热喷涂技术原理及应用
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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；
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
天然气-氧气 氢气-氧气
2735 2690
乙炔-氧气
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；
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ห้องสมุดไป่ตู้温和 特殊功能涂层。
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
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
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；
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
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；
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。
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
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
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
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
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；
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
天然气-氧气 氢气-氧气
2735 2690
乙炔-氧气
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；
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ห้องสมุดไป่ตู้温和 特殊功能涂层。
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
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
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；
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
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；
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。
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
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
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
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