模具表面处理第三节热喷涂
热喷涂技术 ppt课件
阴极是电子发射源，选用熔点高和电子发射能力强 的材料制成，一般采用钨电极。喷嘴为阳极，通过其 孔道对电弧进行压缩而形成等离子弧。
五、热喷涂装置和设备 3.等离子喷涂装置
缺点：粉尘、烟雾大、噪声大。
三、热喷涂工序 1.表面预处理
（1）基体表面的清洗、脱脂：碱性溶液或丙酮、 汽油。
（2）基体表面氧化膜处理
（3）基体表面粗化处理：提高涂层与基体结合 强度（喷砂、机械加工如开槽、车螺纹、滚花等）
（4）基体表面预热处理：提高涂层与基体结合 强度
（5）非喷涂表面的保护
三、热喷涂工序 2.喷涂 （1）喷涂打底层：Mo、Ni-Cr、Ni-Cr-Al 等。厚度50-100微米。 （2）喷涂工作层璃等几乎所有固体材料。
喷涂层的性能：耐磨、耐蚀、耐热、抗氧化、润 滑等。
喷涂层的厚度：0.5-5mm。
应用：宇航、国防、机械、冶金、石油、化工、 机车车辆、电力等部门。
如果将喷涂层再加热重熔，产生冶金结合，称为 喷熔。
一、热喷涂原理 1.涂层形成过程及形成原理
等离子弧是压缩电弧， 按接电的方法不同，等 离子弧有三种形式： ①非转移弧；正极接在 喷嘴上，工件不带电； ②转移弧：喷嘴不接电 源，工件接正极； ③联合弧：喷嘴、工件 均接正极。
五、热喷涂装置和设备 3.等离子喷涂装置
等离子弧和自由电弧 相比较，其弧柱细， 电流密度大，气体电 离度高，因此具有温 度高、能量集中、弧 稳定性好等特点。
四、热喷涂材料
（一）热喷涂线材：
(4)镍及镍合金主要用于耐蚀、耐磨、耐高温涂 层。
(完整版)热喷涂
二、热喷涂的种类和特点
1.热喷涂的种类 一般按照热源的种类，喷涂材料的形态及涂层的功能
来分。如按涂层的功能分为耐腐，耐磨，隔热等涂层， 按加热和结合方式可分为喷涂和喷熔：前者是基体不熔 化，涂层与基体形成机械结合；后者则是涂层再加热重 熔，涂层与基体互溶并扩散形成冶金结合。热喷涂与堆 焊的根本区别在于母材基体不熔化或极少熔化。
2、涂层结构
喷涂层的形成过程决定了涂层的结构。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。图5-4是涂层结构的示意图。图5-5则给出 了典型的热喷涂层的金相组织照片。
图5－5 Ni－Cr－B－Si火焰喷涂组织
从图5-5中可以看出，涂层中颗粒与颗粒之间不可避免地 存在一部分孔隙或空洞，其孔隙率一般在4％～20％之间。涂 层中伴有氧化物等夹杂。采用等离子弧等高温热源、超音速喷 涂以及低压或保护气氛喷涂，可减少以上缺陷，改善涂层结构 和性能。
④基体表面的预热处理，以减少涂层与基体表 面的温度差使涂层产生的收缩应力，避免涂层 开裂和剥落。预热温度不宜过高，以防基体表 面氧化，影响结合强度，一般在200℃ -300℃ 之间。
⑤非喷涂表面的保护
四、热喷涂材料
热喷涂材料按形状可分为： ①线材：喷涂设备简单，操作方便，耗能
少，成本低，工艺因素影响小，涂层质量稳定。 ②粉末：不受线材成型工艺的限制，成本
②冶金-化学结合。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，包括在结合面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，喷焊层与基体的结合主要是冶金结 合。
模具表面涂层处理的6种方式
模具表面涂层处理的6种方式
1.热喷涂：通过喷枪将熔化的金属或合金材料喷射到模具表面，形成一层坚硬
的涂层。
常用的热喷涂材料包括硬质合金、陶瓷和金属。
2.镀层处理：采用电解或化学方法，在模具表面形成一层金属或合金的镀层。
常见的镀层材料包括镍、铬、钛、锡等，可以提高模具的耐磨性和耐腐蚀性。
3.物理气相沉积（PVD）：通过物理气相沉积技术，在模具表面形成一层薄膜。
常用的PVD薄膜包括TiN、TiCN、CrN等，能够提高模具的硬度和抗磨性。
4.化学气相沉积（CVD）：通过化学气相反应，在模具表面形成一层化学反应生
成的涂层。
常见的CVD涂层包括碳化硅、氮化硼等，可以提高模具的硬度和耐磨性。
5.氧化处理：在模具表面形成一层氧化膜，提高模具的耐腐蚀性和表面硬度。
常见的氧化处理方法包括阳极氧化、磷酸化等。
6.高分子涂层：使用高分子材料进行喷涂或涂覆，形成一层抗磨损和耐腐蚀的
涂层。
常用的高分子涂层材料包括聚酰亚胺、聚氨酯、聚醚等。
模具表面涂层处理是为了提高模具的耐磨性、抗腐蚀性和延长使用寿命。
需要根据具体的模具材料、使用环境和要求选择适合的涂层处理方式。
不同的涂层处理方式具有不同的特点和适用范围，可以根据实际情况选择最佳的涂层处理方式来提高模具的性能。
模具表面处理技术
第一节 模具表面处理概述
一、模具表面处理的意义
模具在现代生产中是生产各种工业产品的重要工艺装 备。随着社会经济的发展，特别是汽车、家电工业、航 空航天的迅猛发展，对模具工业提出了更高的要求。如 何提高模具的质量、使用寿命和降低生产成本成为当前 迫切需要解决的问题。
模具在工作中除了要求基体具有足够高的强度和韧性 的合理配合外，其表面性能对模具的工作性能和使用寿 命至关重要。模具性能的改善，单纯依赖基体材料的改 进和提高是非常有限的，也是不经济的，而通过表面处 理技术，往往可以收到事半功倍的效果，这也正是表面 处理技术在模具生产中得到迅速发展的原因。
第二节模具表面的化学热处理技术
渗氮的缺点
工艺复杂，成本高，氮化层薄。因而主要 用于耐磨性及精度均要求很高的零件，或要求 耐热、耐磨及耐蚀的零件。例如精密机床丝杠、 镗床主轴、气轮机阀门和阀杆、精密传动齿轮 和轴、发动机汽缸和排气阀以及热作模具等。
第二节模具表面的化学热处理技术
1、气体渗氮
气体渗氮在密闭的渗氮罐内进行。工件放入用镍铬不 锈、耐热钢等制成的渗氮罐内，用铬矿砂等进行密封。 通入经过干燥箱、流量计的氨气，氨气在380℃以上会 分解出活性氮原子渗入工件表面，废气通过排气管，泡 泡瓶排出炉外。一般炉内要保持30—50mm油柱的压 力。工件装入渗氮罐，密封并在加热炉内加热同时，立 即向渗氮罐内通入氨气。冷却时应随炉冷却，至炉温降 至200℃以下，停氨，出炉，开箱。
另一种是无氰液体渗碳，主要盐浴成分是氯化钠、氯 化钾和碳酸钠，加上经过加工制作的渗碳剂：碳粉、碳 化硅和尿素。
4、离子渗碳
采用甲烷或其它渗碳气 体和氢气的混合气作为辉 光放电的气体介质，在渗 碳温度（例如930℃）下， 利用辉光放电对工件表面 进行离子渗碳。
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。
热喷涂技术及应用讲解
耐磨衬套
涂层功能：恢复尺寸、耐腐蚀 涂层材料：Ni基合金、马氏体不锈钢 工艺方法：火焰喷涂、电弧喷涂、 超音速火焰喷涂
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热喷涂特点
1. 喷涂材料的选择范围广泛,它几乎包括所有的固体 材料；如金属及其合金，各种陶瓷及金属陶瓷、 塑料和各种类型的复合材料等。
2. 选择合适的工艺方法几乎能在任何固体材料表面 上进行喷涂。
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。
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等离子喷涂
在阴极和阳极（喷嘴）之间产生一直流电弧。该电弧把导 入的工作气体加热电离成高温等离子体并从喷嘴喷出形成 等离子焰。粉末由送粉气体送入等离子射流后被熔化、加 速、喷射到以预处理的基体材料表面形成涂层。
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；
6-空气喷嘴；7-电弧；8-喷涂射流；9-涂层；10-基体
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电弧喷涂设备
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电弧喷涂典型应用
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
2) 抗大气/电化学腐蚀涂层： 涂层材料主要有：Al、Zn、 AlZn、青铜、不锈钢、蒙乃尔合金、镍基合金；
3) 抗氧化涂层： 涂层材料主要有：NiCr、MCrAlY（M为Ni、 Co或Fe）、Mo、镍基合金和铝化物等。
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2．抗磨损涂层 :
抗滑动磨损、磨料磨损、冲蚀磨损、微动磨损、气 蚀磨损等，其涂层材料主要有：Al2O3/TiO2、Cr2O3、 WC/Co、TiC/NiCr、高碳钢、不锈钢、NiCrBSi、 CoCrW、Cr3C2/NiCr、Mo等。
热喷涂
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3.1 热喷涂的定义与分类
定义：喷涂材料以粉末或线材方式进入焊炬， 经熔融或至少软化，雾化成微细颗粒后，通 过高速喷射到工件表面形成涂层的工艺。 热源:电弧、等离子弧、燃烧火焰等 雾化:焰流本身的动力或外加的高速气流
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图3-1 热喷涂原理示意图
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3.1.1 分类
图3-2 热喷涂的分类
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old coatings need to be stripped out
by using abrasive grit blasting or a water jet. by machining. Diamond or boron nitride wheels
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Degreasing （脱脂） of new metal substrates can be realized by using organic solvents（有机溶剂）, such as methyl alcohol or acetone丙酮. Hot water (under high pressure) or water vapour degreasing is another possibility that is used especially for the cleaning of large pieces (rollers)
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Figure 3-10 Scanning electron micrograph (secondary electrons) of a spray-dried powder of Cr2O3+SiO2.
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Figure 3-11 Optical micrograph of a metallographic cross-section of the powder shown in Figure 1.8. The numbered particles have the following internal porosities (%): (1) 22.8; (2) 26.6; (3) 26.7; (4) 21.5.
第十章-模具表面强化技术
*
表面化学热处理技术
二、渗氮(氮化)
(一)气体渗氮
表2 部分模具钢的气体渗氮工艺规范
牌号
处理 方法
渗氮工艺规范
渗氮层 深度/mm
表面硬度
阶段
渗氮温度/℃
时间/h
氨分解率/%
30CrMnSiA
一段
—
500±5
25～30
20～30
0.2～0.3
(一)气体渗氮
(1) 经过渗氮后钢表面形成一层极硬的合金氮化物，渗氮层的硬度一般可达到68～72HRC，不需要再经过淬火便具有很高的表面硬度和耐磨层，而且还可以保持到600～650℃而不明显下降。
(2) 渗氮后钢的疲劳极限可提高15%～35%。这是由于渗氮层的体积增大，使工件表面产生了残余压应力。
(3) 渗氮后的钢具有很高的抗腐蚀能力。
>58HRC
Cr12MoV
760～800HV
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表面化学热处理技术
二、渗氮(氮化)
(二)离子渗氮
离子渗氮有如下特点：
(1) 渗氮速度快，生产周期短。
(2) 渗氮层质量高。
(3) 工件的变形小。
(4) 对材料的适应性强。
氮碳共渗
提高硬度、耐磨性、抗粘附性、抗蚀性、耐热疲劳性
冷挤模、拉深模、挤压模穿孔针
渗硼
具有极好的表面硬度、耐磨性、抗粘附性、抗氧化性、热硬性、良好的抗蚀性
挤压模、拉深模
碳氮硼三元共渗
提高硬度、强度、耐磨性、耐疲劳性、抗蚀性
挤压模、冲头针尖
盐浴覆层 (TD处理)
提高硬度、耐磨性、耐热疲劳性、抗蚀性、抗粘附性、抗氧化性
热喷涂概述与材料
LEE MAN (SCETC)
表面工程与热喷涂
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（一）非复合喷涂线材
碳钢及低合金钢喷涂 丝
常用的是 85优质碳素结构钢丝和T10A碳素工具钢 丝。 一般采用电弧喷涂，用于喷涂曲轴、柱塞、机床导 轨等常温工作的机械零件滑动表面耐磨涂层及磨损 部位的修复。
不锈钢喷涂 丝
1Cr13、2Cr13、3Cr13等马氏体不锈钢丝主要用于强度和 硬度较高、耐蚀性要求不太高的场合，其涂层不易开裂。 1Cr17在氧化性酸类、多数有机酸、有机酸盐水溶液中有 良好的耐蚀性。 1Cr18Ni9Ti等奥氏体不锈钢丝有良好的工艺性能，在多数 氧化性介质和某些还原性介质中都有较好的耐蚀性，用于喷 涂水泵轴等。
锡及锡合金喷涂丝
锡涂层具有很高的耐腐蚀性能，常用作食品器具的 保护涂层，但锡中砷的质量分数不得大于0.015％。 含锑和钼的锡合金丝具有摩擦系数低、韧性好、耐 蚀性和导热性良好等特性。 在机械工业中，广泛应用于轴承、轴瓦和其他滑动 摩擦部件的耐磨涂层。此外，锡可在熟石膏等材料上 喷涂制成低熔点模具。
LEE MAN (SCETC)
表面工程与热喷涂
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三、热喷涂用粉末
热喷涂用金属及合金线材包括：
非复合喷涂粉末 复合喷涂粉末
属简单粉末 ，每个粉粒仅由单一的成分组成。 由两种或更多种金属和非金属（陶瓷、塑料、非金属矿 物）固体粉末混和而成。
热喷涂材料应用最早的是一些线材，但只有塑性好的材 料才能做成线材，而粉末喷涂材料却可不受线材成形工 艺的限制，成本低，来源广，组无间可按任意比例调 配，组成各种组合粉、复合粉，从而得到相图上存在或 不存在的相和组织，获得某些特殊性能。
表面工程与热喷涂 涂层中颗粒与基体表面之间的结合以及颗粒之间的结 合机理目前尚无定论，通常认为有三种结合：
第三章热喷涂
四、 等离子喷涂
①超高温特性，便于进行高熔点材料 的喷涂。
②喷射粒子的速度高，涂层致密，粘 结强度高。
③由于使用惰性气体作为工作气体， 所以喷涂材料不易氧化。
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等离子喷涂原理
1-工件 2-喷涂层 3-前枪体 4-冷却水出口 5-等离子气进口 6-绝缘套 7-冷却水进口 8-钨电极 9-后枪体 10-送粉口
第三章 热喷涂
定义：热喷涂是将熔融状态的喷涂材料通 过高速气流雾化并喷射在工件表面上，形
成喷涂层的一种表面加工方法。1热喷涂方法及其技术特性
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♦热喷涂原理
1. 热喷涂涂层的形成 热喷涂时，涂层材料的粒子被热源加热
到熔融态或高塑性状态，在外加气体或 焰流本身的推力下，雾化并高速喷射向 基体表面，涂层材料的粒子与基体发生 猛烈碰撞而变形、展平沉积于基体表面 ，同时急冷而快速凝固，颗粒这样遂层 沉积而堆积成涂层。
不要求耐高温而只要求耐磨:碳化物（如碳化钨 等）与镍基自熔合金的混合物。碳化钨喷涂层的 工作温度应在480℃以下，超过此温度时，最好 选择碳化钛、碳化铬或陶瓷材料。此外，在滑动 磨损的条件下，选择高碳钢、马氏体不诱钢、钼 、镍铬合金等喷涂材料，都可获得很好的耐磨性 能。
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1 金属涂层的研究现状
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4 非晶态涂层的研究现状
非晶态是一种长程无序，短程有序的材料。 非晶态材料的物理、化学性能常比相应的晶态材 料更优异，具有高强度、高韧性、高硬度、高抗 蚀性能、软磁特性等，是一类很有发展前途的新 型金属材料。热喷涂非晶态合金涂层是近年来材 料科学中广泛研究的一个新领域，热喷涂技术作 为大面积非晶涂层制备方法之一已开始引起广泛 关注，常用的方法有等离子喷涂、HVOF和爆炸 喷涂。
材料表面处理之热喷涂技术
材料表面处理——热喷涂技术摘要：介绍了热喷涂技术的作用原理、工艺特点、分类。
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：热喷涂；表面处理技术；新材料1 概述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。
热喷涂是一种通过专用设备把某种固体材料熔化并加速喷射到机件表面上，形成一种特制薄层，以提高机件耐蚀、耐磨、耐高温等性能的表面工程技术。
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。
随着工业和科技的发展，人们对热喷涂技术提出了越来越高的要求，在已有的热喷涂工艺不断得到改进的同时，一些新的工艺也应运而生。
目前，包括航空、航天、原子能设备、电子等尖端技术在内的很多领域内热喷涂技术都得到了广泛的应用，并取得了良好的经济效益。
2 热喷涂工艺的历史早在1910年，瑞士学者Schoop受儿童玩耍铅丸玩具枪的启发发明了第一个金属喷射装置——金属溶液式喷涂，当时命名“金属喷镀”。
它是将低熔点金属的溶液注入经过加热的压缩空气气流中，使金属溶液雾化并喷射到基体表面形成涂层。
这个装置虽然庞大，效率不高，但已包含了热喷涂的基本原理和过程，开创了热喷涂技术领域。
1913年Schoop提出了电弧喷涂的设计，1916年实用型的电弧喷枪。
20世纪30年代英国研制成功Schort粉末火焰喷枪，之后出现了METCO-P型粉末火焰喷枪，其他热喷涂专业公司也相应开发了一系列粉末火焰喷枪，也使这一热喷涂方法得到广泛应用。
表面处理第十一讲 热喷涂
热喷涂材料的要求
（1）热稳定性好，在高温焰流中不升华，不分解(复合粉末）。 （2） 有较宽的液相区，使熔滴在较长时间内保持液相。 （ 3 ）与基材有相近的热膨胀系数，以防止因膨胀系数相差过 大产生较大的热应力。 （4） 喷涂材料在熔融状态下应和基材有较好的浸润性，以保 证涂层与基材之间有良好的结合性能。
氩气：易于引弧，等离子弧稳定，有很好的气体保护作用。
氢气：可作为辅助气体起到提高热焓和防氧化的作用。
等离子喷涂工艺（2）
3） 供粉速率：速率过大使熔化不良的粉粒增多，涂层组织 疏松、气孔率增大；速率过低则降低喷涂效率。 4） 喷涂距离和喷涂角：喷涂金属粉末时喷距为75～130mm； 喷涂陶瓷粉末时喷距为50～100mm。喷涂角度以90°为最佳。 5） 喷枪与工件的相对移动速度：移动速度快些为好，可防 止一次喷涂过厚导致涂层内应力过大，还可避免局部过热。
粗化处理的方法（2） 2） 开槽；
粗化处理的方法（3） 3） 电火花拉毛；
4） 喷涂粘结底层。
表 6—2 粘结底层材料及最高使用温度 涂层（质量分数） 温度/℃ 钼 315 620 80％ Ni— 20％ Al 1010 95％ Ni— 5％ Al 1260 80％ Ni— 20％ Cr 980 94％ Ni— 6％ A1 1316 Ni(Co)CrY
3 涂层结构（1） 涂层是由无数变形粒子互相交错堆叠 在一起，形成一层堆积而成的层状结构。 涂层性能具有方向性，垂直和 平行涂层方向上的性能不一致。 涂层中伴有氧化物等夹杂，存 在部分孔隙，孔隙率4％－20％。
涂层结构（4） 涂层内有一定比例的孔隙，产生原因是： （1） 喷涂角度不同造成的遮蔽效应；空气干燥型酚醛、乙烯树脂、硅树脂、 煤焦油、聚氨酯、亚麻子油、聚酯 烘烤酚醛、酚醛树脂、环氧树脂、聚酯、聚酰胺树脂 环氧树脂、聚酯、聚氨酯 硅酸钠、磷酸盐
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
表面处理技术概论热喷涂及技术课件
(6)操作环境较差存在粉尘、烟雾和噪声等问 题，因此需要加强防护措施。
2 热喷涂原理
热喷涂原理： 热喷涂技术利用热源将喷 涂材料融化或软化，借助热源本身动力或 外加的压缩空气流，将喷涂材料雾化成微 粒形成快速的离子流，然后喷射到基材表 面获得表面涂层。尽管热喷涂技术方法很 多，但是喷涂过程、涂层形成和涂层结构 基本相同。
第六章 热喷涂及技术
热喷涂 造纸烘缸喷涂 喷锌 船舶轴承修复
热喷涂材料
定义
热喷涂技术：是使用某种方式的热源，使 喷涂材料加热至熔融或半熔融状态，用高 压气流将其雾化，并以一定速度喷射到经 过预处理的零件表面，从而形成涂层的表 面加工技术。
1热喷涂种类与特点
热喷涂技术主要根据热源分类，目前热源有五 种类型。采用这些热源加热熔化不同形态的喷 涂材料，即形成了不同热喷涂方法，
设备供应商信息
中国农业机械化科学研究院表面工程技术研究所 地 址：北京德胜门外北 沙滩一号 邮 编：100083
电 话：/2554 传 真： E-mail:
代 理 FST 火 焰 喷 涂 技 术 公 司 （ 荷 、 英 、 意 国 际 集 团 公 司 ） 的 MP-100APS/HVOF等离子/超音速喷涂系统、第二代HV-空气-燃料（HV-AF）喷涂系 统、HV-PW高速粉末/线材喷涂系统、M-APS 45等离子喷涂设备、M-APS 15 等离子喷涂设备、FWS-20火焰线材喷涂设备、超音速火焰喷涂（HVOF）设 备、电弧喷涂设备、喷涂机器人、等离子和HVOF喷涂系统控制装置、喷涂 辅助设备、交钥匙工程等以及各类粉末、线材等热喷涂材料；还可提供该 公司独立开发的在冶金、能源、阀门、造纸、纺织、石油、化工、航空、 航天等许多行业应用的涂层成套技术
热喷涂技术介绍
热喷涂技术介绍热喷涂一、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。
表面工程知识总结(热喷涂)
5．钢铁行业
锌浴轧辊 涂层性能: 防止粘附轧辊表面的锌渣 \降低锌的扩散 \提高耐磨 损性 \优化密封技术 特点 :提高了导辊的寿命 \改进了钢带的表面质量 炉底辊 涂层性能 :防止钢带因铁的氧化而被破坏 \抗氧化性和耐磨性温 度提高到 1100℃ 特点 :多层陶瓷层 \优化的密封技术
热喷涂材料的应用
10，上图喷涂工艺工程中，对气体的使用有什么样的要求，最高
的温度能够到达多少，喷涂材料有什么要求，喷涂对象为什么材料， 气体的速率能够达到多少，沉积速率？
a. 高温, 高能量密度 b. 高速 c. 稳定 d. 适用性广 100 ~ 700m/s
20000K;
105 ~ 106 W/cm2
被压缩的, 高Leabharlann 离子化, 稳定的电压和电流 几乎所有的材料
2.涡轮机中的应用
空气叶片:防腐蚀涂层 涂层能提高效率
刷涂 Al
电镀不受欢迎
完善的技术和
外部和内部的空气密封 : 间隙控制\ 大气等离子喷涂应用于耐磨 系统 \ 提高效率 \ 工业燃气轮机的新兴技术
3.汽轮机中的使用？
燃 烧 室 及 过 度 部分 : 热障涂 层 \ 大气 等离 子喷 涂 , 部分 采 用 CVD/PVD\具有抗氧化性的 Ni/Al 或 MCrAlY 粘结层 \具有隔热功能 的 YSZ 层 \抵抗热应力 \提高效率 支撑架 : 耐磨覆层 \ 大气等离子或 HVOF 喷涂碳化物涂层或 Stellite™（WC-4Cr-10Co） \叶片 \防氧化及硫化 \控制气氛等离子或 超音速火焰 MCrAlY \广泛的应用 \在粘接层中可能存在铝偏聚 \超 音速火焰喷涂大量小型零件相对经济 \控制气氛等离子喷涂能提供 更长的保护 \单独的粘接涂层也有应用 \延缓热疲劳 \热障系统 \控 制气氛等离子喷涂 MCrAlY 与等离子喷涂 YSZ 表面层 \普遍只用于第 一阶级叶片 密封涂层和叶尖涂层 :大气等离子喷涂： 陶瓷/氮化硼/聚酯， 其中 粘结层采用 MCrAlY \叶尖直接切入基体中 \如同有密封材料的系统 一样工作 \工业燃气轮机的新兴材料 进气口、排气口以及外壳 :防腐蚀 \溶胶涂镀方法 轴、轴承、混合接触点 :硬镀铬 \超音速或等离子喷涂氮化物或 硬质合金 \超音速火焰喷涂优势 \更高的结合强度 能 \厚度增加 \更好的表面光洁度 \ 更好的耐磨性
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供粉速率：速率过大使熔化不良的粉粒增多，涂层组 织疏松、气孔率增大；速率过低则降低喷涂效率。 喷涂距离和喷涂角：喷涂金属粉末时喷距为75～
130mm；喷涂陶瓷粉末时喷距为50～100mm。喷涂角度
以90°为最佳。 喷枪与工件的相对移动速度：移动速度快些为好，可防 止一次喷涂过厚导致涂层内应力过大，还可避免局部过 热。
（1）等离子喷涂设备
（喷枪） （送粉器）
（2）等离子喷涂工艺 等离子气体的选择： 氮气：热焓高，价格低廉，是等离子喷涂主要工作气体。
氩气：易于引弧，等离子弧稳定，有很好的气体保护作用。 氢气：可作为辅助气体起到提高热焓和防氧化的作用。
输入功率和电参数：确保粉末熔化良好，防止出现生粉。
火焰喷涂的缺点
不锈钢铸件喷涂层与基 体结合强度较低，不能承 受交变载荷和冲击载荷； 基体表面制备要求高； 火焰喷涂工艺受多种条 件影响，涂层质量尚无有 效检测方法。
等离子喷涂
利用非转移等离子弧作为热源对喷涂材料进行加热、 加速、涂敷。
等离子焰流温度高、流速快，因此喷涂效率高、涂 层致密、结合强度高、基材表面热影响区小。
（3） 等离子喷涂的应用
等离子弧焰流温度高，适合喷涂高熔点材料。涂层密度可达
85~98％，结合强度高达35～70Mpa，喷涂质量远优于火焰喷涂
层。主要用于： 1） 耐磨、减磨涂层； 2） 耐蚀涂层； 3） 抗高温氧化、抗高温气流冲刷、热障涂层； 4） 制造金属、陶瓷类高熔点复合材料。
热喷涂的应用
1 喷涂耐腐蚀涂层 (1) 铝、锌及其合金涂层：锌、铝的腐蚀电极电位高于铁，涂 层有保护作用，可用于桥梁、铁塔等大型部件的防腐处理(在锌 中加铝可提高涂层的耐蚀性能，若铝的质量分数为 30％，则耐 蚀性最佳) 。 (2) 不锈钢涂层：不锈钢电极电位比铁高，易在涂层孔隙处产 生电化学腐蚀，所以喷涂后必须封孔处理。 (3) 塑料涂层：用于化工、食品等行业。
模具的表面工程技术
热喷涂
热喷涂技术的原理；
本 节 重 点
涂层形成过程；
热喷涂方法；
喷涂材料；
热喷涂工艺流程；
热喷涂的应用。
一、 热喷涂技术的原理与特点 1.热喷涂原理 利用热能将喷涂材料熔化，再借助高速气流 将其雾化，并在高速气流的带动下粒子撞击基材 表面，冷凝后形成具有某种功能的涂层。
2.涂层形成过程
汽 车 制 造
热喷涂的领域和市场
已完
（1） 喷涂材料被加热到熔融状态。 （2） 喷涂材料被雾化成微小熔滴并高速撞击基 体表面，撞击基体的颗粒动能越大和冲击变形越 大，形成的涂层结合越好。 （3） 熔融的高速粒子在冲击基材表面后发生变 形，冷凝后形成涂层。
二、热喷涂技术的分类及其特 点
分类依据：热源的种类、喷涂材料、涂层结合 方式和涂层功能等
线材火焰喷涂设备
粉末火焰喷涂
粉末火焰喷涂设备示意图
粉末火焰喷涂设备
火焰喷涂的优点
一般金属、非金属基体均 可喷涂，对基体的形状和尺 寸通常也不受限制，不过小 孔现在尚不能喷涂； 涂层材料广泛，精密铸件 金属、合金、陶瓷、复合材 料均可为涂层材料，可使表 面具有各种性能，如耐腐蚀、 耐磨；耐高温、隔热等； 火焰喷涂对基体影响小， 基体表面受热温度为200～ 250℃，整体温度约70℃～ 80℃，故基体变形小，材 料组织不发生变化。
热喷涂技术的特点
（1） 喷涂材料广泛； （2） 适用于各种基体材料的零件；
（3） 操作程序少，速度快，生产效率高 ；
（4） 操作灵活，的表面性能；
（6） 成本低，经济效益显著。
丝材火焰喷涂（直径1.8mm-4.8mm线材）
线材火焰喷涂设备示意图
2 用于耐磨的涂层：
1) 涂层硬度超过磨料硬度：如氧化铝陶瓷涂层或镍基、
钴基碳化钨涂层。用于轧辊、螺旋送料器等部件。 (2) 用于修复的涂层：喷涂铁基或镍基耐磨合金涂层 。
3 喷涂耐高温涂层
(1) 抗高温氧化的涂层：如超音速火焰喷涂Cr2C3-NiCr
涂层；用等离子喷涂氧化铝陶瓷涂层。 (2) 热障涂层：使金属基体与高温环境隔离，保持金属构 件的力学性能。