热喷涂技术原理及应用PPT课件
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材料在基底上的沉积示结构意图
5热喷涂涂层性能
530 oC
单个粒子表面形貌
740 oC
粉末的球化程度越高和粉末
的颗粒大小
越均匀，喷涂后涂层的组织 均匀，致密性好，涂层
与基体的结合强度高．
5热喷涂涂层性能
涂层断面形貌（层状结构）
5热喷涂涂层性能
1. 化学成分
由于涂层材料在熔化和喷射过程中，在高温下会与周围介质发生作用生成氧化物、 氮化物，以及在高温下会发生分解，因而涂层的成分与涂层材料的成分是有一定的差异 的，并在一定程度上影响涂层的性能。如MCrAlY氧化后会影响其耐蚀性，而WC－Co 经氧化和高温分解后其耐磨性会降低。通过喷涂方法的选择可以避免和减轻这一现象的 发生。如采用低压等离子喷涂可大大减少涂层材料的氧化，而高速火焰喷涂则可以防止 碳化物的高温分解。
金属基复合材料
陶瓷 有机材料
Ni/Co/Fe基合金+ Al2O3、ZrO2 等 Ni/Co/Fe基合金+ WC, TiC，Cr3C2等 Al/Ni基材料+磨料
Al2O3、ZrO2、TiO2、 Cr2O3氧化物； B4C、SiC、Si3N4、BN等
聚醚、聚丙烯类共聚物 、Al-Si+聚醚等
5热喷涂涂层性能
c. 可以喷涂纯金属粉、合金、陶瓷、金属陶瓷和复合粉末 等多种材料；
d. 涂层孔隙率较高，涂层结合强度10-30MPa。
应用：
粉末火焰喷涂广泛用于机械部件和化工容器、辊筒表面制备 耐蚀、耐磨涂层。对喷枪喷咀部分作适当变动后，可用于喷涂塑 料粉末。
3.3电弧热喷涂枪
电弧喷涂原理示意图 1-直流电源；2-金属丝；3-送丝滚轮；4-导电块；5-导电嘴；
热喷涂技术原理及应用
2106.11.16
热喷涂技术原理及应用
1热喷涂技术原理
什么是热喷涂？
是一种表面强化和防护技术。利用高温热源（电弧、等 离子弧、燃烧）将喷涂材料（粉末状或丝状的金属和非 金 属涂层材料）加热成熔融或是液态，然后利用热流 本身的动力或是外加高速气流使喷涂材料汽化后喷射至 预处理过的材料表面形成涂层，以此改善材料表面的物 理化学性能
1热喷涂技术原理
Particle or Droplet generation
Accelerating Heating
Splat formation: Impact, flattening
Solidification
1热喷涂技术原理
2热喷涂技术分类
线材火焰喷涂、棒材火焰喷涂
气体燃烧火焰法 粉末火焰喷涂、爆炸喷涂
涂层等。
3.4爆炸热喷涂枪
3
2 1
4
5
7 6
8
爆炸喷涂原理示意图 1-氮气；2-粉末；3-火花塞；4-喷涂射流；5-涂层；
6-基体；7-氧气；8-乙炔
3.4爆炸热喷涂枪
爆炸喷涂特点及应用
1) 涂层结合强度高：它与基材的结合力比等离子喷涂高， 尤其是WC-Co涂层比等离子喷涂高2倍以上；
2) 涂层硬度高：喷涂WC-Co涂层的断面硬度比等离子喷 涂高50%以上；
3) 气孔率低：喷涂WC-Co涂层气孔率一般只有0.5%； 4) 目前爆炸喷涂主要用于制备优质耐磨涂层。
3.5超音速热喷涂枪
1
2 3
54
Jet-Kote超音速粉末火焰枪原理图 1-粉末及送粉气；2-冷却水；3-冷却水；4-氧气；5-燃料气；
超音速热喷涂特点及应用
1) 火焰及喷涂粒子速度极高：燃气流速可达1500-2000m/s，粉粒 撞击到工件表面的速度为550~800 m/s；
3100
电弧
5000-6000
等离子电弧 ≥10000
3热喷涂枪
粉末
等离子喷涂 高速火焰喷涂
粉末火焰
丝材
电弧喷涂 丝材火焰喷涂
3.1等离子体热喷涂枪
4
5
3 7 6
2
1
等离子喷涂枪示意图 1-喷涂粉末；2-工作气；3-阴极；4-阳极； 5-等离子射流；6-基体；7-喷涂层;
3.1等离子体热喷涂枪
超音速火焰喷涂、粉末火焰喷熔
电弧喷涂
大气等离子喷涂
热
真空等离子喷涂
喷 气体放电法 等离子喷涂 保护气体等离子喷涂
涂
水稳等离子喷涂
超音速等离子喷涂
等离子喷熔
电热法：高频喷涂、线材电爆喷涂
激光热源：激光喷涂、激光喷熔
热源种类 丙烷-氧气
温度（℃） 2640
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
天然气-氧气 氢气-氧气
2735 2690
乙炔-氧气
6-空气喷嘴；7-电弧；8-喷涂射流；9-涂层；10-基体
3.3电弧热喷涂枪
电弧热喷涂枪的应用
1) 钢铁构件上制备Zn、Al长效防护涂层； 2） 在钢铁件上喷涂不锈钢或其它耐磨金属，用于耐磨
蚀防护； 3) 喷涂碳钢、铬钢、青铜、巴氏合金等材料，用于修
复零件已磨损或尺寸超差的部位； 4) 在电容器上喷涂导电涂层，在塑料制品上喷涂屏蔽
2) 粉粒在火焰中加热时间长：喷涂粉末以中心轴式方法供给，这种 供粉方式使粉末在火焰中停留时间长，能均匀地受热熔融，产生 集中的喷射束流；
3) 熔粒与周围大气接触时间短：这可避免碳化物材料分解和脱碳； 4) 喷涂粉末细微，涂层光滑：粉末粒度为5-45μm，可获得表面光
滑的涂层； 5) 涂层致密，结合强度高：涂层的孔隙率可小于0.1%，结合力可大
特点:
a. 喷涂材料范围广：制备难熔金属、陶瓷、金属陶瓷复合 材料涂层及其它特殊功能涂层；
b. 等离子弧温度高，能量集中，焰流速度高涂层结合强度 高，可达35-70MPa，气孔率可控制到2-5%；
c. 惰性气体等离子射流有保护气氛，加氢的射流有还原气 氛，避免或减少了喷涂粒子的氧化；
应用：
制备质量要求高的耐蚀、耐磨、隔热、绝缘、抗高温和 特殊功能涂层。
于100N/mm2； 6) 气体耗量大、喷涂噪声大：目前喷枪所消耗的气体远大于一般火
焰喷涂； 7) 被广泛使用来制备碳化物（WC-Co、NiCr-Cr3C2）涂层和耐蚀
涂层。
4热喷涂材料
热喷涂的目的是什么？
1抗氧化，抗腐蚀
2抗磨
3抗高温 4修复装饰 5改变电磁光性能
常见的热喷涂材料
金属及其合金
Fe、Al、Zn、Ni、Cu、Mo等各种金属及其合金 Ni3Al、TiNi等金属间化合物； Ti、Zr和Hf（系元素）碳化物； Cr、Mo和W（系元素）硼化物； V、Nb和Ta（系元素）氮化物
3.2粉末火焰热喷涂枪
3
4
5
2 1
6 8
粉末火焰喷涂原理示意图
1-氧、乙炔混合气；2-送粉气；3-喷涂粉末； 4-喷嘴；5-火焰；6-涂层；7-基体
3.2粉末火焰热喷涂枪
特点：
a. 设备简单、轻便、初投资少，操作工艺简单，现场施工 方便；
b. 适于机械零部件的局部修复和强化，成本低，耗时少， 效益高；
5热喷涂涂层性能
530 oC
单个粒子表面形貌
740 oC
粉末的球化程度越高和粉末
的颗粒大小
越均匀，喷涂后涂层的组织 均匀，致密性好，涂层
与基体的结合强度高．
5热喷涂涂层性能
涂层断面形貌（层状结构）
5热喷涂涂层性能
1. 化学成分
由于涂层材料在熔化和喷射过程中，在高温下会与周围介质发生作用生成氧化物、 氮化物，以及在高温下会发生分解，因而涂层的成分与涂层材料的成分是有一定的差异 的，并在一定程度上影响涂层的性能。如MCrAlY氧化后会影响其耐蚀性，而WC－Co 经氧化和高温分解后其耐磨性会降低。通过喷涂方法的选择可以避免和减轻这一现象的 发生。如采用低压等离子喷涂可大大减少涂层材料的氧化，而高速火焰喷涂则可以防止 碳化物的高温分解。
金属基复合材料
陶瓷 有机材料
Ni/Co/Fe基合金+ Al2O3、ZrO2 等 Ni/Co/Fe基合金+ WC, TiC，Cr3C2等 Al/Ni基材料+磨料
Al2O3、ZrO2、TiO2、 Cr2O3氧化物； B4C、SiC、Si3N4、BN等
聚醚、聚丙烯类共聚物 、Al-Si+聚醚等
5热喷涂涂层性能
c. 可以喷涂纯金属粉、合金、陶瓷、金属陶瓷和复合粉末 等多种材料；
d. 涂层孔隙率较高，涂层结合强度10-30MPa。
应用：
粉末火焰喷涂广泛用于机械部件和化工容器、辊筒表面制备 耐蚀、耐磨涂层。对喷枪喷咀部分作适当变动后，可用于喷涂塑 料粉末。
3.3电弧热喷涂枪
电弧喷涂原理示意图 1-直流电源；2-金属丝；3-送丝滚轮；4-导电块；5-导电嘴；
热喷涂技术原理及应用
2106.11.16
热喷涂技术原理及应用
1热喷涂技术原理
什么是热喷涂？
是一种表面强化和防护技术。利用高温热源（电弧、等 离子弧、燃烧）将喷涂材料（粉末状或丝状的金属和非 金 属涂层材料）加热成熔融或是液态，然后利用热流 本身的动力或是外加高速气流使喷涂材料汽化后喷射至 预处理过的材料表面形成涂层，以此改善材料表面的物 理化学性能
1热喷涂技术原理
Particle or Droplet generation
Accelerating Heating
Splat formation: Impact, flattening
Solidification
1热喷涂技术原理
2热喷涂技术分类
线材火焰喷涂、棒材火焰喷涂
气体燃烧火焰法 粉末火焰喷涂、爆炸喷涂
涂层等。
3.4爆炸热喷涂枪
3
2 1
4
5
7 6
8
爆炸喷涂原理示意图 1-氮气；2-粉末；3-火花塞；4-喷涂射流；5-涂层；
6-基体；7-氧气；8-乙炔
3.4爆炸热喷涂枪
爆炸喷涂特点及应用
1) 涂层结合强度高：它与基材的结合力比等离子喷涂高， 尤其是WC-Co涂层比等离子喷涂高2倍以上；
2) 涂层硬度高：喷涂WC-Co涂层的断面硬度比等离子喷 涂高50%以上；
3) 气孔率低：喷涂WC-Co涂层气孔率一般只有0.5%； 4) 目前爆炸喷涂主要用于制备优质耐磨涂层。
3.5超音速热喷涂枪
1
2 3
54
Jet-Kote超音速粉末火焰枪原理图 1-粉末及送粉气；2-冷却水；3-冷却水；4-氧气；5-燃料气；
超音速热喷涂特点及应用
1) 火焰及喷涂粒子速度极高：燃气流速可达1500-2000m/s，粉粒 撞击到工件表面的速度为550~800 m/s；
3100
电弧
5000-6000
等离子电弧 ≥10000
3热喷涂枪
粉末
等离子喷涂 高速火焰喷涂
粉末火焰
丝材
电弧喷涂 丝材火焰喷涂
3.1等离子体热喷涂枪
4
5
3 7 6
2
1
等离子喷涂枪示意图 1-喷涂粉末；2-工作气；3-阴极；4-阳极； 5-等离子射流；6-基体；7-喷涂层;
3.1等离子体热喷涂枪
超音速火焰喷涂、粉末火焰喷熔
电弧喷涂
大气等离子喷涂
热
真空等离子喷涂
喷 气体放电法 等离子喷涂 保护气体等离子喷涂
涂
水稳等离子喷涂
超音速等离子喷涂
等离子喷熔
电热法：高频喷涂、线材电爆喷涂
激光热源：激光喷涂、激光喷熔
热源种类 丙烷-氧气
温度（℃） 2640
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
天然气-氧气 氢气-氧气
2735 2690
乙炔-氧气
6-空气喷嘴；7-电弧；8-喷涂射流；9-涂层；10-基体
3.3电弧热喷涂枪
电弧热喷涂枪的应用
1) 钢铁构件上制备Zn、Al长效防护涂层； 2） 在钢铁件上喷涂不锈钢或其它耐磨金属，用于耐磨
蚀防护； 3) 喷涂碳钢、铬钢、青铜、巴氏合金等材料，用于修
复零件已磨损或尺寸超差的部位； 4) 在电容器上喷涂导电涂层，在塑料制品上喷涂屏蔽
2) 粉粒在火焰中加热时间长：喷涂粉末以中心轴式方法供给，这种 供粉方式使粉末在火焰中停留时间长，能均匀地受热熔融，产生 集中的喷射束流；
3) 熔粒与周围大气接触时间短：这可避免碳化物材料分解和脱碳； 4) 喷涂粉末细微，涂层光滑：粉末粒度为5-45μm，可获得表面光
滑的涂层； 5) 涂层致密，结合强度高：涂层的孔隙率可小于0.1%，结合力可大
特点:
a. 喷涂材料范围广：制备难熔金属、陶瓷、金属陶瓷复合 材料涂层及其它特殊功能涂层；
b. 等离子弧温度高，能量集中，焰流速度高涂层结合强度 高，可达35-70MPa，气孔率可控制到2-5%；
c. 惰性气体等离子射流有保护气氛，加氢的射流有还原气 氛，避免或减少了喷涂粒子的氧化；
应用：
制备质量要求高的耐蚀、耐磨、隔热、绝缘、抗高温和 特殊功能涂层。
于100N/mm2； 6) 气体耗量大、喷涂噪声大：目前喷枪所消耗的气体远大于一般火
焰喷涂； 7) 被广泛使用来制备碳化物（WC-Co、NiCr-Cr3C2）涂层和耐蚀
涂层。
4热喷涂材料
热喷涂的目的是什么？
1抗氧化，抗腐蚀
2抗磨
3抗高温 4修复装饰 5改变电磁光性能
常见的热喷涂材料
金属及其合金
Fe、Al、Zn、Ni、Cu、Mo等各种金属及其合金 Ni3Al、TiNi等金属间化合物； Ti、Zr和Hf（系元素）碳化物； Cr、Mo和W（系元素）硼化物； V、Nb和Ta（系元素）氮化物
3.2粉末火焰热喷涂枪
3
4
5
2 1
6 8
粉末火焰喷涂原理示意图
1-氧、乙炔混合气；2-送粉气；3-喷涂粉末； 4-喷嘴；5-火焰；6-涂层；7-基体
3.2粉末火焰热喷涂枪
特点：
a. 设备简单、轻便、初投资少，操作工艺简单，现场施工 方便；
b. 适于机械零部件的局部修复和强化，成本低，耗时少， 效益高；