4章 热喷涂

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③物理结合 颗粒对基体表面的结合， 颗粒对基体表面的结合 ， 是由范德华 力或次价键形成的结合。 力或次价键形成的结合。
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4.2.4 涂层残余应力 当熔融颗粒碰撞基体表面时， 当熔融颗粒碰撞基体表面时 ， 在产生 变形的同时，受到激冷而凝固， 变形的同时，受到激冷而凝固，从而产生微 观收缩应力，涂层的外层受拉应力；基体， 观收缩应力，涂层的外层受拉应力；基体， 有时也包括涂层的内层则产生压应力。 有时也包括涂层的内层则产生压应力。 影响涂层质量, 影响涂层质量,随涂层厚度的加大而增 最终导致涂层断裂或从基体上剥离。 加，最终导致涂层断裂或从基体上剥离。
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②冶金-化学结合 冶金这是当涂层和基体表面出现扩散和合 金化时的一种结合类型， 金化时的一种结合类型 ， 包括在结合面 上生成金属间化合物或固溶体。 上生成金属间化合物或固溶体 。 当喷涂 后进行重熔即喷焊时， 后进行重熔即喷焊时 ， 喷焊层与基体的 结合主要是冶金结合。 结合主要是冶金结合。
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60~70年代，各种热喷涂技术均已经成熟，喷 年代，各种热喷涂技术均已经成熟， 年代 涂装置也很完善，不仅能喷涂金属、合金、陶瓷， 涂装置也很完善，不仅能喷涂金属、合金、陶瓷， 还能喷涂塑料及复合材料，应用范围越来越大。 还能喷涂塑料及复合材料，应用范围越来越大。 1981年，美国Browining Engineering公司研 年 美国 公司研 制成功新的超音速火焰喷枪， 制成功新的超音速火焰喷枪，它的问世使等离子喷 涂面对新的挑战。 涂面对新的挑战。 近年来计算机技术也在热喷涂技术中得到应用， 近年来计算机技术也在热喷涂技术中得到应用， 开创了该技术的新的发展阶段。 开创了该技术的新的发展阶段。
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如何控制喷涂应力？ 如何控制喷涂应力？
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4.2.3热喷涂技术的特点 热喷涂技术的特点
与其它表面处理技术比较， 与其它表面处理技术比较 ， 热喷涂技术 具有下述一些突出的特点： 具有下述一些突出的特点： 取材范围广:几乎所有的金属 合金,陶 几乎所有的金属,合金 ① 取材范围广 几乎所有的金属 合金 陶 瓷都可以作为喷涂材料,塑料 塑料、 瓷都可以作为喷涂材料 塑料、尼龙等有机高 分子材料也可以作为喷涂料。 分子材料也可以作为喷涂料。
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五、 热喷涂技术的学科性质 热喷涂技术是一个涉及金属学、陶瓷学、 热喷涂技术是一个涉及金属学、陶瓷学、 高分子学、表面物理、表面化学、流体力学、 高分子学、表面物理、表面化学、流体力学、 传热学、 传热学、等离子物理及计算机等学科的交叉 边缘学科。 边缘学科。
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4.2热喷涂技术概述 热喷涂技术概述 4.2.1 热喷涂的一般原理 喷涂材料在热源中被加热过程和 喷涂材料在热源中被加热过程和颗粒与 基体表面结合过程是热喷涂制备涂层的关键 基体表面结合过程是热喷涂制备涂层的关键 环节。 环节。 虽然热喷涂的具体方法很多， 虽然热喷涂的具体方法很多，且各有特 但无论哪种方法，其喷涂过程， 色，但无论哪种方法，其喷涂过程，涂层形 成原理和涂层结构基本相同。 成原理和涂层结构基本相同。
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50年代后期，美国Union Carbide Co相继 年代后期，美国 年代后期 相继 研究成功爆炸喷涂和等离子火焰喷涂枪。 研究成功爆炸喷涂和等离子火焰喷涂枪。 爆炸喷涂极大的提高了喷涂颗粒的速度， 爆炸喷涂极大的提高了喷涂颗粒的速度， 提高了涂层的结合强度、减少了涂层气孔率； 提高了涂层的结合强度、减少了涂层气孔率； 等离子喷涂设备的出现使任何高熔点材料 的喷涂成为可能。 的喷涂成为可 速度快,如对 操作程序少,速度快 ④ 工效高 操作程序少 速度快 如对 同样厚度的膜层,时间比电镀用的少得多 时间比电镀用的少得多。 同样厚度的膜层 时间比电镀用的少得多。 被喷涂物件的大小一般不受限制： ⑤ 被喷涂物件的大小一般不受限制 ： 既可对大型设备进行大面积喷涂， 既可对大型设备进行大面积喷涂 ， 也可 对工件的局部进行喷涂； 既可喷涂零件， 对工件的局部进行喷涂 ； 既可喷涂零件 ， 又可对制成后的结构物进行喷涂。 又可对制成后的结构物进行喷涂。
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4.2.2 涂层的结构 喷涂层的形成过程决定了深层的结构。 喷涂层的形成过程决定了深层的结构。 喷涂层是由无数变形粒子互相交错呈波浪式 堆叠在一起的层状组织结构。 堆叠在一起的层状组织结构。 是涂层结构的示意图。 图2是涂层结构的示意图。
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图2 喷涂层结构示意
第四章 热喷涂技术
热喷涂技术及其发展 热喷涂技术概述 热喷涂材料 火焰喷涂 等离子喷涂 电弧喷涂 超音速喷涂 喷焊
4.1热喷涂技术及其发展 热喷涂技术及其发展 一、 热喷涂的定义 用专用设备把某种固体材料熔化并使其 雾化,加速喷射到机件表面 加速喷射到机件表面,形成一特制薄 雾化 加速喷射到机件表面 形成一特制薄 以提高机件耐蚀、 层,以提高机件耐蚀、耐磨、耐高温等性能 以提高机件耐蚀 耐磨、 的一种工艺方法。 的一种工艺方法。
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热喷涂技术在我国的“ ” 热喷涂技术在我国的“65”，“75”，“85” ” ” 期间都被列为全国重点推广的新技术之一， 期间都被列为全国重点推广的新技术之一，极大的 促进了该项技术的发展推广应用。 促进了该项技术的发展推广应用。 由于热喷涂技术可以喷涂几乎大多数固态工程 材料,所以能制成具备各种性能的功能涂层 所以能制成具备各种性能的功能涂层,并且施工 材料 所以能制成具备各种性能的功能涂层 并且施工 灵活, 应用面广，经济效益突出,尤其在现代航天技术 灵活, 应用面广，经济效益突出,尤其在现代航天技术 和航空工业中的杰出贡献， 并迅速向民用工业部门 和航空工业中的杰出贡献 ， 转移， 得到相当广泛的推广应用， 转移 ， 得到相当广泛的推广应用 ， 正在成为各种机 械制造中 的基础工艺之一， 对于提高产品质量， 械制造 中 的基础工艺之一 ， 对于提高产品质量 ， 延 长产品寿命， 改进产品结构， 节约能源， 长产品寿命 ， 改进产品结构 ， 节约能源 ， 节约贵重 金属材料，降低成本等都有重要作用。 金属材料，降低成本等都有重要作用。
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四、 我国热喷涂技术的发展 我国自40年代开始引进热喷涂技术； 我国自40年代开始引进热喷涂技术； 40年代开始引进热喷涂技术 50年代开始研究和应用该项技术 年代开始研究和应用该项技术； 50年代开始研究和应用该项技术； 60年代研制等离子设备和工艺 年代研制等离子设备和工艺； 60年代研制等离子设备和工艺； 70年代研制成自熔合金粉末 年代研制成自熔合金粉末； 70年代研制成自熔合金粉末； 80年代开始大力推广应用 年代开始大力推广应用； 80年代开始大力推广应用；
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平常接触较多的一种分类方法是按照加热 喷涂材料的热源种类来分的，按此可分为： 喷涂材料的热源种类来分的，按此可分为： 火焰类， 包括火焰喷涂、 爆炸喷涂、 ① 火焰类 ， 包括火焰喷涂 、 爆炸喷涂 、 超音 速喷涂； 速喷涂； ②电弧类，包括电弧喷涂和等离子喷涂； 电弧类，包括电弧喷涂和等离子喷涂； 电热法,包括电爆喷涂 包括电爆喷涂、 ③ 电热法 包括电爆喷涂 、 感应加热喷涂和电 容放电喷涂； 容放电喷涂； 激光类：激光喷涂。 ④激光类：激光喷涂。
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20年代，苏联、德国和日本开始使用电弧 年代，苏联、 年代 喷涂， 热喷涂技术向前推进了一大步 向前推进了一大步。 喷涂，将热喷涂技术向前推进了一大步。 30年代 第二次世界大战前，线材喷涂装 年代~第二次世界大战前 年代 第二次世界大战前， 置不断发展，并出现了火焰粉末喷涂工艺。 置不断发展，并出现了火焰粉末喷涂工艺。 50年代自熔合金粉末和复合粉末研制成功， 年代自熔合金粉末和复合粉末研制成功， 年代自熔合金粉末和复合粉末研制成功 结束了线材喷涂一花独放的局面， 结束了线材喷涂一花独放的局面，同时诞生了 火焰喷焊工艺，使热喷涂技术得到飞速发展。 火焰喷焊工艺，使热喷涂技术得到飞速发展。
涂层 = 变形颗粒 + 气孔 + 氧化物
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4.2.3 涂层的结合机理 2.3 涂层的结合包括涂层与基体表面的结合 和涂层内部的结合。 和涂层内部的结合 。涂层与基体表面的结合 强度称为结合力； 强度称为结合力 ； 涂层内部的结合强度称为 内聚力。 内聚力。
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①机械结合 碰撞成扁平状并随基体表面起伏的 颗粒， 由于凸凹不平的表面互相嵌合， 颗粒 ， 由于凸凹不平的表面互相嵌合 ， 形成机械钉扎而结合。 一般说来， 形成机械钉扎而结合 。 一般说来 ， 涂层 与基体表面的结合以机械结合为主 机械结合为主。 与基体表面的结合以机械结合为主。
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4.2.4热喷涂技术的分类 热喷涂技术的分类
作为新型的实用工程技术目前尚无标准 的分类方法，一般按照热源的种类， 的分类方法 ， 一般按照热源的种类 ， 喷涂材 料的形态及涂层的功能来分。 料的形态及涂层的功能来分。
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如按涂层的功能分为耐腐， 耐磨， 如按涂层的功能分为耐腐 ， 耐磨 ， 隔热等涂层； 隔热等涂层； 按加热和结合方式可分为喷涂和喷 前者是机体不熔化， 熔 ： 前者是机体不熔化 ， 涂层与基体形 成机械结合； 后者则是涂层再加热重熔， 成机械结合 ； 后者则是涂层再加热重熔 ， 涂层与基体互溶并扩散形成冶金结合。 涂层与基体互溶并扩散形成冶金结合。
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二、 热喷涂技术的突出特点 热喷涂方法的多样性， 热喷涂方法的多样性，制备涂层的广泛性和 应用上的经济性，是热喷涂技术最突出的特点。 应用上的经济性，是热喷涂技术最突出的特点。 从大型钢铁构件的耐磨、抗蚀， 从大型钢铁构件的耐磨、抗蚀，到高新技术 领域中的特殊功能涂层的制备，热喷涂技术都发 领域中的特殊功能涂层的制备， 挥了独特作用。 挥了独特作用。