第八讲-热喷涂的原理和特点
第八部分热喷涂
电源 冷却水
工作气体
控制 设备
送粉 气体
粉末
送粉 设备
喷枪
等离子喷涂设备示意图
等离子弧喷涂枪示意图
粉末
绝缘套 冷却系统
喷嘴 前枪体
火焰喷涂
以气体燃烧热为热源，将金属丝或粉末熔化并雾化而进行的 喷涂。 1. 线材火焰喷涂 2. 粉末火焰喷涂
线材火焰喷涂装置示意图
8 7 3
6
5
火焰喷射枪剖面图
7
6
8
5
9
1
1.燃料气(C2H2),
2.助燃气(O2),
1
3.气体流量计,
4.压缩空气,
2
5.空气过滤器,
6.空气控制器,
7.线材控制装置,
送丝 装置
丝盘
压缩气体
电弧喷涂原理示意图
电源：V = 40V，I = 100-400A 平的伏安特性。
电弧喷涂枪， 送丝装置， 气体压缩机。
电弧喷涂丝材主要有Al, Zn, Cu, Ni, Mo等及其合金，以及碳钢、 不锈钢等。
1.空气接头 2.手柄开关 3.喷枪体 4.导电嘴 5.金属丝 6.挡弧罩
rw- 蒸馏水的密度 rz- 涂层材料的密度 rc- 金属丝的密度 rv- 凡士林的密度
思考题
1、什么是热喷涂？其工艺选用的基本原则。 2、什么是等离子体？ 3、等离子喷涂的基本原理。
d
P
涂层结合强度(sb)
sb = 4P/pd2
涂层 试样之固定部分 试样之活动芯棒 支撑
第八讲-热喷涂的原理和特点
3.涂层的结合方式
（1）涂层的结合
涂层的 涂层内聚
结合
涂层与基体表面
（2）涂层的结合方式
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。 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。
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 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)。
局限性：
热效率低 材料利用率低，浪费大 涂层与基体结合强度较低
四、热喷涂的应用
① 防腐蚀 主要用于大型水闸钢闸门、造纸机烘缸、煤矿井 下钢结构、高压输电铁塔、电视台天线、大型钢桥梁、 化工厂大罐和管道的防腐喷涂。 ② 防磨损 通过喷涂修复已磨损的零件，或在零件易磨损部 位预先喷涂上耐磨材料，如风机主轴、高炉风口、汽 车曲轴、机床主轴、机床导轨、柴油机缸套、油田钻 杆、农用机械刀片等。
二、热喷涂基本原理
1.热喷涂的基本过程
从喷涂材料进入热源到形成涂层，喷涂过程一般 经历四个阶段： （1）喷涂材料被加热到熔化或半熔化状态 （2）喷涂材料的熔滴被雾化 （3）雾化或软化的微细颗粒喷射飞行 （4）微细颗粒撞击基体表面形成涂层
2.涂层的结构
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。 组成：变形颗粒、氧化物、气孔和未熔化颗粒
③ 特殊功能层 通过喷涂获得表层某些特殊性能，如耐高温、隔 热、导电、绝缘、防幅射等，在航空航天和原子能等 部门应用较多。
第八讲 热喷涂的原理和特点
பைடு நூலகம் 主要内容
一、热喷涂的定义 二、热喷涂基本原理 三、热喷涂的分类和特点 四、热喷涂的应用
热喷涂技术及应用
热喷涂技术及应用学校：西南大学班级：材料科学与能源学部学号：***************姓名：***热喷涂技术及应用㈠热喷涂的定义热喷涂是利用热源讲喷涂材料加热到熔化或半融化状态，用高速气流将其雾化并喷射到基体表面形成涂层的技术。
热喷涂技术在普通材料的表面上，制造一个特殊的工作表面，使其达到：防腐、耐磨、减摩、抗高温、抗氧化、隔热、绝缘、导电、防微波辐射等一系多种功能，使其达到节约材料，节约能源的目的，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。
㈡热喷涂基本原理⒈热喷涂的基本过程①喷涂材料被加热到熔化或半融化状态②喷涂材料的熔滴被雾化③雾化或软化的微细颗粒喷射飞行④微小颗粒撞击基体表面并形成涂层⒉涂层的结构热喷涂涂层是由燃烧火焰或等离子热源将某种材料加热至熔化或热塑性状态,形成一簇高速的熔态粒子流(熔滴流),熔滴依次撞击基体或已形成的涂层表面,经过粒子的横向流动扁平化、急速凝固冷却、不断堆积起来而形成的。
由于热喷涂涂层为典型的层状结构，所以涂层的性能具有方向性。
在垂直和平行涂层为向上的性能有显著的差异。
对涂层进行适当地处理和重熔，既可以使层状结构转变为均质结构，还可以消除层状中的氧化物夹杂和气孔。
⒊涂层的结合方式涂层的结合包括涂层与基体表面的结合和涂层内聚的结合。
前者的结合强度称为结合力。
后者的结合强度称为内聚力。
涂层的一般结合方式有三种：①机械结合熔融态的粒子撞击基体表面并快速冷却凝固时，会因收缩而咬住高低不平的基体部分，形成了机械结合。
②物理结合借助于分子（原子）之间的范德华力是喷涂层附着于基体表面的结合方式。
③冶金结合当熔融的微细颗粒高速撞击基体表面是时，涂层和基体界面出现扩散和合金化时的一种结合方式。
⒋涂层的残余应力一般情况下，热喷涂涂层存在着明显的残余应力。
当熔融颗粒高速碰撞碰撞基体表面，在产生形变的同时快速冷却凝固，这时会在颗粒内部产生张应力，而在基体表面产生压应力。
热喷涂
NiCr-Cr3C2
Байду номын сангаас
45/118
4. 热障涂层材料
要求：＞1000℃下使用，低的热导率 材料：ZrO2 1170℃，t相→m相
ZrO2+MgO 低热导、高热膨胀系数、1200 ℃下相稳定、抗腐蚀 双层结构系统： 0.1mm MCrAlY + 0.25mm YPSZ
46/118
涂层的选择和设计
23/118
三、常用热喷涂材料
1. 金属热喷涂材料
• 粉末： 制造方法简单、灵活，材料成分不受限制，特别适合小批量热 喷涂；
线材：
在方便的条件下推荐采用。
表 6－ 6
2015-4-29 24/118
2. 陶瓷热喷涂材料
• 基本都是粉末 • 一般为氧化物陶瓷材料
表 6－ 7
2015-4-29
25/118
Ni基、Co基、Fe基及WC等四种系列。
39/118
陶瓷粉末：
氧化物
碳化物 硼化物
Al2O3、ZrO2、TiO2
WC、SiC、TiC ZrB2、CrB2
硅化物
氮化物
MoSi2
VN、TiN
塑料粉末：
美观、耐蚀 热塑性塑料 热固性塑料 聚乙烯、聚酰胺 环氧树脂
40/118
2. 复合喷涂粉末
材料：铁基、镍基、钴基
WC, TiC, Cr3C2、 Al2O3, Cr2O3
减磨：G、MoS2、
44/118
3. 抗高温涂层材料
要求：抗高温氧化、腐蚀、磨损 材料选择原则：①足够高的熔点，②高温化学稳定性好， ③具有要求的热疲劳性， ④含有氧亲和力大的合金元素， ⑤对显微组织有一定要求。 材料 : Ni, Co, NiCo
现代表面技术-热喷涂
若工件表面硬度在510HV以上又不容许去除硬表面 若工件表面硬度在510HV以上又不容许去除硬表面 层时，喷砂后还需先涂敷结合层以增加喷涂层与基 体的结合强度。结合层材料主要有钼、镍、铝和铝 青铜等，选用时应注意结合层材料的适用范围。如 钼不适用于铜、铜合金和氮化层表面；镍铝合金不 适用于铜及铜合金工件表面。铝青铜不适用于氮化 层表面。喷砂时要有良好的通风吸尘装置。必要时， 需作比较性试验，以选择具有最佳涂层附着力的工 艺参数，喷砂后除极硬的材料表面外，不应出现光 亮表面。喷砂表面粗化完成后，工件表面要保持清 洁，并尽快(一般不超过2h)转入喷涂工序。 洁，并尽快(一般不超过2h)转入喷涂工序。
2．热喷涂特点 (1)适用范围广。涂层材料可以是金属和非金属 (1)适用范围广。涂层材料可以是金属和非金属 (如聚乙烯、尼龙等塑料，氧化物、氮化硅、氮化硼 等陶瓷) 等陶瓷)以及复合材料。被喷涂工件也可以是金属和 非金属(如木材) 非金属(如木材)。用复合粉末喷成的复合涂层可以 把金属和塑料或陶瓷结合起来，获得良好的综合性 能。其他方法难以达到。 (2)工艺灵活。施工对象小到10mm内孔，大到铁 (2)工艺灵活。施工对象小到10mm内孔，大到铁 塔、桥梁等大型结构。喷涂既可在整体表面上进行， 也可在指定区域内涂敷，既可在真空或控制气氛中 喷涂活性材料。也可在野外现场作业。
(3)喷涂层的厚度可调范围大。涂层厚度可从几 (3)喷涂层的厚度可调范围大。涂层厚度可从几 十微米到几毫米，表面光滑，加工量少。用特细粉 末喷涂时，不加研磨即可使用。 (4)工件受热程度可以控制。除喷熔外，热喷涂 (4)工件受热程度可以控制。除喷熔外，热喷涂 是一种冷工艺，例如氧是一种冷工艺，例如氧-乙炔焰喷涂、等离子喷涂或 爆炸喷涂，工件受热程度均不超过250℃ 爆炸喷涂，工件受热程度均不超过250℃，工件不 会发生畸变，不改变工件的金相组织。 (5)生产率高。大多数工艺方法的生产率可达到 (5)生产率高。大多数工艺方法的生产率可达到 每小时喷涂数千克喷涂材料，有些工艺方法可高达 50kg／ 50kg／h以上。
热喷涂技术的原理与应用
热喷涂技术的原理与应用作为一种新兴的高温涂装技术，热喷涂技术已经广泛应用于各行各业。
热喷涂技术的原理是将金属或非金属材料加热后，在高速气流的作用下喷射到待涂装的物体表面上，形成一层均匀的涂层。
首先，我们来看一下热喷涂技术的原理。
热喷涂技术是一种非常灵活的涂装技术，可以使用各种不同类型的涂料和喷嘴来完成涂装作业。
热喷涂技术通常使用的是高速喷射材料和气体流，在加热和喷射的过程中，将材料熔化或升华，同时与气体流混合，并在物体表面形成涂层。
这种涂覆方式不仅能够对特殊表面进行涂料覆盖，还能够保持与物体表面的接触力，并提高耐磨性和化学稳定性。
接下来，我们来看一下热喷涂技术的应用。
热喷涂技术被广泛应用于航空航天、机床、汽车、石化、化工、建筑和船舶等领域。
在航空航天领域，热喷涂涂层已经被广泛的应用于航空发动机喷嘴、涡轮叶片和燃烧器内部零件等。
在机床制造业中，热喷涂技术用于提高工作表面的耐磨性、减少摩擦和降低噪音。
在汽车制造业中，热喷涂技术被用于制造高性能发动机的零部件、防锈和隔热材料。
在建筑和船舶领域，热喷涂涂层可用于加强钢结构的耐腐蚀性和耐候性。
总的来说，热喷涂技术在各行各业都有广泛的应用。
热喷涂技术的优点是它可以喷涂到各种形状和大小的物体表面，而且比传统的加热方法更加快速、便捷和高效。
此外，热喷涂技术可以使用各种不同类型的喷射材料，包括金属、陶瓷和聚合物等，从而满足各种不同应用需求。
热喷涂技术的局限性包括材料的成本、喷涂速度的限制和涂层质量的均一性等。
在未来，热喷涂技术将会得到进一步的发展和改进。
随着技术的不断精进，热喷涂涂层的品质将得到进一步的提高，甚至可以应用于更加苛刻的环境和条件下。
此外，热喷涂技术也将不断推陈出新，不断针对不同领域和应用需求进行创新。
相信，未来热喷涂技术一定会成为更加完善和强大的新型涂层技术，为各行各业的生产和工作提供更加完美的解决方案。
热喷涂
2、热喷涂粉末
（1）非复合喷涂粉末：简单粉末，每个粉粒仅由 单一的成分组成。 ①金属及合金粉末 喷涂合金粉末（也称冷喷合金粉末）：这种粉末 不需要或不能进行重熔处理。按其用途分为打底层粉 末和工作层粉末。打底层粉末用来增加涂层与基体的 结合强度；工作层粉末熔点低，具有较高伸长率，保 证涂层具有所要求的性能。 喷熔合金粉末（又称自熔性合金粉末）：因合金 中加入了强烈的脱氧元素（如Si、B），在重熔过程 中它们优先与合金粉末中的氧和工件表面的氧化物作 用，生成低熔点的硼硅酸盐覆盖在表面，防止液态金 属氧化，改善对基体的润湿能力，起到良好的自熔剂 作用。如镍基、钴基、铁基及碳化钨基等四种系列。
热喷涂
热喷涂技术是采用气体、液体燃料或电弧、等离子弧、 激光等作热源，使金属、合金、金属陶瓷、氧化物、碳化物、 塑料以及它们的复合材料等喷涂材料加热到熔融或半熔融状
态，通过高速气流使其雾化，然后喷射、沉积到经过预处理
的工件表面，从而形成附着牢固的表面层的加工方法。如果 将喷涂层在加热重熔，则产生冶金结合。这种方法称为热喷 涂方法。
②陶瓷材料粉末：热喷涂陶瓷粉末主要包括金 属氧化物（如Al2O3、TiO2等） 碳化物（如WC、SiC等） 硼化物（如ZrB2、CrB2等） 硅化物（如MoSi2 等） 氮化物（如VN、TiN等）。 ③塑料粉末：塑料涂层具有美观、耐蚀的性能， 有热塑性（受热熔化或冷却时凝固，如聚乙烯， 尼龙粉等）和热固性（受热产生化学变化，固 化成型，环氧树脂，酚醛树脂等就是把两种或两种以上的材料复合而 制成的喷涂线材。 复合喷涂线材中大部分是增效复合喷涂线材，即在 喷涂过程中不同组元相互发生放热反应生成化合物，反 应热与火焰热相叠加，提高了熔滴温度，达到基体后会 使基体局部熔化产生短时高温扩散，形成显微冶金结合， 从而提高结合强度。 目前发现143组“组元对”有放热反应。 常用的有：Ni-Al复合丝、Al-Cr、 Al-B、 Al-Ni-WC、 Al-Ni-Cr、Al-Ni-Al2O3等线材。 利用组元对放热反应，再加入其它强化组元可制成 自结合一步喷涂丝。这种丝的特点是兼有打底层及工作 层的性能，利用放热方法可使涂层结合牢固，又因其它 组元的强化作用而得到高的综合性能。如不锈钢－Ni/Al 丝、Ni－Al－Mo丝等。
熔射(热喷涂工艺)
2.热喷涂的形成过程 2.3 涂层成分与结构
一般情况下，涂层成分中的合金元素含量 与原喷涂材料是有所差异的，其原因在于：
① 粒子在高温下蒸发 ② 粒子在高温下烧损 ③ 粒子在高温下表面发生反应
2.4 热喷涂层的结合机理
热喷涂的结合方式可分为：机械结合和冶金化学结合 1.机械结合 熔化或接近熔化的粒子在喷涂时撞击到基体 表面产生变形、镶嵌、咬合和填塞，最后冷凝收缩，形成 机械的结合，这是涂层结合的主要形态。 2.冶金-化学结合 涂层结合的次要形态，当涂层与基体表 面出现扩散和合金化时的一种结合类型，但其结合力比机 械结合大的多，由三部分组成：
粒子的尺寸、粒子的飞行距离等因素有关。
黄铜、钼及锌的线材气体火焰喷涂时，在粒子的飞行 距离为100mm处，三种粒子的平均飞行速度分别为120， 65，140m/s。
爆炸喷涂时粒子的飞行速度更大，可高达1000m/s。
飞行速度的大小影响粒子与基体表面碰撞时转换能量 的大小、粒子的变形程度以及结合强度。
主要内容
1 热喷涂的定义与特点 2 热喷涂的基本原理 3 热喷涂工艺 4 热喷涂材料的工艺性能及分类 5 热喷涂层的后处理
1.热喷涂的定义与特点
★ 定义 采用一定的热源，将喷涂材料加热到熔融或半熔融状态，
通过高速气流使其雾化，然后喷射、沉积到工件表面，形成 喷涂沉积层的一种表面覆盖方法。
1.热喷涂的定义与特点
4.热喷涂材料的工艺性能及分类
4.2 热喷涂材料分类 热喷涂材料按形态可分为：
粉末：等离子喷涂、爆炸喷涂和气体火焰喷涂。 线材及棒材：主要用于气体火焰喷涂，电弧喷涂和线爆喷 涂。
热喷涂材料按材质可分为： 金属及其合金陶瓷、金属间化合物、塑料、玻璃和陶瓷等。
第四章 热喷涂技术
• 2）不锈钢复合丝 • 由不锈钢、镍、铝等几种合金元素复合而 成。 • 其特点是既有Ni-Al放热反应，又有其他强 化元素改善性能，可用于“一步”喷涂， 即涂层同时具有打底层和工作层功能，尤 其适合火焰喷涂， • 主要应用于油泵转子、轴承、汽缸衬里和 机械导轨的表面层。
• 3）Al-Cr2O3药芯管状复合丝 • 用铝皮包覆Cr2O3药芯可制备成分为62% Al-38%Cr2O3的管状复合丝。
待喷涂基体表面的粗化处理已成为不可缺少的
重要的预处理工序。
（2）物理结合 借助于分子（原子）之间的范德华力使喷 涂层附着于基体表面的结合方式。当高速运动 的熔融粒子撞击基体表面、充分变形后，涂层 原子或分子与基体表面原子之间的距离接近晶 格的尺寸时，就进人了范德华力的作用范围。
范德华力虽然不大，但在涂层与基体的结合中
• 5）不锈钢喷涂丝 • 用于焊接的不锈钢丝均可作为热喷涂丝材。 • 铬不锈钢主要用于对强度和硬度要求较高、 耐蚀性要求不太高的场合，其涂层不易开裂， 适宜作为轴类零件层。 • 镍铬不锈钢有良好的工艺性能，在多数酸、 碱介质中具有优异的耐腐蚀性和耐磨性，用 于喷涂水泵轴等。
• 6）Mo喷涂丝 • 钼是一种自黏结材料，可与黑色金属、镍合 金、镁合金、铝合金等形成牢固的结合，常 用作打底层材料。 • 钼是金属中唯一能耐热盐酸腐蚀的金属；钼 与氢不发生反应，可用于氢气保护或真空条 件下的高温涂层；钼涂层中会残留一部分 MoS2杂质，或与硫发生反应生成MoS2固体 润滑膜，适用于喷涂活塞环和摩擦片。 • 但钼不能作为铜和铜合金、镀铬表面和硅铁 表面的涂层。
涂层冷凝收缩时，涂层外层的拉应力、涂层内层的 压应力、组织转变产生的微观应力，结果使涂层产生 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，涂层残余应力 措施：
热喷涂技术原理及应用课件PPT
通过喷涂方法的选择可以避免和减轻这一现象的发生。
对东喷方枪 明喷珠咀电部视分塔作钢适结当构变天热动线喷后喷，铝涂可涂用于层喷中涂塑不料可粉末避。免地存在着孔隙，孔隙度的大小与颗粒的温度和速度以及喷涂 例如，如果是陶瓷涂距层，离则和最好喷选涂用等角离度子喷等涂喷； 涂参数有关。一般来说，温度及速度都低的火焰喷涂和电弧喷涂涂 电Sp热la法t fo：rm高a频tio喷n:涂、层线材的电孔爆喷隙涂度都比较高，一般达到百分之几，甚至可达百分之十几。而高温的等离子喷涂 汽轮机、压缩机汽缸涂在长层期及的使高用速中其的中超分面音由速于微火振焰、热喷汽涂流腐涂蚀层及热则变孔形等隙而度发生较变低形状。、最面积低不可等及达深0浅.5各％异的以表下面破。坏，引起泄漏。
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
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
涂层断面形貌（层状结构）
7热喷涂的实际应用-钢结构防腐当中的应用
汽轮机、压缩机汽缸在长期的使用中其中分面由于微振、热汽流腐蚀及热变形等而发生变形状、面积不等及深浅各异的表面破坏，引起泄漏。
40mm 厚的热障陶瓷涂层，就能使金属零件表面的温度降低 200~300 ℃，并使热端部件免受燃气腐蚀和冲蚀。
它能把高温部件与高温燃气隔离开来，仅 0.
汽轮机、压缩机汽缸在长期的使用中其中分面由于微振、热汽流腐蚀及热变形等而发生变形状、面积不等及深浅各异的表面破坏，引起泄漏。
热喷涂工艺对涂层微观组织的影响
热喷涂工艺对涂层微观组织的影响一、热喷涂工艺概述热喷涂技术是一种表面工程技术，通过将涂层材料加热至熔融或半熔融状态，并以高速喷射到基体表面，形成涂层的方法。
这种技术广泛应用于航空、航天、汽车、机械制造等领域，用于提高材料的耐磨性、耐腐蚀性、耐高温性等性能。
热喷涂工艺的核心在于涂层材料的熔化、喷射和沉积过程，这些过程直接影响涂层的微观组织和宏观性能。
1.1 热喷涂技术的原理与特点热喷涂技术的原理是通过高速气流将涂层材料加热并喷射到基体表面，形成一层具有特定性能的涂层。
热喷涂技术具有以下特点：- 高效性：热喷涂工艺可以快速形成涂层，提高生产效率。
- 适应性：热喷涂技术适用于各种材料和形状的基体。
- 可控性：通过调节喷涂参数，可以控制涂层的厚度、硬度等性能。
1.2 热喷涂技术的种类热喷涂技术主要包括以下几种：- 火焰喷涂：使用火焰作为热源，将涂层材料加热至熔融状态。
- 电弧喷涂：利用电弧产生的高温将涂层材料熔化。
- 等离子喷涂：使用等离子体作为热源，具有高能量密度和高加热效率。
- 爆炸喷涂：通过爆炸产生的高温高速气流将涂层材料喷射到基体表面。
二、热喷涂工艺对涂层微观组织的影响因素热喷涂工艺中的各种参数对涂层的微观组织有着显著的影响。
这些参数包括喷涂材料的性质、热源的温度、喷涂速度、喷涂距离等。
2.1 喷涂材料的性质喷涂材料的熔点、热导率、比热容等物理性质对涂层的微观组织有直接影响。
熔点较低的材料更容易熔化，形成的涂层更加均匀；热导率高的材料在喷涂过程中热量传递更快，有利于涂层的快速固化。
2.2 热源的温度热源的温度决定了涂层材料的熔化程度。
温度过高可能导致材料过度熔化甚至氧化，影响涂层的性能；温度过低则可能导致涂层材料未能充分熔化，形成不均匀的涂层。
2.3 喷涂速度喷涂速度影响涂层材料在基体表面的沉积速率。
过快的喷涂速度可能导致涂层材料未能充分熔化，而沉积不均匀；过慢的喷涂速度则可能导致涂层材料在基体表面冷却过快，影响涂层的结合强度。
热喷涂原理及介绍
热喷涂原理及介绍1.热喷涂原理及介绍热喷涂技术是表面工程领域的重要技术之一，它的原理是利用各种不同的热源，将预喷涂的各种材料如金属、合金、陶瓷、塑料及其各类复合材料加热至熔化或熔融状态，借助气流的高速雾化形成微粒雾流沉积在已预处理的工件表面形成堆积状,与基体紧密结合的涂层。
而将Ni-Cr-B-Si系列喷涂层进行重熔处理形成的具有冶金结合特征的涂层称为喷熔层或重熔层。
热喷涂技术可用来喷涂几乎所有的固体工程材料，如硬质合金、陶瓷、金属、石墨和尼龙等，形成耐磨、耐蚀、隔热、抗氧化、绝缘、导电、防辐射等具有各种特殊功能的涂层。
该技术还具有工艺灵活、施工方便、适应性强及经济效益好等优点，被广泛应用于宇航、机械、化工、冶金、地质、交通、建筑等工业部门，并获得了迅猛的发展。
从喷涂材料进入热源到形成涂层称喷涂过程，一般经历四个阶段既加热、雾化、飞行和沉积。
首先是喷涂材料被加热熔化或软化阶段。
当端部材料进入热源的高温区域，即被加热，形成熔滴，进而形成的熔滴，在外加压缩气流或热源自身射流的作用下，雾化成细微的熔粒。
第二阶段熔粒流飞行过程中，被加速。
当这些具有一定温度和速度的颗粒以一定的动能冲击基材表面，产生强烈的碰撞，在碰撞瞬间，颗粒的动能转化成热能传给基材，并沿凹凸不平的表面产生变形，变形的颗粒迅速冷凝并产生收缩，呈扁平状连续不断地沉积在基材表面，从而形成涂层。
众所周知，除少数贵金属外，金属材料会与周围介质发生化学反应和电化学反应而遭受腐蚀。
此外，金属表面受各种机械作用而引起的磨损也极为严重，大量的金属构件因腐蚀和磨损而失效，造成极大的浪费和损失。
据一些工业发达国家统计，每年钢材因腐蚀和磨损而造成的损失约占钢材总产量的10%，损失金额约占国民经济总产值的2-4%。
如果将因金属腐蚀和磨损而造成的停工、停产和相应引起的工伤、失火、爆炸事故等损失统计在内的话，其数值更加惊人。
因此，发展金属表面防护和强化技术，是各国普遍关心的重大课题。
现代表面考试参考答案
1.简述热喷涂原理及其工艺特点。
原理：采用各种热源将粉状或丝状固体材料加热到熔融或半熔融状态，通过高速气流使其雾化，然后高速喷射、沉积到经过预处理的工件表面，从而形成附着牢固的表面层。
工艺特点：工件尺寸无限制，工件形状不能用于小孔，粘结性一般较低，用于几乎一切固体物品，涂覆材料可以是一切固体物品，涂覆厚度为0.1-3mm，空隙率1%-15%，热输入较低，表面预处理要求高，基体变形小，表面粗糙度较小，沉积速率1-10Kg/h。
2.简述腐蚀电池的工作原理。
工作原理：腐蚀电池的阳极上是金属的氧化反应，导致金属的破坏；腐蚀电池的阴极上发生某些物质的还原反应。
3.析氢腐蚀和吸氧腐蚀的原理。
吸氧腐蚀就是和氧原子结合产生的氧化腐蚀，常见的是铁的电化腐蚀4Fe+3O2=2Fe2O3 析氢腐蚀是指还原氢原子成氢气的腐蚀，常见的是牺牲锌阳极腐蚀Zn+H2O=Z nO+H2↑4. 简述干摩擦、边界摩擦、液体摩擦和混合摩擦的概念及其特点。
干摩擦：两表面之间既无润滑剂又无湿气的摩擦。
边界摩擦：边界膜隔开相对运动表面时的摩擦。
液体摩擦：以流体层隔开相对运动表面时的摩擦，即由流体的粘性阻力或流变阻力引起的摩擦。
混合摩擦：半干摩擦和半流体摩擦的统称。
5. 按磨损机理分类磨损可以分成哪些类型？磨粒磨损：外界硬颗粒或者对磨表面上的硬突出物或粗糙峰在摩擦过程中引起表面材料脱落的现象。
粘着磨损：摩擦副表面相对滑动时，由于粘着效应所形成的粘着结点发生剪切断裂，被剪切的材料或脱落成磨屑，或由一个表面迁徙到另一个表面。
表面疲劳磨损：两个互相滚动兼滑动的摩擦表面，在循环变化的接触应力作用下，由于材料疲劳剥落而形成凹坑，称为表面疲劳磨损。
齿轮传动、滚动轴承等以这种磨损为主要失效形式。
腐蚀磨损：摩擦过程中，金属与介质发生化学或电化学反应而产生的表面磨损。
6. 简述电刷镀技术工作原理。
电镀原理：电镀是指在直流电的作用下，电解液中的金属离子还原，并沉积到零件表面形成有一定性能的金属镀层的过程。
热喷涂
三、 热喷涂的分类和特点
热喷涂的分类
按照热源不同，热喷 涂技术主要包括
热喷涂特点
（2） 基材温度低（30 ～ 250 ℃），热影响区浅，变形小；
（3） 涂层厚度范围宽（0.1 ～ 5 mm），易控制 ； （4） 工效高 ；操作灵活，可在不同尺寸和形状的工件上喷涂； （5）加热效率低，浪费大， （6）喷涂材料利用率低， 操作环境较差。 （7）涂层与基体结合强度低，孔隙率较高，均匀性差 。
复合型粉末结构示意图
热喷涂材料
金属类 分 类 品 种 纯金属 合 金 Sn、Pb、Zn、A1、Cu、Ni、W、Mo、Ti 等 (1)Ni 基合金：Ni-Cr、Ni-Cu；(2)Co 基合金：CoCrW (3)MCrAlY 合金：NiCrAlY，CoCrAlY、FeCrAlY (4)不锈钢；(5)铁合金；(6)铜合金；(7)铝合金 (8)巴氏合金；(9)Triballoy 合金
后处理（封孔+加工）
1. 封孔处理的目的：
（1） 防止或阻止涂层界面处的腐蚀； （2） 提高抗氧化性； （3）延长涂层的寿命。
2. 磨光和精加工
热喷涂涂层表面一般比较粗糙，经过手工或者机械加 工的方法加工涂层的表面，可以获得所需要的表面粗 糙度和精度
常用封孔剂
表 6—3 常用封孔剂 类 型 封 孔 非干燥型 空气干燥型 烘烤型 催化型 无机封孔剂
热源参数：直接影响喷涂材料的熔化状况。
1.火焰喷涂取决于燃气和氧气的流量； 2.电弧喷涂的热功率由电弧电压和电流决定； 3.等离子弧取决于喷枪的输入功率、等离子气的种类、 流量和压力。
热喷涂知识
热喷涂知识一、热喷涂介绍1、热喷涂是一种表面强化技术,是表面工程技术的重要组成部分，一直是我国重点推广的新技术项目.它是利用某种热源（如电弧、等离子喷涂或燃烧火焰等）将粉末状或丝状的金属或非金属材料加热到熔融或半熔融状态，然后借助焰留本身或压缩空气以一定速度喷射到预处理过的基体表面，沉积而形成具有各种功能的表面涂层的一种技术。
2、热喷涂原理：热喷涂是指一系列过程，在这些过程中，细微而分散的金属或非金属的涂层材料，以一种熔化或半熔化状态，沉积到一种经过制备的基体表面，形成某种喷涂沉积层。
涂层材料可以是粉状、带状、丝状或棒状。
热喷涂枪由燃料气、电弧或等离子弧提供必需的热量，将热喷涂材料加热到塑态或熔融态，再经受压缩空气的加速，使受约束的颗粒束流冲击到基体表面上。
冲击到表面的颗粒，因受冲压而变形，形成叠层薄片，粘附在经过制备的基体表面，随之冷却并不断堆积，最终形成一种层状的涂层。
该涂层因涂层材料的不同可实现耐高温腐蚀、抗磨损、隔热、抗电磁波等功能。
3、定义: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。
4、用途:这在高速气流的作用下使之雾化成微细熔滴或高温颗粒，以很高的飞行速度喷射到经过处理的工件表面，形成牢固的覆盖层，从而使工件表面获得不同硬度、耐磨、耐腐、耐热、抗氧化、隔热、绝缘、导电、密封、消毒、防微波辐射以及其他各种特殊物理化学性能。
它可以在设备维修中修旧利废，使报废的零部件“起死回生”；也可以在新产品制造中进行强化和预保护，使其“益寿延年”。
5、热喷涂材料:喷涂粉末在整个热喷材料中占据十分重要的地位。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
三、热喷涂的分类和特点
1.热喷涂的分类
热喷涂
喷涂
喷焊
2.热喷涂的特点
① 工艺灵活，适用范围广。 热喷涂施工对象可大可小，小的可到10mm内孔 (线爆喷涂)，大的可到桥梁、铁塔(火焰线材喷涂或电 孤喷涂)，可在室内喷涂，也可在野外现场作业；可整 体喷涂，也可以局部喷涂。 ② 喷涂层的厚度可调。
③ 工件应力变形小。 基体可保持较低的温度，工件产生的应力变形很 小。 ④ 生产效率高。 每小时喷涂材料重量从几千克到几十千克，沉积 效率很高。
③ 特殊功能层 通过喷涂获得表层某些特殊性能，如耐高温、隔 热、导电、绝缘、防幅射等，在航空航天和原子能等 部门应用较多。
第八讲 热喷涂的原理和特点
主要内容
一、热喷涂的定义 二、热喷涂基本原理 三、热喷涂的分类和特点 四、热喷涂的应用
一、热喷涂的定义
热喷涂是利用热源将喷涂材料加热到熔化 或半熔化状态，用高速气流将其雾化并喷射到 基体表面形成涂层的技术。
说明：
① 喷涂热源可用燃气火焰、电弧、等离子弧或激光束等。 ② 喷涂材料可为金属、合金、金属氧化物和碳化物、陶 瓷和塑料等，材料形态可为线材、棒料或粉末。 ③ 喷涂的基体可为金属、陶瓷、玻璃、塑料、石膏、木 材、布、纸等固体材料。 ④ 喷涂的涂层厚度为几十微米至数毫米。
二、热喷涂基本原理
1.热喷涂的基本过程
从喷涂材料进入热源到形成涂层，喷涂过程一般 经历四个阶段： （1）喷涂材料被加热到熔化或半熔化状态 （2）喷涂材料的熔滴被雾化 （3）雾化或软化的微细颗粒喷射飞行 （4）微细颗粒撞击基体表面形成涂层
2.涂层的结构
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。 组成：变形颗粒、氧化物、气孔和未熔化颗粒
3.涂层的结合方式
（1）涂层的结合
涂层的 涂层内聚
结合
涂层与）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。 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。
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 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)。
局限性：
热效率低 材料利用率低，浪费大 涂层与基体结合强度较低
四、热喷涂的应用
① 防腐蚀 主要用于大型水闸钢闸门、造纸机烘缸、煤矿井 下钢结构、高压输电铁塔、电视台天线、大型钢桥梁、 化工厂大罐和管道的防腐喷涂。 ② 防磨损 通过喷涂修复已磨损的零件，或在零件易磨损部 位预先喷涂上耐磨材料，如风机主轴、高炉风口、汽 车曲轴、机床主轴、机床导轨、柴油机缸套、油田钻 杆、农用机械刀片等。