热喷涂技术
热喷涂技术
热喷涂技术简介热喷涂技术是一种常用的表面涂覆技术，通过高温喷涂设备将涂料加热至液态或半固态，通过喷枪喷射到被涂料表面，形成均匀的涂层。
热喷涂技术广泛应用于工业领域，例如航空航天、能源、汽车等行业，凭借其高效、可靠和灵活的特点而备受青睐。
热喷涂技术主要涉及两个关键部分：喷涂设备和喷涂材料。
喷涂设备包括喷涂枪、喷涂机和涂层预处理设备等。
喷涂材料包括粉末状材料和线材等。
粉末状材料：金属粉末、陶瓷粉末等，线材：合金线、焊芯线等。
热喷涂技术的分类热喷涂技术根据喷涂材料和喷涂方法的不同，可以分为几种主要的分类：火焰喷涂、电弧喷涂、等离子喷涂和高速喷涂。
火焰喷涂火焰喷涂是最常见的一种热喷涂技术，通过喷枪燃烧混合气体产生火焰，并将粉末状材料喷射到被涂体表面，然后快速冷却固化形成涂层。
火焰喷涂技术简单、成本低且易于操作，广泛应用于防腐、耐磨和绝热涂层等领域。
电弧喷涂电弧喷涂是一种采用电弧作为热源的热喷涂技术，具有高温高能量的特点。
通过直流或交流电弧将金属电极熔化，然后利用气流将熔融金属喷涂到被涂体表面，形成涂层。
电弧喷涂技术适用于涂层的增厚和修复，例如修复零部件的尺寸误差。
等离子喷涂等离子喷涂是一种应用等离子体作为热源的热喷涂技术，通过离子化气体生成等离子体，并利用等离子体高温将粉末状材料加热熔化，然后喷射到被涂体表面，形成涂层。
等离子喷涂技术可以利用等离子体高温高能量的特点，改善涂层与基体的粘结力。
高速喷涂高速喷涂是一种喷涂速度较快的热喷涂技术，通常涉及喷涂速度超过300m/s。
高速喷涂技术通常采用喷射粉末或线材的形式，通过气流加速喷射材料，使其迅速冷却并形成均匀的涂层。
高速喷涂技术适用于涂层的修复和材料的表面改性等领域。
热喷涂技术的应用热喷涂技术在工业领域有着广泛的应用，下面将介绍一些主要的应用领域：航空航天领域热喷涂技术在航空航天领域用于制造发动机涡轮叶片、燃烧室、燃气涡轮和航空发动机喷管等零部件的涂层。
这些涂层能够增强零部件的耐磨、耐腐蚀和热阻等性能，提高航空发动机的工作效率和寿命。
热喷涂技术
热喷涂技术热喷涂技术是一种广泛应用于工业领域的表面处理技术，它通过将熔融或热喷涂材料喷射到基材表面，形成一层覆盖层，以提供保护、表面修复或改善材料性能的效果。
热喷涂技术具有许多优点，如高效、耐久和易于操作，已经在许多行业中得到广泛应用。
热喷涂技术的基本原理是将金属、合金或陶瓷等材料加热到熔化温度，然后通过喷枪或火焰将其喷射到待处理的表面上。
材料在与表面接触时会迅速冷却和固化，形成一个致密的覆盖层。
通过选择不同的材料和工艺参数，可以实现不同的功能和性能要求。
热喷涂技术的应用范围非常广泛。
在航空航天领域，热喷涂技术被用于修复和增强发动机部件和涡轮叶片的表面。
通过喷涂耐高温、耐腐蚀的材料，可以延长零部件的使用寿命，提高整体性能。
在能源行业，热喷涂技术可以用于涡轮机组和燃烧器的喷涂，以提高热效率和防止腐蚀。
此外，热喷涂技术还可以用于模具修复、化工设备防腐、汽车零部件修复等领域。
热喷涂技术具有许多独特的优点。
首先，它可以在不影响基材的情况下，为其提供保护和改善性能的效果。
这是因为热喷涂材料与基材的结合强度很高，能够有效地防止介质的渗透和腐蚀。
其次，热喷涂技术可以在材料表面形成高度致密的覆盖层，提高材料的硬度、耐磨性和耐蚀性。
另外，该技术具有高效和灵活的特点，可以根据不同需求选择不同的喷涂材料和喷涂工艺。
热喷涂技术主要有以下几种类型。
首先是火焰喷涂技术，通过燃烧混合气体产生高温火焰，并通过喷嘴将粉末材料喷洒在待涂层表面上。
火焰喷涂技术适用于大面积涂覆和大型部件处理。
其次是等离子喷涂技术，利用等离子喷射产生的高温和高速气流将材料喷涂到基材上。
等离子喷涂技术在提高涂层附着力和密度方面具有优势。
此外，还有电弧喷涂、高速喷涂等不同的喷涂技术。
热喷涂技术在实际应用中需要考虑一些关键因素。
首先是喷涂材料的选择，材料的性能直接影响到喷涂覆盖层的质量和性能。
其次是喷涂工艺参数的优化，包括喷嘴间距、喷涂距离、气体流量等。
合理的工艺参数可以确保涂层的均匀性和附着力。
热喷涂技术的原理及应用
热喷涂技术的原理及应用1. 热喷涂技术的原理热喷涂技术是一种通过将材料加热到熔化或半熔化状态，然后将其喷射到被涂覆物表面的技术。
热喷涂技术可以用于提高材料的表面性能，包括抗腐蚀性、耐磨性、耐热性等。
它广泛应用于航空航天、电子、冶金、化工、汽车、机械等领域。
1.1 热喷涂技术的分类热喷涂技术主要有以下几种分类：•火焰喷涂技术：使用火焰作为热源，将涂层材料加热到熔化或半熔化状态，并将其喷射到被涂覆物表面。
•等离子喷涂技术：使用等离子体作为热源，将涂层材料加热到熔化或半熔化状态，并将其喷射到被涂覆物表面。
•电弧喷涂技术：使用电弧作为热源，将涂层材料加热到熔化或半熔化状态，并将其喷射到被涂覆物表面。
•高速火焰喷涂技术：使用高速火焰作为热源，将涂层材料加热到熔化或半熔化状态，并将其喷射到被涂覆物表面。
1.2 热喷涂技术的工作原理热喷涂技术的工作原理可以简要概括为以下几个步骤：1.加热材料：将涂层材料加热到熔化或半熔化状态。
不同的热喷涂技术使用不同的加热源，如火焰、等离子体或电弧。
2.喷射材料：将加热到熔化或半熔化状态的涂层材料喷射到被涂覆物表面。
喷射可以通过喷枪或喷嘴来实现。
3.涂覆形成：涂层材料接触到被涂覆物表面后，由于温度差异，涂层材料会迅速冷却和凝固，形成涂层。
4.涂层熔合：涂层材料凝固后，可以进一步通过热处理或机械加工等方式，使其与被涂覆物表面充分结合。
2. 热喷涂技术的应用热喷涂技术在多个领域都有广泛的应用，主要包括以下几个方面：2.1 防腐领域热喷涂技术可以用于防腐，提高材料的耐蚀性。
热喷涂涂层可以形成致密的结构，能够有效隔离被涂覆物与外界环境的接触，保护被涂覆物不受腐蚀。
2.2 修复与修补领域热喷涂技术可以用于修复与修补受损物体的表面。
通过热喷涂涂层，可以提高受损物体的耐磨性、耐腐蚀性等性能，延长其使用寿命。
2.3 摩擦与磨损领域热喷涂技术可以用于提高材料的耐磨性。
通过热喷涂涂层，可以在材料表面形成硬质的陶瓷涂层，提高材料的摩擦性能和抗磨损性能。
热喷涂技术讲义
缺点：燃料消耗大，喷涂效率比爆炸Байду номын сангаас涂高，但成本仍然比较高。
现代热喷涂枪
从上至下： 超音速火焰喷枪，
等离子喷枪， 火焰喷枪， 电弧喷枪
第二节 典型热喷涂简介
常用热喷涂的工艺分类
热喷涂工艺
燃烧法
电加热法
火焰喷涂 爆炸喷涂
电弧喷涂 等离子喷涂
线材火焰喷涂 粉末火焰喷涂 超音速火焰喷涂 大气等离子喷涂 低压等离子喷涂 感应等离子喷涂 水稳等离子喷涂
2.1 火焰喷涂
火焰喷涂的基本原理是通过乙炔、氧气喷嘴出口处 产生的火焰，将线材（棒材）或粉末材料加热熔化， 借助压缩空气使其雾化成微细颗粒，喷向经预先处理 的粗糙工件表面使之形成涂层。燃烧气体还可以用丙 烷、氢气或天然气等。
垂直喷射—事实上不可能
二、影响热喷涂涂层质量的主要因素
1. 喷涂工艺的影响 ①工艺方法：
火焰
等离子
电弧
爆炸
超音速
T ~3000℃ ~16000 ℃ 7400 ℃
5000 ℃ 2900 ℃
v 50-200m/s 350m/s
200m/s
720m/s
986m/s
②粉体在加热介质中的运行时间t----t↑，T↑
涂层的形成
二、涂层与基体间的结合强度
1 机械结合： 高速粒子—撞击—粒子微变形—咬合
可见，表面粗化有利于结合强度提高。
2 金属键结合： 当颗粒与基体表面达到原子间距时，会产生金 属键结合。----理论上的确存在，实际上作用极小
热喷涂技术
热喷涂技术热喷涂技术是一种涂覆工艺，通过热能的作用将材料喷涂到基材表面，形成一层保护层或者修复层，以增加基材表面的性能和延长其使用寿命。
这项技术在各个领域都有广泛的应用，特别是在航空航天、能源、冶金和汽车工业等领域。
本文将详细介绍热喷涂技术的原理、种类及其应用领域。
热喷涂技术的原理主要是利用高温喷涂材料的熔融态，通过燃烧燃料与氧气生成高温火焰，使喷涂材料熔化并以高速喷出，然后迅速冷却成为固体颗粒，附着在基材表面形成一层涂层。
这种涂层可以增加基材的硬度、耐磨性、防腐性和耐高温性能，从而提高基材的使用寿命和稳定性。
热喷涂技术的种类较多，常见的有火焰喷涂、等离子喷涂、电弧喷涂和高速气体喷涂等。
其中，火焰喷涂是最早应用的一种技术，它通过火焰燃烧喷涂材料，能够涂覆各种金属、陶瓷和合金等材料。
等离子喷涂是利用等离子体的高温特性进行喷涂，具有较高的沉积效率和喷涂质量。
电弧喷涂利用电弧放电产生的高温熔融液滴喷涂，可以喷涂高熔点的金属和合金。
高速气体喷涂是利用喷嘴将液态喷涂材料加热、加速喷出形成颗粒状，在基材表面形成涂层。
这些不同的喷涂技术适用于不同的基材和应用领域，可以根据具体需求选择适合的喷涂技术。
热喷涂技术在航空航天领域有广泛的应用。
航空发动机的涡轮叶片、燃烧室和燃气涡轮等部件需要具备高温、高压和高速等工作条件下的良好性能，使用热喷涂技术可以在基材表面形成陶瓷涂层，提高其抗高温、耐磨、抗腐蚀和疲劳寿命等性能。
此外，航天器的外壳和隔热材料也可以使用热喷涂技术进行涂覆，以提供更好的保护和绝热性能。
能源领域是热喷涂技术的另一个重要应用领域。
在火电厂中，热喷涂技术可以用于高温炉膛的涂层保护，耐高温的陶瓷涂层能够提高炉膛的寿命和热效率。
在核能领域，热喷涂技术也能够用于涂覆核反应堆容器和管道等部件，增加其耐高温、抗辐射和防腐蚀能力。
此外，太阳能和风能等可再生能源设备的叶片和涡轮也可以使用热喷涂技术进行涂覆保护，提高其性能和寿命。
热喷涂综述 一、热喷涂的定义 热喷涂技术,是采用某种高温热源,将欲涂
热喷涂综述一、热喷涂的定义热喷涂技术，是采用某种高温热源，将欲涂覆的涂层材料熔化或至少软化，并用气体使之雾化成微细液滴或高温颗粒，高速喷射到经过预处理的基体表面形成涂层的技术。
当热源的比能量足以使基体表面发生薄层熔化，与喷射的熔融颗粒形成完全致密的冶金结合涂层时，称为热喷焊，简称喷焊。
使用高温热源，如氧——可燃气体燃烧火焰、电弧、等离子电弧、激光束、爆炸能等，是热喷涂技术区别于其他喷涂方法和表面涂覆方法的主要特征。
不同热源的最高温度列于附表。
附表：不同热源的最高温度二、热喷涂技术的特点采用热喷涂技术，制备各种表面强化和表面防护涂层，具有许多独特的优点:(1)能够喷涂的材料范围特别广，包括各种金属及合金、陶瓷及金属陶瓷、塑料、非金属矿物等几乎所有固态工程材料。
因而能够制备耐磨、减摩、耐蚀、耐高温、抗氧化、绝缘、导电、催化、辐射、防辐射、抗干扰、超导、非晶态及生物功能等各种功能涂层；(2)能够在多种基体材料上形成涂层，包括金属基体、陶瓷基体、塑料基体、石膏、木材甚至纸板上都能喷涂，被喷涂的材料范围也十分广泛；(3)一般不受被喷涂工件尺寸和施工场所的限制，既可厂内施工，也可现场施工；(4)涂层沉积效率较高，特别适合沉积薄膜涂层。
涂层厚度可以控制，从几十微米到几毫米甚至可厚达 20mm；(5)除喷焊外，热喷涂施工对基体的热影响很小，基体受热温度不超过200℃，基体不会发生变形和性能变化；(6)在满足强度要求的前提下，制件基体可以采用普通材料代替贵重材料，仅涂层使用优质材料，使“好钢用在刀刃上”；(7)热喷涂施工艺灵活，方便，迅速，适应性强。
当然，热喷涂技术也有如下一些缺点:(1)除喷焊外，热喷涂涂层与基体的结合主要是物理机械结合，结合强度不大高，涂层耐冲击和重载性能较差；(2)喷涂涂层含有不同程度的孔隙，对于耐腐蚀、抗氧化、绝缘等应用，一般不如整体材料。
但可通过复合涂层系统设计等方法予以改进提高；(3)喷涂小件时，涂层材料的收得率低；(4)热喷涂手工操作时的劳动条件较差，有噪音、粉尘、热和弧光辐射问题，必须注意劳动保护措施。
热喷涂技术
粉末火焰喷涂法：它与丝材火焰喷涂的不同之处是喷 涂材料不是丝材而是粉末。图3和图4分别为粉末火焰 喷涂装置和原理示意图。
图3 粉末火焰喷涂装置
图4 粉末火焰喷涂原理示意图
在火焰喷涂中通常使用乙炔和氧组合燃烧而提供热 量，也可以用甲基乙炔,丙二烯（MPS）,丙烷，氢气 或天然气。火焰喷涂可喷涂金属，陶瓷，塑料等材 料，应用非常灵活，喷涂设备轻便简单，可移动， 价格低于其他喷涂设备，经济型好，是目前喷涂技 术中使用较广泛的一种方法。但是，火焰喷涂也存 在明显的不足。如喷出的颗粒速度较小，火焰温度 较低,涂层的粘结强度及涂层本身的综合强度都比较 低,且比其他方法得到的气孔率多
五 激光法 把高密度能量的激光束朝着接近于零件的基体 表面的方向直射，基体同时被一个辅助的激光加热 器加热，这时，细微的粉末以倾斜的角度被吹送到 激光束中。图9激光喷涂 熔化粘结到基体表面，形成了一层薄的表面涂 层，与基体之间形成良好的结合（喷涂环境可选择 大气气氛或惰性气体气氛，或真空下进行）。
⑤涂层表面粗糙度低。 ⑥喷涂距离可在较大范围内变动，而不影响 喷涂质量。 ⑦可得到比爆炸喷涂更厚的涂层，残余应力 也得到改善。 ⑧喷涂效率高，操作方便。 ⑨噪音大（大于120dB），需有隔音和防护 装置。
三 电弧类喷涂
1、电弧喷涂：
电弧喷涂：在两根焊丝状的金属材料之间产生 电弧，因电弧产生的热使金属焊丝逐渐熔化，熔化 部分被压缩空气气流喷向基体表面而形成涂层。电 弧喷涂按电弧电源可分为直流电弧喷涂和交流电弧 喷涂。直流：操作稳定，涂层组织致密，效率高。 交流：噪音大。电弧产生的温度与电弧气体介质、 电极材料种类及电流有关（如Fe料，电流280安，电 弧温度为6100K）。但一般来说，电弧喷涂比火焰喷 涂粉末粒子含热量更大一些，粒子飞行速度也较快， 因此，熔融粒子打到基体上时，形成局部微冶金结 合的可能性要大的多
表面涂镀层技术--热喷涂
喷涂层形成过程
1.喷涂过程
①喷涂材料的加热熔化
喷涂材料被加热达到熔化或半熔化状态
②熔滴的雾化
喷涂材料熔化后，在高速气流的作用下，熔滴
被击碎成小颗粒呈雾状；粉末无，线材,外加压
缩气流或热源自身射流
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③粒子的飞行
细小的雾状颗粒在气流的推动下向前飞行，颗 粒获得一定的动能；先加速、后减速
④粒子的喷涂
在产生碰撞瞬间，颗粒的动能转化成热能付 予基材，并沿预处理的凹凸不平表面产生变 形，变形的颗粒迅速冷凝并产生收缩，呈扁 平状粘结在基材表面。
尺寸，几十微米~几百微米；
速度，几十~几百米/秒；
温度，熔点
碰撞，动能→热能；
变形成扁平状粒子，凝固
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2. 涂层的形成过程
由不断飞向基体表面的粒子撞击基体或涂层表面 堆积而成
等离子弧—压缩电弧，弧柱细、电流密度大、电离度高 温度高、能量集中、弧稳定性好
三种形式： 非转移弧 阴极和喷嘴之间，工件不带电——喷涂 转移弧 工件接正极——焊接、切割 联合弧 喷嘴、工件均接正极 温度 中心30000K，出口15000-20000K 速度 出口1000~2000m/s，工件>150m50//s118
①涂层材料取材范围广 金属、合金、陶瓷、塑料、尼龙、复合材料等。 ②可用于各种基体
金属、陶瓷、玻璃、石膏、布、纸、木材等固体 ③可使基体保持较低温度、基材变形小
冷工艺30~200℃、不变形、不弱化 ④工艺灵活
可10mm内孔，也可大型构件；可大面积，也可局部； 保护性气氛，也可现场作业
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⑤工效高、操作程序少、速度快 每小时几公斤~几十公斤
→ 燃烧室混合 → 爆炸式燃烧 → 高速通过膨胀管获得超音速
热喷涂技术简介
超音速喷涂旳特点
超音速喷涂原理示意图
超音速喷涂旳特点
超音速喷涂旳特点
①粉粒温度较低, 粉末颗粒在高温中停留时间短,在空气中暴露时 间短，所以涂层中含氧化物量较低, 具有较强旳稳定性，但只适于喷 涂金属粉末、Co-Wc粉末以及低熔点TiO2陶瓷粉末；
谢谢
丝材火焰喷涂装置
粉末火焰喷吐旳装置示意图
粉末火焰喷涂原理
粉末火焰喷涂原理示意图
爆炸喷涂旳简介
爆炸喷涂旳定义 利用氧气和乙炔气点火燃烧，造成气体膨胀而产生爆 炸，释放出热能和冲击波,热能使喷涂粉末熔化,冲击波 则使熔融粉末以700～800m/s旳速度喷射到工件表面 上形成涂层。
爆炸喷涂旳原理
爆炸喷涂原理示意图
电爆喷涂,感应加热喷涂,电容放电喷涂
火焰喷涂旳简介
火焰喷涂旳定义 把金属线或粉末以一定旳速度送进喷枪里，使端部在 高温火焰中熔化，随即用压缩空气把其雾化并吹走， 沉积在预处理过旳工件表面上。
火焰喷涂旳分类 线材火焰喷涂,粉末火焰喷涂。
丝材火焰喷涂装置
丝材火焰喷吐旳装置示意图
丝材火焰喷涂原理
丝材火焰喷涂旳原理示意图
粉末 氮气
火花塞
工件
乙炔气
氧气
枪管
超音速喷涂旳简介
超音速喷涂旳定义
燃料气体(氢气,丙烷,丙烯或乙炔－甲烷-丙烷混合气体等) 与助燃剂（O2）以一定旳百分比导入燃烧室内混合，爆 炸式燃烧，因燃烧产生旳高温气体以高速经过膨胀管取 得超音速。同步通入送粉气（Ar或N2），定量沿燃烧头 内碳化钨中心套管送入高温燃气中，一同射出喷涂于工 件上形成涂层。
第八章 热喷涂技术
喷涂层的结构特点:
⑴喷涂层是由无数变形粒子相互交错堆叠在一起的层状结构
⑵喷涂层中会出现氧化物夹杂.这是喷涂中,喷涂粒子与周围气体 发生氧化作用.
⑶喷涂粒子和粒子之间会出现孔隙,涂层不致密.这是由于粒子的 变形不充分或有未熔融的粒子冲击到工件表面的缘故.
(二)喷涂层与基体的结合机理
1:机械结合
当熔融的金属粒子以一定的温度和速度撞击到经过净化和粗化 处理的工件表面时,由于表面是凸凹不平的,此时,颗粒变形并 填满基材表面纵横交错的沟槽.同时,颗粒冷凝收缩,与表面的 凹凸处机械地紧紧咬合在一起,而形成“机械结合”,即所谓 “抛锚效应”.
缺点:1:喷涂层与基体结合强度不太高且存在孔隙 2:喷焊件存在变形问题
❖ 热喷涂技术分类及其特点:
二:喷涂层的结构和喷涂层与基体的结合机理
❖ (一)喷涂层的结构
喷涂过程中,具有一定速度和温度的喷涂材料粒子到达工 件表面时,喷涂粒子以一定的动能冲击工件表面,在产生 碰撞的瞬间,粒子的动能转化为热能传给工件,并与工件 的粗糙表面紧密接触产生变形,迅速冷凝收缩呈扁平状 粘结在工件上.喷涂材料粒子连续不断地冲击,在粒子与 工件表面和粒子与粒子之间就会相互交错地粘接在一 起形成喷涂层.其示意图如下:
第三节:氧-乙炔火焰喷涂
❖ 一:氧-乙炔火焰粉未喷涂的原理
它是以氧-乙炔火焰为热源,将喷涂材料粉未加热到熔融状 态,同时借助高速火焰流喷射到经过制备的工件表面上, 冷却后形成喷涂层.
❖
二:氧-乙炔火焰
C2 H2
炔和氧气混合物质的量之比为1:2.5,因空气原因,实
四:氧-乙炔火焰粉未喷涂工艺(课本)
(一)表面预处理.切除工件表面坏层(如疲劳层,腐蚀层,原喷涂 层等);采用一切方法(如加热300℃除油)除去疏松工件表面 的油污;采用酸洗,碱洗,机械方法去除工件表面的氧化层;采 用喷砂,机械方法等使工件表面粗化,粗糙表面可使涂层与 基体形成较强的机械结合,提高涂层的结合强度;对不需要 喷涂的部位进行遮盖,涂刷涂料进行保护.
热喷涂行业知识
热喷涂行业知识
热喷涂是一种表面处理技术，通过将粉末、金属丝或其他材料加热至熔融状态，然后以高速喷射到工件表面形成涂层的方法。
热喷涂技术具有制备工艺简单、涂层质量高、适用范围广等优点，被广泛应用于航空航天、石油化工、钢铁冶金等领域。
以下是热喷涂行业的一些知识：
1. 热喷涂技术分类
热喷涂技术主要分为火焰喷涂、电弧喷涂、等离子喷涂、超音速喷涂等几类。
不同的热喷涂技术适用于不同的材料和工件表面，具有不同的特点和优缺点。
2. 热喷涂材料
热喷涂材料主要包括金属粉末、非金属粉末和金属丝材等。
金属粉末主要有铝、镍、钛等，非金属粉末主要有陶瓷、石墨等，金属丝材主要有钨、钼、钢等。
3. 热喷涂工艺
热喷涂工艺主要包括预热、喷涂、冷却和固化等步骤。
在喷涂过程中，需要控制喷枪的距离、速度和角度等参数，以保证涂层的均匀性和质量。
4. 热喷涂应用
热喷涂技术被广泛应用于各种领域，如航空航天、石油化工、钢铁冶金、电力等。
在这些领域中，热喷涂技术主要
用于强化金属表面性能、提高耐腐蚀性、耐磨损性和导电性等。
总之，热喷涂技术是一种表面处理技术，具有制备工艺简单、涂层质量高、适用范围广等优点，被广泛应用于航空航天、石油化工、钢铁冶金等领域。
热喷涂行业的发展前景广阔，未来将会有更多的创新和应用。
第五章-热喷涂技术PPT课件
表面粗化处理与清洗过程同样重要。工件表面经过粗化处理后， 可以增大工件表面的活性和增大喷涂层的接触面积，在有些情况 （如喷砂）还可以使工件产生表面压应力，有助于增强工件的抗疲 劳性能。
热喷涂的基本工艺流程图如图2所示
工件表面制备
喷
涂
表 表 表预
底
面面面
净 化
预 加 工
粗热 化
层
喷
喷后处理
涂
工
机封
作
械
层
加 工空
图2 热喷涂的基本工艺流程图
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1）表面净化
喷涂前，首先须将待喷涂表面净化，彻底清除附着在表面的油 污、油漆、氧化物等，显露出新鲜的金属表面。
2）表面预加工
表面预加工的主要目的是预留一定的喷涂层厚度。
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涂层形成过程示意图如下：
冲击
碰撞
变形
图1 涂层形成过程示意图
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凝固-收缩
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热喷涂原理示意图
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涂层形成示意图
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涂层的结构
涂层结构示意图
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涂层的形成过程表明，涂层是由无数变形粒子互相交错呈波浪式 堆叠在一起而形成的层状组织结构。
在喷涂过程中由于熔融的颗粒在熔化、软化、加速及飞行及基材表 面接触过程中与周围截至发生了化学反应，使得喷涂材料经喷涂后 会出现氧化物，而且，由于颗粒的陆续堆叠和部分颗粒的反弹散失， 在颗粒之间不可避免地存在一部分孔隙式空洞。因此，喷涂层是由 变形颗粒，气孔和氧化物所组成。
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热喷涂的主要应用特性
与其他表面工程技术相比，热喷涂在实用性方面有以下方 面的特点：
热喷涂技术及其应用
热喷涂技术及其应用热喷涂技术是近年来比较火热的表面处理技术之一，能够用于改善材料表面的性能，提高材料的机械性能、耐磨性、耐腐蚀性、热稳定性等方面的属性。
本文将介绍热喷涂技术的原理和应用。
一、热喷涂技术原理热喷涂是一种将涂层材料熔化喷射到被涂层材料上形成一层保护膜的表面处理工艺。
它主要分为火焰喷涂、电弧喷涂、高速喷涂、等离子喷涂、激光喷涂等技术。
火焰喷涂是将喷嘴与燃料气体混合后引燃得到的火焰吹向材料表面，同时将被粘合材料送入火焰中加热，然后在熔化状态下喷向被涂材料。
电弧喷涂利用电极放电引发电弧，使涂层材料瞬间融化，并以高速喷向材料表面。
高速喷涂是将粉末材料经过特殊的加速器加速，超音速喷向材料表面，从而形成涂层。
等离子喷涂是以等离子体为介质进行喷涂。
等离子体是在低压下产生的电离气体，它的能量很高，能使材料直接熔化并在被涂材料上喷涂形成涂层。
激光喷涂是利用激光束将涂层材料加热并熔化，然后以气体喷嘴喷向被涂材料，从而形成涂层。
这些不同类型的热喷涂技术都基于相同的原理，即通过喷射熔化的涂层材料来形成一层保护膜，使被涂层材料的性能发生改变。
二、热喷涂技术的应用热喷涂技术可以应用在各种材料的表面处理上，包括金属、塑料、陶瓷等。
它具有如下的应用：1. 保护性涂层热喷涂技术可以在有害气体作用下保护金属表面，使其不被腐蚀。
例如，在海洋环境中，金属的表面会被盐雾等大气污染物或海水腐蚀，而热喷涂技术可以种植一层高效的电池隔离膜，通过其它层保护金属表面，从而避免材料损坏。
2. 耐磨性提高机械部件经过热喷涂处理后，涂层会形成一种厚度薄、高硬度的涂层，从而耐受各种磨损和冲击。
3. 高科技行业热喷涂技术还广泛应用于高科技领域的材料处理，例如太阳能电池板、微电子制造等瑞士实验室使用热喷涂技术制造电池板，提高电能转换的效率、同时也降低制造成本。
4. 冶金行业热喷涂技术在冶金行业中应用范围广泛，可以用于包括喷涂铺管、喷涂耐火砖、喷涂耐磨材料等。
热喷涂技术原理及应用
热喷涂技术原理及应用
热喷涂技术是一种将熔融或煅烧的材料喷射到被涂物表面形成涂层的
方法，主要通过机械喷涂、火焰喷涂和等离子喷涂等方式实现。
该技术具
有简单、快速、高效、易实施等特点，广泛应用于航空航天、冶金、化工、电子等工业领域。
1.加热原理：通过燃烧或电阻加热等方式，将喷射材料加热到熔点或
半熔状态，使其具有液态或半固态的物理性质。
2.喷射原理：通过高压气体或等离子体流体作为介质，将加热后的喷
射材料喷射到被喷涂的物体表面，形成涂层。
3.冷却原理：当喷射材料接触到物体表面后，快速冷却凝固，形成均
匀而紧密的涂层。
1.表面保护：热喷涂技术能够在被涂物表面形成一层坚硬、耐磨、耐
腐蚀的保护层，提高工件的使用寿命和性能。
2.涂料修复：热喷涂技术可用于修复损坏或磨损的表面涂层，恢复工
件的使用功能。
3.表面改性：通过选择不同材料和涂层结构，可调整涂层的表面形貌、化学成分和物理性能，实现对工件表面性能的改善与调控。
4.温度管理：利用热喷涂技术可制备出具有更好的导热性能的绝热和
散热涂层，用于温度管理和热障涂层的制备。
5.功能涂层：热喷涂技术可制备出各种功能涂层，如阻焊涂层、导电
涂层、耐磨涂层等，以满足特殊技术要求。
6.修饰美化：通过热喷涂技术，可在工件表面形成一层具有良好的光滑度和装饰性的金属涂层，提高工件的外观质量。
总的来说，热喷涂技术是一种常用的涂层制备技术，其应用广泛且多样化，具有改善材料性能、延长使用寿命、提高外观质量等优点。
随着科学技术的不断发展，热喷涂技术在新材料、新工艺、新应用等方面仍有很大的发展空间。
热喷涂技术的原理及工艺
热喷涂技术的原理及工艺热喷涂技术是一种将材料熔化或加热到高温状态后喷射到基材表面的涂层技术。
其原理是利用热能将涂层材料熔化或加热到高温状态，然后通过喷嘴喷射到基材表面，形成一层密实的涂层。
热喷涂技术主要分为两类：热熔喷涂和冷喷涂。
热熔喷涂是指将涂层材料熔化后喷射到基材表面。
常用的热熔喷涂技术包括火焰喷涂、电弧喷涂、电子束喷涂等。
在这些技术中，通过将涂层材料加热到熔点以上的高温状态，使其变为液态或半固态状态，然后通过喷嘴喷射到基材上。
喷涂材料在与基材接触时迅速冷却固化，形成一层均匀致密的涂层。
冷喷涂是指将涂层材料加热至未完全熔化状态后喷射到基材表面。
常用的冷喷涂技术包括高速喷涂、冷气喷涂等。
在这些技术中，通过将涂层材料加热至部分熔化状态，使其成为微粒状，然后通过高速喷射的方式将其喷射到基材表面。
喷涂材料在与基材接触时迅速冷却固化，形成一层具有良好粘结和结构致密的涂层。
热喷涂技术在工艺上通常包括以下几个步骤：准备材料、准备基材、预热、涂覆、冷却。
准备材料是指将涂层材料准备到需要的形态，如粉末、线材、条片等。
准备基材是指将待涂层的基材进行清洁、除锈等处理，以确保涂层能够良好地附着在基材表面。
预热是指将喷涂设备和基材加热到适当的温度，以确保涂层材料能够顺利熔化或部分熔化。
预热温度的选择取决于喷涂技术和涂层材料的特性。
涂覆是指将喷涂设备中的涂层材料喷射到基材表面。
喷涂时需要控制喷涂设备的参数，如喷涂速度、喷涂压力、喷涂距离等，以确保涂层的均匀性和致密性。
冷却是指将涂层材料在与基材接触后迅速冷却固化。
冷却时间和方式可以根据涂层材料和喷涂工艺的要求进行调整。
冷却完成后，涂层将具有良好的附着力和结构致密度。
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齐鲁工业大学|机械与汽车工程学院热喷涂技术的研究综述孙*（齐鲁工业大学机械与汽车工程学院 20130102****）摘要：本文介绍了热喷涂技术的由来，发展历程，工艺特点（热喷涂工艺的优缺点），基本概念，总结了热喷涂技术的应用状况，探讨了新工艺、新材料在热喷涂技术中的应用前景。
关键词：表面处理；热喷涂；热喷涂的优缺点；热喷涂的应用进展前言：高新技术的飞速发展对提高金属材料的性能、延长仪器设备中零部件的使用寿命提出了越来越高的要求。
而这两个方面的要求又面临高性能结构材料成本逐年上升的问题。
近年来，表面工程发展很快，尤其是热喷涂技术获得了巨大的进展，为解决上述问题提供了一种新的方法。
热喷涂技术是一种将涂层材料 (粉末或丝材 )送入某种热源 (电弧、燃烧火焰、等离子体等 )中熔化，并利用高速气流将其喷射到基体材料表面形成涂层的工艺。
由于热喷涂技术可以喷涂各种金属及合金、陶瓷、塑料及非金属等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，并且施工灵活，适应性强，应用面广，经济效益突出，尤其对提高产品质量、延长产品寿命、改进产品结构、节约能源、节约贵重金属材料、提高工效、降低成本等方面都有重要作用。
热喷涂涂层具有耐磨损、耐腐蚀、耐高温和隔热等优良性能，并能对磨损、腐蚀或加工超差引起的零件尺寸减小进行修复，在航空航天、机械制造、石油化工等领域中得到了广泛的应用【1-3】。
热喷涂发展现状：1、热喷涂技术的由来热喷涂是指采用氧—乙炔焰、电弧、等离子弧、爆炸波等提供不同热源的喷涂装置，产生高温高压焰流或超音速焰流，将要制成涂层的材料如各种金属、陶瓷、金属加陶瓷的复合材料、各种塑料粉末的固态喷涂材料，瞬间加热到塑态或熔融态，高速喷涂到经过预处理（清洁粗糙）的零部件表面形成涂层的一种表面加工方法。
我们把特殊的工作表面叫“涂层”，把制造涂层的工作方法叫“热喷涂”，它是采用各种热源进行喷涂和喷焊的总称。
热喷涂技术最早出现在 20世纪早期的瑞士，随后在前苏联、德国、日本、美国等国得到了不断的发展，各种热喷涂设备的研制、新的热喷涂材料的开发及新技术的应用，使热喷涂涂层质量不断得到提高并开拓了新的应用领域【4】。
热喷涂技术在我国始于20世纪50年代，至70年代末形成气候。
目前，无论在设备、材料、工艺、科研等方面都在迅速发展与提高，成为表面技术重要组成部分。
2、热喷涂技术的发展历程在 1993年以前【5-6】介绍较多的是单一热喷涂的技术与方法，其中以火焰喷涂法最为常见。
虽然该法(火焰温度可达 3000℃)，可熔化大多数金属，但由于陶瓷材料熔点太高而使该法受到限制。
与现有的火焰喷涂、等离子喷涂、电弧喷涂等技术相比，气体爆炸喷涂具有致密性好，孔隙率低，结合强度高等优点。
但因爆炸法之粉料以直线束方式射向基体表面，对形状复杂和细小件内壁难以处理，并需专门隔音装置以对付约140分贝的爆炸声，且涂层与基体之结合强度也有待于提高。
新近研制的超音速喷涂法利用喷枪(具有混合气体室，燃烧室及扩张嘴)在压力下点燃混合气体，通过扩张使燃烧继续，由此可产生超音速(1370m/s)和高温(2760℃)的气流，从而能喷涂金属陶瓷，例如WC-Co和WC-Cr-Ni等粉末材料，并无脱碳现象。
与爆炸喷涂相比，由于火焰的超音速提高了粒子的速度，其所制得的涂层致密且高耐水性。
加上热源温度低，限制了粉末粒子加热，从而有效地抑制了粉末中 WC的分解。
实验得出，超音速法所形成的涂层较等离子及氧—乙炔火焰法形成的涂层性能优越，其耐蚀性能与硬质合金YT相当。
并且涂层材料已从金属、合金、陶瓷进而扩大到塑料等非导电性材料【7】。
我国热喷涂技术是从五十年代开始的,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。
我国热喷涂技术起步较早，50年代就发展了丝材电弧喷涂；60年代某些军工部分开始研究等离子喷涂，等离子弧焰温度高、等离于喷涂颗粒飞行速度快，涂层结合强度也较高（40～80MPa），孔隙率小于 5％，在我国军工部分得到广泛应用；70年代出现了品种和型号较为齐全的喷涂设备和材料，但总的来说进展缓慢，只是到了近几年才获得了较快的发展。
特别是原国家经委将热喷涂作为国家重点推广项目以后，发展速度更快并取得了明显的经济效益。
1981年10月21—27日由国家经委、国家科委主持在北京召开了首届全国热喷涂会议，会上公布由国家经委领导下成立了“全国热喷涂协作组”，挂靠北京矿冶研究总院，协作组对上联系国家经贸委，对下联系各省市、自治区经委科技处各部分科技局，以及大中型企业、大专院校、科研单位等形成跨地区、跨行业、跨部分推广应用热喷涂技术网络体系,现有团体会员单位400多个。
1991年国家机电部武汉材料保护研究所向国家民政部申请成立了“中国表面工程协会热喷涂专业委员会”，是全国从事表面工程的企业及相关单位自愿组成的行业组织,现挂靠北京农机学院,已发展团体会员400余个及境外会员150余个。
在国外，近几年来，已研制几种不同形式的高速喷枪系统，大大拓宽了高速喷涂的应用领域。
如金刚石射流，冲锋枪，连续爆炸喷涂，射流枪等，对于WC-Co 系硬质合金涂层的喷涂，超音速喷涂法有取代等离子喷涂的趋势。
3、热喷涂技术的研究水平目前，随着热喷涂技术的飞速发展，国际上等离子喷涂占有明显优势，并已开发出三阴极等离子喷涂、高能等离子喷涂、微弧等离子喷涂和反应等离子喷涂等多种新技术。
（1)三阴极等离子喷涂喷枪由3个阴极和由几个被绝缘的环体串联组成的喷嘴组成，只有离阴极相对远的最后一个环体作为阳极工作。
由于从3个阴极到同一个阳极产生的3个独立电弧的长度稳定不变，3束等离子射流在汇流腔内汇聚成一束主等离子流，形成空心管状射流从喷嘴喷出，从而产生了稳定的等离子喷射。
与传统的等离子喷枪相比，这种喷枪的等离子喷射的稳定性有明显改善，可以进行均质粉末加工，并有较高的沉积率和送粉率【8-9】。
(2)高能等离子喷涂是为满足陶瓷材料对涂层密度和结合强度以及喷涂效率的更高需求而开发的一种高能、高速的等离子喷涂技术，其特点是在电弧电流与普通大气等离子喷涂相当的条件下，利用较高的工作电压 (可达几百伏)提高功率，并采用更大的气体流量来提高射流的流速 (马赫数 M>5)。
高能等离子喷枪采用独特的设计方法拉长了等离子弧，提高了工作电压，降低了工作电流，平均工作电压达 240 V，减少了阴阳极的损耗，提高了喷嘴的使用寿命。
等离子弧中存在3个菱形马赫锥，具有较高的射流速度，喷涂WC-Co涂层的粒子平均速度可达527 m/s；同时还具有较高的喷涂效率(可达200 g/min)和沉积效率(可达95%)。
美国PRAXAIR-TAFA公司最近推出了PlazJet高功率等离子喷涂系统，能够稳定工作在 200 kW左右，等离子弧具有极高的热能和速度，可为沉积优质涂层提供充足的功率。
（3）微弧等离子喷涂是20世纪90年代由乌克兰巴顿焊接研究所开发的，它的特点是具有层流等离子射流、发射角只有2°～6°(普通的等离子枪的发射角达10°～18°)、功率低 (1～3 kW)、基体受热低、噪声小(30～50dB)，可在极薄的基体(如0.5 毫米厚的不锈钢薄板或1.0毫米厚的锰片)上进行喷涂【10】。
这种喷涂方法的功率虽低,但能量集中，其束斑直径小于5毫米,所以仍可喷涂各种材料，特别适宜制备小零件及薄壁件的精密涂层,且该设备重量轻，适合于现场的维修工作。
（4）反应等离子喷涂是对真空等离子喷涂进一步改进的结果，该方法在真)，反应空等离子喷涂过程中，在喷嘴出口处的等离子射流中加入反应气体(如N2气体与加热中的喷涂颗粒相互作用，进而得到新的生成物。
例如，用这种方法可反应后得到的。
TiN具有高熔点、高以获得TiN涂层，它是靠喷涂钛粉和注入N2硬度、耐磨、耐蚀等特点 ,并且还具有优良的导电性和超导性。
反应等离子喷涂制备TiN涂层克服了传统的物理或者化学气相沉积(PVD及CVD)工艺制备TiN涂层，存在沉积速率低、涂层厚度过薄的缺点，可制备纳米晶TiN涂层，涂层厚度可达500μm。
4、热喷涂技术的应用领域热喷涂技术在各种金属或非金属零件的机械性损伤修复领域，占有重要的地位，目前主要用在一下几个方面：(1) 制造新件如采用电弧喷涂制造冲压塑料和皮革制品件模具、等离子喷涂加工陶瓷喷嘴或耐火金属喷嘴、雷达整流罩、高温炉元件，以及纤维增强钛金复合材料的发动机部件等。
(2) 材料的改性在材料改性方面，用热喷涂技术对普通材料进行处理，可按需要改变其表面的化学成分和组织结构，达到强化表面某些性能的目的。
(3) 旧件的修复在旧件修复领域里，热喷涂技术不仅可以恢复零件的尺寸，而且可强化零件表面的性能，成倍地提高其寿命，经济意义十分重大。
(4) 制备特定的功能性涂层譬如可以制备耐磨涂层、耐腐蚀涂层、耐高温涂层、屏蔽涂层、绝缘喷涂层、耐氧化涂层等，改善材料的表面性能。
随着喷涂技术的不断发展，必然导致涂层材料种类、性能或功能更趋完善。
在国与国之间竞相研究喷涂技术的同时，各类喷涂层如雨后春笋般地蓬勃而出。
例如将低压等离子喷涂与激光相结合，使用Ti，Al与TiO2和Al2O3等粉末，在N2气氛中制备陶瓷涂层，在玻璃表面涂加陶瓷涂层使得这种涂层在用于玻璃涂层汽轮机那样严酷的工作环境中具有很高的热稳定性和热辐射率。
另外，将泥浆状金属粉末在制品上形成铬和铬的碳化物均匀膜涂层，这薄膜也具有高的耐磨性和耐蚀性，因而可广泛地应用于要求耐磨耐蚀机械零件。
其把ZrO2和MCrAlY两种材料结合而制成热阻涂层(TBC)和连续梯度涂层(CGC)，证明其用作火箭等耐热零件时具有极好的性能。
九十年代，复合涂层技术的应用已扩大到半导体领域【11】，用等离子喷涂和火焰喷涂相结合可制成半导体涂层YBa2Cu3O7-x。
这种高温半导体材料YBa2Cu3O7-x还可制成电磁罩用于人体内磁性的测量。
而由Teramoto采用降压等离子喷涂法所生长的无定形磁膜应用于扭力传感器效果极好。
热喷涂技术存在的问题：1、热喷涂技术存在的缺陷（1）由于涂层与基体主要是靠机械结合情势（喷焊工艺除外），所以其与基体表面的结合强度，绝对地较低于金属热处理，涂层自身强度一般不可能达到基体金属本身的强度。
（2）涂层存在一定的气孔（喷焊工艺除外），这对于要求耐化学介质腐蚀的环境是不利的。
但有试验表明，当涂层厚度达到一定值时，（比如镍包铝材料的等离子喷涂层，厚度到达0.3～0.5毫米以上时）其气孔已被涂层自身关闭，成为非穿透性气孔。
另外，还可以对涂层进行封孔处理。
然而在某些情况下气孔的存在恰是咱们所需要的。
例如作为隔热涂层、含油轴承和人造骨骼等。