁

4、平颗粒、未熔化的球形颗粒、夹杂和孔隙组成。5.涂层结构涂层性能具有方向性，垂直和平行涂层方向上的性能不一致。涂层中伴有氧化物等夹杂，存在部分孔隙，孔隙率4％－20％。涂层是由无数变形粒子互相交错堆叠在一起，形成一层堆积而成的层状结构。涂层内有一定比例的孔隙，产生原因是：(1)未熔化颗粒的低冲击功能；（1）喷涂角度不同造成的遮蔽效应；（2）凝固收缩和应力释放效应缺点：孔隙将降低涂层的硬度、耐磨性和耐蚀性。优点：但孔隙可以储存润滑剂，提高涂层的隔热性能，减小内应力并因此增加涂层厚度，提高涂层抗热震性能，提高涂层的可磨耗性能。6热喷涂中的相变相对基体来说，熔滴尺寸非常小

5、，冷却速度可达10∧6K/s,冷却后会形成非晶态或亚稳相，完全不同于同样材料在轧制态或铸态的组织结构。涂层冷却凝固时，会伴随着收缩过程，颗粒内部会产生张应力而在基体表面产生压应力。结果使涂层内部产生残余张应力，应力大小与涂层厚度成正比，当张应力超过涂层与基材之间结合强度时，涂层就会发生破坏。7涂层应力涂层应力由于涂层应力与厚度的关系，热喷涂层的最佳厚度一般不超过0.5mm残余应力：致密涂层>疏松涂层涂层应力大小可通过调整工艺参数而部分控制，但更有效的方法是采用梯度过渡层缓和涂层应力减少涂层残余应力措施：（1）减小涂层厚度；（2）调整喷涂工艺参数；（3）采用较疏松涂

6、层；（4）采用梯度过渡层缓和涂层内应力包括涂层与基材之间、涂层中颗粒与颗粒之间的结合，结合形式有：（1）机械结合：撞成扁平状的颗粒和凸凹不平的基材表面互相嵌合(即抛锚效应)而结合在一起。8涂层的结合强度（2）物理结合：熔融粒子的原子与基材表面原子之间距离达到晶格常数范围时，产生范德华力，形成物理结合。（3）冶金结合：熔融粒子撞击基材表面时释放出的能量使喷涂材料与基材之间发生局部扩散和焊合，形成冶金结合。如喷涂镍包铝复合粉末时的放热反应。热喷涂的涂层与基材的结合主要以机械结合为主，结合强度较差(<70MPa)。涂层的结合强度质量控制要素（4M）：设备（Machine

7、）、材料（Materials）、工艺（Methods）和人员（Man）。热喷涂工艺流程包括基材表面预处理、热喷涂、后处理和精加工等过程。9热喷涂工艺流程和质量控制热喷涂工艺流程（1）净化处理：清除表面污垢。（2）粗化处理：可提高涂层结合强度，原因如下：基材表面预处理①提供表面压应力；②提供涂层颗粒互锁的结构；③增大结合面积；④净化表面。粗化处理能够使表面粗糙度达到Ra3.2～12.5μm就够了，一般采用喷砂加粘结底层的方法：（1）表面喷砂粗化处理的方法（2）粘结底层某些材料能够在很宽的条件下喷涂并粘结在清洁、光滑的表面上，而且这类涂层表面粗糙度适中，对随后喷涂的其

8、它涂层有良