热喷涂与喷焊技术
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涂层材料的熔化非常关键，一般希望所有涂 层材料都完全熔化并一直保持到撞击基体表面之 前，并且不产生挥发。一些简单的模型可以描述 热气流中固体粉末的熔化过程。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：
S（λΔT）2/Vµ≥L2D2/16P
热喷涂、喷焊技术
引言
随着工业现代化的发展，对各种机械设备零 件的表面性能要求越来越高。表面熔融凝固技术 通过表面涂覆与改性，改变金属或非金属表面的 化学成分、组织结构、应力状态和形态，使机械 设备零件适应高温、高压、高速、重载及腐蚀介 质、恶劣工况条件工作的需要，有效改善材料表 面性能，提高生产力，节约资源能源，减少环境 污染，改变零部件的外观，已成为提高产品质量 和使用寿命的重要制造技术。受到各工业部门的 重视，现已在航天、航空、冶金、机械制造、煤 炭、电力、石油、化工、纺织等工业部门得到应 用。
2.热喷涂分类
3.热喷涂特点
能够喷涂的材料范围特别广； 能够在多种基体材料上形成涂层； 一般不受工件尺寸和施工场所的限制； 沉积效率高，特别适合沉积后膜涂层； 对基体材料的热影响小； 调整涂层成分比较容易； 容易对制品进行局部强化或改性； 节约贵重材料； 方便维修。
图5
热喷涂层一般都会有一部分孔隙(0.025％一50 ％)，其产生原因主要有三个：
1） 未熔化颗粒的低冲击动能； 2）是喷涂角度不同时造成的遮蔽效应； 3）是凝固收缩和应力释放效应。
7.热喷涂中的变相
喷涂过程中熔滴撞击基体冷却凝固形成 涂层。相对基体来说，熔滴尺寸非常小，冷却 速度可以达到106K/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。在高温环境下使用时，涂层的这 些亚稳态结构会向稳定相转变，或发生分解。 有些相变甚至会产生相变应力，导致涂层破坏， 因此在设计涂层时应引起注意。
据不完全统计，在“八五”期间(1991～1995 年包括1996年)，中国热喷涂行业总产值为3亿元年 左右(包括热喷涂设备、材料、施工与技术服务、 辅助设备材料等)。1996年，我国国民经济总产值 约为7.5万亿元(约为9100亿美元)，热喷涂产值约占 其0.39/10000。据国外有关材料介绍，近几年美国 热喷涂总产值约为20亿美元，日本为800亿日元， 分别占其国民经济总产值(GNP)的3.6/10000和 2.3/10000。热喷涂产值在GNP重的比值是该国热
8.涂层应力
大部分涂层材料的冷却凝固伴随着收缩过
程。当熔滴撞击基体并快速冷却、凝固时，颗
粒内部会产生张应力而在基体表面产生压应力。 喷涂完成后．在涂层内
部存在残余张应力，其
大小与涂层厚度成正比。
涂层达到一定程度时，
涂层的张应力超过涂层
图6
与基材的结合强度或涂层本省的结合强度时， 涂层就会发生破坏。如图6所示。
第一节 热喷涂技术
概述
热涂技术最早于1910年由普博士发明,当时命 名：“金属喷镀”
1979年9月27—10月1日在美国Florida州Miami城 召开第八届国际热喷涂会议,采用“热喷涂”,这一 名词,这就是“热喷涂”名词的由来。
我国热喷涂技术是从上世纪五十年代开始的, 当时由吴剑春和张关宝在上海组建了国内第一个 专业化喷涂厂,研制氧乙炔焰丝喷及电喷装置，并 对外开展金属喷涂业务。
图2 喷涂颗粒的变形铺展
在喷涂前，基体经过净化、粗化预处理，表面
形成了一定的粗糙度，变形铺展的喷涂颗粒可以 镶嵌在粗化表面上，形成机械嵌合作用，和表面 结合在一起，如图3所示。 不断和基体撞击、变 形铺展的喷涂颗粒互相填塞、堆积而形成喷涂层， 如图4所示。
图3 喷涂颗粒和基体的结合
图4 涂层的形成
4.涂层材料
首先，热喷涂材料最好有较宽的液相区，因为 涂层材料需要熔化后才能喷涂到基体上去，而较 宽的液相区可以使熔滴在较长时间内保持液相： 一般金属材料和氧化物陶瓷材料都适合热喷涂技 术。
其次，对喷涂材料的形状与尺寸也有要求。一 般喷涂用材料都必须是线材或粉末材料。
5.涂层形成过程
涂层形成的大致过程是：涂层材料经加热熔化 和加速一撞击基体一冷却凝固一形成涂层。其中 涂层材料的加热、加速和凝固过程是三个最主要 的方面。
式中，S为粉末在焰流中的运动距离；λ为平均边 界层的热导率；ΔT为平均边界层的温度梯度；V 为平均焰流速度；µ为平均焰流粘度；L为粉末材 料的熔化潜热；D为粉末的平均直径；P为粉末密
度。
6.涂层结构
如图5所示是等离子喷涂钼涂层显微结构形貌 图。可见涂层由大小不一的扁平颗ห้องสมุดไป่ตู้、未熔化的 球形颗粒、夹杂和孔隙组成。几乎所有热喷涂层 都具有上述相同的特征，差别只在于尺寸的大小 和数量的多少。
喷涂发达与否的重要标志。中国的这个比值，仅 为美国的11%，日本的17%。这说明，中国的热喷
涂仍处于发展阶段，远未达到成熟和饱和阶段，
也正因为如此，热喷涂在中国的市场广大，机遇 甚多，发展前景看好。
一.热喷涂概念 利用热源将材料加热至熔化或熔融状态，借
助气流高速雾化形成“微粒雾流”，沉积在经过 预处理的工件表面，形成与基体紧密结合的涂层 的一类技术称为热喷涂。
薄涂层一般比厚涂层更加经久耐用。高收缩材 料如某些 奥氏体不锈钢容易产生较大的残余应力， 因此不能喷涂厚的涂层。
喷涂方法和涂层结构也影响涂层的应力水平。 致密涂层中的残余应力要比疏松涂层的要大。涂 层应力大小还可以通过调整喷涂工艺参数而部分 控制．但更有效的办法是通过涂层结构设计，采 用梯度过渡层缓和涂层应力。
9.结合强度
1)涂层拉伸结合强度 这是测定喷涂涂层与基体界面之间沿法线方
二.热喷涂技术原理 1. 热喷涂技术原理 如图1所示， 在喷涂过程中，被热源加热并被 高速气流雾化的喷涂材料颗粒被喷射到基体表面， 和基体发生撞击，速度由每秒几十、几百米骤然 降为零，颗粒由于撞击而产生巨大的变形铺展， 形成片层状结构，并迅速冷却下来，如图2所示。
图1 热喷涂技术原理示意图 1- 基体 2- 涂层 3 热源 4- 热喷 涂材料 L- 熔体 S- 固体
S（λΔT）2/Vµ≥L2D2/16P
热喷涂、喷焊技术
引言
随着工业现代化的发展，对各种机械设备零 件的表面性能要求越来越高。表面熔融凝固技术 通过表面涂覆与改性，改变金属或非金属表面的 化学成分、组织结构、应力状态和形态，使机械 设备零件适应高温、高压、高速、重载及腐蚀介 质、恶劣工况条件工作的需要，有效改善材料表 面性能，提高生产力，节约资源能源，减少环境 污染，改变零部件的外观，已成为提高产品质量 和使用寿命的重要制造技术。受到各工业部门的 重视，现已在航天、航空、冶金、机械制造、煤 炭、电力、石油、化工、纺织等工业部门得到应 用。
2.热喷涂分类
3.热喷涂特点
能够喷涂的材料范围特别广； 能够在多种基体材料上形成涂层； 一般不受工件尺寸和施工场所的限制； 沉积效率高，特别适合沉积后膜涂层； 对基体材料的热影响小； 调整涂层成分比较容易； 容易对制品进行局部强化或改性； 节约贵重材料； 方便维修。
图5
热喷涂层一般都会有一部分孔隙(0.025％一50 ％)，其产生原因主要有三个：
1） 未熔化颗粒的低冲击动能； 2）是喷涂角度不同时造成的遮蔽效应； 3）是凝固收缩和应力释放效应。
7.热喷涂中的变相
喷涂过程中熔滴撞击基体冷却凝固形成 涂层。相对基体来说，熔滴尺寸非常小，冷却 速度可以达到106K/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。在高温环境下使用时，涂层的这 些亚稳态结构会向稳定相转变，或发生分解。 有些相变甚至会产生相变应力，导致涂层破坏， 因此在设计涂层时应引起注意。
据不完全统计，在“八五”期间(1991～1995 年包括1996年)，中国热喷涂行业总产值为3亿元年 左右(包括热喷涂设备、材料、施工与技术服务、 辅助设备材料等)。1996年，我国国民经济总产值 约为7.5万亿元(约为9100亿美元)，热喷涂产值约占 其0.39/10000。据国外有关材料介绍，近几年美国 热喷涂总产值约为20亿美元，日本为800亿日元， 分别占其国民经济总产值(GNP)的3.6/10000和 2.3/10000。热喷涂产值在GNP重的比值是该国热
8.涂层应力
大部分涂层材料的冷却凝固伴随着收缩过
程。当熔滴撞击基体并快速冷却、凝固时，颗
粒内部会产生张应力而在基体表面产生压应力。 喷涂完成后．在涂层内
部存在残余张应力，其
大小与涂层厚度成正比。
涂层达到一定程度时，
涂层的张应力超过涂层
图6
与基材的结合强度或涂层本省的结合强度时， 涂层就会发生破坏。如图6所示。
第一节 热喷涂技术
概述
热涂技术最早于1910年由普博士发明,当时命 名：“金属喷镀”
1979年9月27—10月1日在美国Florida州Miami城 召开第八届国际热喷涂会议,采用“热喷涂”,这一 名词,这就是“热喷涂”名词的由来。
我国热喷涂技术是从上世纪五十年代开始的, 当时由吴剑春和张关宝在上海组建了国内第一个 专业化喷涂厂,研制氧乙炔焰丝喷及电喷装置，并 对外开展金属喷涂业务。
图2 喷涂颗粒的变形铺展
在喷涂前，基体经过净化、粗化预处理，表面
形成了一定的粗糙度，变形铺展的喷涂颗粒可以 镶嵌在粗化表面上，形成机械嵌合作用，和表面 结合在一起，如图3所示。 不断和基体撞击、变 形铺展的喷涂颗粒互相填塞、堆积而形成喷涂层， 如图4所示。
图3 喷涂颗粒和基体的结合
图4 涂层的形成
4.涂层材料
首先，热喷涂材料最好有较宽的液相区，因为 涂层材料需要熔化后才能喷涂到基体上去，而较 宽的液相区可以使熔滴在较长时间内保持液相： 一般金属材料和氧化物陶瓷材料都适合热喷涂技 术。
其次，对喷涂材料的形状与尺寸也有要求。一 般喷涂用材料都必须是线材或粉末材料。
5.涂层形成过程
涂层形成的大致过程是：涂层材料经加热熔化 和加速一撞击基体一冷却凝固一形成涂层。其中 涂层材料的加热、加速和凝固过程是三个最主要 的方面。
式中，S为粉末在焰流中的运动距离；λ为平均边 界层的热导率；ΔT为平均边界层的温度梯度；V 为平均焰流速度；µ为平均焰流粘度；L为粉末材 料的熔化潜热；D为粉末的平均直径；P为粉末密
度。
6.涂层结构
如图5所示是等离子喷涂钼涂层显微结构形貌 图。可见涂层由大小不一的扁平颗ห้องสมุดไป่ตู้、未熔化的 球形颗粒、夹杂和孔隙组成。几乎所有热喷涂层 都具有上述相同的特征，差别只在于尺寸的大小 和数量的多少。
喷涂发达与否的重要标志。中国的这个比值，仅 为美国的11%，日本的17%。这说明，中国的热喷
涂仍处于发展阶段，远未达到成熟和饱和阶段，
也正因为如此，热喷涂在中国的市场广大，机遇 甚多，发展前景看好。
一.热喷涂概念 利用热源将材料加热至熔化或熔融状态，借
助气流高速雾化形成“微粒雾流”，沉积在经过 预处理的工件表面，形成与基体紧密结合的涂层 的一类技术称为热喷涂。
薄涂层一般比厚涂层更加经久耐用。高收缩材 料如某些 奥氏体不锈钢容易产生较大的残余应力， 因此不能喷涂厚的涂层。
喷涂方法和涂层结构也影响涂层的应力水平。 致密涂层中的残余应力要比疏松涂层的要大。涂 层应力大小还可以通过调整喷涂工艺参数而部分 控制．但更有效的办法是通过涂层结构设计，采 用梯度过渡层缓和涂层应力。
9.结合强度
1)涂层拉伸结合强度 这是测定喷涂涂层与基体界面之间沿法线方
二.热喷涂技术原理 1. 热喷涂技术原理 如图1所示， 在喷涂过程中，被热源加热并被 高速气流雾化的喷涂材料颗粒被喷射到基体表面， 和基体发生撞击，速度由每秒几十、几百米骤然 降为零，颗粒由于撞击而产生巨大的变形铺展， 形成片层状结构，并迅速冷却下来，如图2所示。
图1 热喷涂技术原理示意图 1- 基体 2- 涂层 3 热源 4- 热喷 涂材料 L- 熔体 S- 固体