表面工程概述与热喷涂材料
表面处理第十一讲热喷涂
热喷涂层的机械性能
热喷涂层的硬度
硬度是热喷涂层机械性能的重要指标之一。 硬度高的涂层具有更好的耐磨性和耐腐蚀性 ，但同时也可能较脆。因此，在选择热喷涂 层时，需要综合考虑其硬度与其他机械性能 的关系。
热喷涂层的韧性
韧性是热喷涂层在受到外力作用时抵抗开裂 和剥落的能力。良好的韧性可以提高涂层的 抗冲击性和使用寿命，特别是在承受交变应 力的场合。
特点
热喷涂技术具有适用范围广、涂层种 类多、涂层性能优良等特点，能够满 足各种不同的表面处理需求。
热喷涂的应用领域
航空航天
用于飞机和航天器的发 动机部件、结构件和功 能件的表面强化和修复
。
能源
用于燃气轮机、蒸汽轮 机等能源设备的耐磨、 耐腐蚀和隔热涂层的制
备。
汽车
用于发动机部件、车身 和底盘的防腐、隔热、 耐磨和装饰涂层的制备
02
环保型喷涂气体
开发环保型喷涂气体，如惰性气 体、还原性气体等，减少对大气 的污染。
03
废旧涂层的回收与 再利用
研究废旧涂层的回收技术，实现 资源的有效利用，降低对环境的 影响。
06
CATALOGUE
热喷涂案例分析
航空航天领域的热喷涂应用
飞机发动机热端部件
热喷涂技术常用于飞机发动机热端部件的表面处理，如涡 轮叶片和燃烧室，以提高耐高温、抗氧化和抗腐蚀性能。
纳米材料
纳米碳管
具有出色的导电、导热性 能，可用于制备功能性涂 层。
纳米氧化物
具有优异的耐腐蚀、抗氧 化性能，可用于制备防腐 、抗氧化涂层。
纳米陶瓷
具有高硬度、高耐磨性， 可用于制备硬质、耐磨涂 层。
03
CATALOGUE
表面工程学五.喷涂
二、热喷涂技术的分类及其特点 1 热喷涂技术的分类 按热源分类，各喷涂方法的焰流温度和粒子速度不同。
热喷涂技术的特点 （1） 可在各种基材上制备各种涂层； （2） 基材温度低（30 ～ 200℃），热影响区浅，变形小；
（3） 涂层厚度范围宽（0.5
～
5mm） ；
（4） 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，喷涂材料利用率低， （6） 涂层与基体结合强度低。
热喷涂材料分类（金属类，表1-3）
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 自熔性合金 (1)Ni 基自熔性合金：NiCrBSi、NiBSi (2)Co 基自熔性合金：CoCrWB、CoCrWBNi (3)Fe 基自熔性合金：FeNiCrBSi (4)Cu 基自熔性合金
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。
4） 压缩空气压力和流量：影响喷涂材料的雾化效果和熔粒的飞 行速度，对涂层的质量有很大的影响。 5） 喷涂距离应控制在100～200mm，喷涂角不应小于45°。
（3） 电弧喷涂的用途
1） 在钢铁构件上喷涂锌、铝涂层，对构件进行长效防护。 2） 在钢铁件上喷铝可防止高温氧化。
表面工程概论11.
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。所以，涂层与基体结合强度较 火焰喷涂高1.5～2.0倍，喷涂效率也较高。 电弧喷涂还可方便地制造合金涂层或“伪合 金”涂层。通过使用两根不同成分的丝材和 使用不同进给速度，即可得到不同的合金成 分。 电弧喷涂与火焰喷涂设备相似，同样具有成 本低，一次性投资少，使用也方便等优点。 但是，电弧喷涂的明显不足，喷涂材料必须 是导电的焊丝，因此只能使用金属，而不能 使用陶瓷，限制了电弧喷涂的应用范围。
超音速火焰喷涂枪
Laval管
超音速喷涂法具有如下的特点： ①粉粒温度较低,氧比较轻(这主要是由于粉末 颗粒在高温中停留时间短,在空气中暴露时间 短的缘故，所以涂层中含氧化物量较低,化学 成分和相的组成具有较强的稳定性)，但只适 于喷涂金属粉末、Co-WC粉末以及低熔点 TiO2陶瓷粉末； ②粉粒运动速度高。 ③粉粒尺寸小（10～53>mm）、分布范围窄， 否则不能熔化。 ④涂层结合强度、致密度高，无分层现象。
2.等离子喷涂：包括大气等离子喷涂，保护气 氛等离子喷涂，真空等离子喷涂和水稳等离 子喷涂。
第六章 热喷涂技术
6.1 概述 热喷涂:用专用设备把某种固体材料熔化并使其 雾化,加速喷射到机件表面,形成一特制薄层,以 提高机件耐蚀、耐磨、耐高温等性能的一种工 艺方法。 实际上就是用一种热源,如电弧、离子弧或燃气 燃烧的火焰等将粉状或丝状的固体材料加热熔 融或软化，并用热源自身的动力或外加高速气 流雾化,使喷涂材料的熔滴以一定的速度喷向经 过预处理干净的工件表面。
2.爆炸喷涂 爆炸喷涂：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的速 度喷射到工件表面上形成涂层。
热喷涂材料
热喷涂材料热喷涂材料是一种常用的表面修复和保护材料，广泛应用于航空航天、汽车、电力、化工、石油、冶金等领域。
它能够提供高温和化学腐蚀的防护，同时还能够修复和加固金属表面。
热喷涂材料有很多种类，最常见的包括金属涂层、陶瓷涂层和聚合物涂层。
金属涂层是指通过喷涂金属粉末或线，将金属材料覆盖在被保护表面上。
金属涂层具有优异的耐高温、耐磨损和耐腐蚀性能，适用于高温烟道、石油管道和汽车引擎等环境。
常见的金属涂层材料包括镍铬合金、不锈钢、铝、钛等。
陶瓷涂层是指通过热喷涂技术，在被保护表面上喷涂陶瓷材料粉末，形成厚薄不一的陶瓷保护层。
陶瓷涂层具有极高的硬度、耐磨损和耐腐蚀性能，适用于高速运动部件、耐腐蚀设备和耐磨损表面等。
常见的陶瓷涂层材料包括氧化铝、碳化硅、氧化锆等。
聚合物涂层是指利用聚合物粉末或液体，在被保护表面上形成聚合物膜层。
聚合物涂层具有优异的耐化学腐蚀性能和电绝缘性能，适用于耐酸碱容器、电气绝缘设备和汽车涂装等。
常见的聚合物涂层材料包括环氧树脂、聚酰亚胺、聚氨酯等。
热喷涂技术的优点是在低温下进行喷涂，避免了原材料的熔融和高温硬化过程，因此能够喷涂在各种基材上，包括金属、陶瓷、塑料等。
而且热喷涂的材料没有尺寸限制，适用于各种形状和复杂表面的修复和保护。
热喷涂材料的应用领域非常广泛。
在航空航天领域，它可以用于修复飞机引擎叶片、发动机内部零件等高温高压部件。
在汽车领域，它可以用于加固汽车引擎部件、排气系统和底盘等。
在电力行业，它可以用于耐高温绝缘设备和电力线路的保护。
同时，热喷涂材料还可以应用于化工设备、石油管道、冶金设备等领域。
总之，热喷涂材料的应用极为广泛，能够提供优异的表面修复和保护性能。
随着技术的不断发展，热喷涂材料的种类和应用范围还将不断扩大，为各行业提供更好的解决方案。
表面工程-热喷涂
2、热喷涂的分类
（1）喷涂材料的形态： 丝材、粉末
（2）涂层的功能： 耐蚀、耐磨、隔热、抗氧化
（3）加热和结合方式： 喷涂、喷熔（喷涂+熔化，冶金结合）
（4）按照热源种类：
火焰类：包括火焰、爆炸、超音速喷涂 电弧类：电弧和等离子喷涂 电热类：电爆、感应和电容放电喷涂 高能束类：激光、电子束喷涂
机械法（喷砂、滚压、车削、车螺纹）、酸洗 预热基体
200~300℃
获得良好结合涂层要求：
①喷涂粒子尺寸合适，保持液态； ②飞行速度足够大； ③基体表面洁净并粗化； ④提高接触温度和高温停留时间； ⑤防止产生残余变形、开裂。
4.3 热喷涂方法
1、丝材火焰喷涂（Wire Flame Spray,最早，1910）
(２)扩散结合
➢ 变形和高温，足够能量原子间相互扩散→金属化 合物或固溶体
（3）物理结合
➢ 由范德华力或次价键形成的结合
（4）冶金结合
➢ 放热型喷涂材料或高温热源喷涂→达到熔点→焊合 微区冶金结合
➢ 重熔即喷焊时，主要是冶金结合
２.涂层间的结合
机械结合为主，扩散结合、物理结合、冶金 结合等也起一定作用。
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
即，粒子的碰撞→变形→冷凝收缩
➢冷速极高：106~108℃/s 金属 104~106℃/s 陶瓷
10-7~10-6s完成
➢ 两粒子撞击时间间隔0.1s左右
涂层材料的加热、加速、凝固是三个最 主要方面。
（1）希望涂层材料完全熔化，并保持到 撞击基体前；
3．热喷涂特点
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。
表面工程概述与热喷涂材料
随着现代工业的迅猛发展，对机械工业产品提出了更高的要求，要求产品能在高参数(如高温、高压、高速)和恶劣工况条件下长期稳定运转或服役，这就必然对材料表面的耐磨 、耐蚀等性能以及表面装饰提出了更高的要求，使其成为防止产品失效的第一道防线。
零件磨损、腐蚀和疲劳失效常发生在表面。通过表面技术修复、强化使机械零件翻新如初，从而节省了大量资源和经费，并极大地减少了环境污染及废物的处理。
许多采用表面技术处理过的旧零部件，其性能可能大大超过新品，而成本仅为新品的10%。如齿轮、轴、花键等重要零件使用后磨损，可采用镀铬、镀镍、堆焊、热喷涂等进行修复，恢复其尺寸。
表面改性技术和表面涂层技术的最大区别是，其所形成的表面在材料和组织上均与基体有一定的联系，而不像表面涂层技术那样，涂层的材料和组织与基体是完全不同的。
表面组织 转化
激光表面淬火 感应加热淬火 表面喷丸/滚压
不改变表面 化学成分
气相沉积 化学沉积(如电镀) 化学转化膜(如磷化) 涂装技术 (涂漆等) 热喷涂和喷焊
颗粒沉积
沉积物以宏观尺度的颗粒形态在材料表面上形成覆盖层，如热喷涂、搪瓷涂敷等。
整体覆盖
它是将涂覆材料于同一时间施加于材料表面，如包箔、贴片、热浸镀、涂装、堆焊等。
表面改性
用机械、物理、化学等方法，改变材料表面的形貌、化学成分、相组成、微观结构、缺陷状态或应力状态。
2.按表面强化层材料分
金属材料层
第一节 金属的磨损和腐蚀
一、金属的磨损 1.金属磨损的定义
{工程建筑套表}表面工程热喷涂
火焰喷涂工艺（2）
b) 喷涂
需打底层时，可在喷涂工作层之前 用钼或放热型的镍包铝、铝包镍粉末先 喷涂一层厚度约0.10～0.15mm的打底层。
严格控制喷涂材料的供给速度、喷 涂距离（100～150mm）、每道涂层的厚 度（0.1～0.15mm）、喷枪与工件的移动 速度（7～18m／min）和层间温度 （<250℃）等。
{工程建筑套表}表面工程热喷涂
2 涂层形成过程
（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。
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。
(3)Fe 基自熔性合金：FeNiCrBSi
(4)Cu 基自熔性合金
热喷涂材料分类（非金属类，表1-3）
分类 金属氧化物
金属碳化物 及硼化物
包覆粉
非金属类
品
种
(1)A1 系：A12O3、A12O3·SiO2、Al2O3·MgO (2)Ti 系：TiO2 (3)Zr 系：ZrO2、ZrO2·SiO2、CaO-Zr02、MgO- ZrO2 (4)Cr 系：Cr2O3
（3） 冶金-化学结合：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，形成冶金结合。 如喷涂镍包铝复合粉末时的放热反应。
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)。
二、热喷涂技术的分类及其特点
1 热喷涂技术的分类 按热源分类，各喷涂方法的焰流温度和粒子速度不同。
表面工程技术
表面工程技术一、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。
1.热喷涂具有以下特点:1)取材范围广，几乎所有的工程材料都可以作为喷涂材料。
2)几乎所有固体材料都可以作为基体进行喷涂。
3)工艺灵活, 施工范围小到10mm的内孔，大到铁塔、桥梁。
4)喷涂层厚度可调范围大，从几十微米到几毫米，而且表面光滑，加工量少。
5)工件受热程度可以控制，热喷涂时工件受热程度可控制在30～200℃之间，保证不改变基体的金相组织，工件不会发生畸变。
6)比电镀生产率高。
7)可赋予普通材料以特殊的表面性能，可使材料满足耐磨、耐蚀、抗高温氧化、隔热等性能要求，达到节约贵重材料，提高产品质量，满足多种工程和尖端技术的需求。
2.热喷涂工艺原理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。
3.热喷涂材料热喷涂材料的材质可分为金属及其合金、陶瓷、金属化合物、某些有机塑料、玻璃、复合材料等。
4.几种不同热源的热喷涂方法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。
2）电弧喷涂电弧喷涂的基本原理是将两根被喷涂的金属丝作自耗性电极，连续送进的两根金属丝分别与直流的正负极相连接。
在金属丝端部短接的瞬间，由于高电流密度，使两根金属丝间产生电弧，将两根金属丝端部同时熔化，在电源作用下，维持电弧稳定燃烧；在电弧发射点的背后由喷嘴喷射出的高速压缩空气使熔化的金属脱离金属丝并雾化成微粒，在高速气流作用下喷射到基材表面而形成涂层。
3）等离子喷涂等离子喷涂法是利用等离子焰的热能将引入的喷涂粉末加热到熔融或半熔融状态，并在高速等离子焰的作用下，高速撞击工件表面，并沉积在经过粗糙处理的工件表面形成很薄的涂层。
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：
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。
表面工程技术__热喷涂技术
热喷涂技术特点
（1） 工艺灵活，适应范围广。 ） 工艺灵活，适应范围广。 （2） 基体及喷涂材料广泛。 ） 基体及喷涂材料广泛。 （3） 除去火焰喷熔及等离子弧粉末堆焊外， ） 除去火焰喷熔及等离子弧粉末堆焊外， 用热喷涂工艺加工的工件受热较少， 用热喷涂工艺加工的工件受热较少，工件 产生的应力变形很小。 产生的应力变形很小。 （4） 生产效率高。 ） 生产效率高。 （5） 应用范围广。 ） 应用范围广。
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2.5 常用喷涂材料
形式：粉末、线材、棒材、带材、 形式：粉末、线材、棒材、带材、柔性丝 等； 成分：金属、非金属、陶瓷、碳化物、 成分：金属、非金属、陶瓷、碳化物、紫 熔合金、复合粉、塑料、非晶体等。 熔合金、复合粉、塑料、非晶体等。 应用目的：耐磨损材料、耐腐蚀材料、 应用目的：耐磨损材料、耐腐蚀材料、耐 高温材料、隔热热障材料等。 高温材料、隔热热障材料等。
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2.4.2 涂层后处理和后加工
涂层后处理包括后热处理（重熔处理和扩散处理） 涂层后处理包括后热处理（重熔处理和扩散处理） 及封孔处理。 及封孔处理。 涂层后加工包括切削和磨削价格，切削热喷涂涂 涂层后加工包括切削和磨削价格， 层较好的刀具有以下3类：（1）添加碳化钽、碳 层较好的刀具有以下 类：（ ）添加碳化钽、 化铌的超细晶粒硬质合金；（ ；（2）陶瓷刀具材料； 化铌的超细晶粒硬质合金；（2）陶瓷刀具材料； （3）立方氮化硼（CBN）。 ）立方氮化硼（ ）。 热喷涂涂层的精加工通常采用磨削方法， 热喷涂涂层的精加工通常采用磨削方法，因为它 可以获得更高的精度与更好的表面粗糙度。 可以获得更高的精度与更好的表面粗糙度。
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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。
机械制造基础-2.9表面工程技术化学镀及热喷涂
第二章钢的热处理及表面工程技术2.1 钢的热处理2.2 表面工程技术第二章钢的热处理及表面工程技术第二节表面工程技术表面工程技术概述常用表面工程技术第二节表面工程技术化学镀热喷涂切削运动在没有外电流通过时，利用化学方法借助还原剂在同一溶液中发生氧化还原作用，从而使金属离子还原沉积在自催化表面的一种镀覆方法。
又称无电解镀。
化学镀是唯一能用来代替电镀法的湿法沉积过程。
常用表面工程技术什么是化学镀？切削运动化学镀原理：R n+→R(n+z)+ze还原剂氧化；M z++ze→M金属离子还原还原剂：常用的有次亚磷酸钠等。
特点：①化学镀必须在自催化活性表面施镀，其结合力优于电镀层。
②镀层厚度均匀、均镀能力好，无需镀后加工，适合复杂零件、盲孔、管件内壁镀覆。
③化学镀具有自催化能力，可获得任意厚度镀层。
④可以在金属、半导体和非导体等各种材料上镀覆金属。
⑤化学镀设备简单，无需电源，操作简便。
⑥化学镀液稳定性差，寿命短，成本高。
应用：相对于电镀，化学镀镀层种类较少，主要是镀镍和镀铜。
常用表面工程技术思考题？机械零件因磨损失效后是不是只能报废？再制造技术轴类磨损有缘学习更多＋谓ｙｇｄ３０７６考证资料或关注桃报：奉献教育（店铺）热喷涂是利用热源将喷涂材料加热至熔化或半熔化状态，并用热源自身动力或外加高速气流雾化，使熔滴以一定的速度喷射沉积到经过预处理的基体表面形成涂层的方法。
什么是热喷涂？在设备维修中修旧如新，使报废的零部件“起死回生”；在新产品制造中进行强化和预保护，使其“益寿延年”。
热喷涂技术是表面工程技术的重要组成部分，约占表面工程技术的三分之一。
热喷涂应用热喷涂修复热喷涂强化原理热源→喷涂材料熔化→高速气流雾化→熔滴喷射飞行→形成喷涂层涂层结构喷涂层结构示意图涂层结构：是由无数变形粒子互相交错堆叠在一起的层状结构。
涂层存在孔隙、夹杂、未熔化颗粒，孔隙性能具有方向性。
涂层结合：有机械结合、冶金-化学结合和物理结合三种方式。
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
表面工程与热喷涂技术及其发展
表面工程与热喷涂技术及其发展摘要：国内外的喷涂技术得到了非常快地发展，应用也非常广泛。
各种新能源、新技术的发展以及高新技术的要求，会使热喷涂技术得到迅猛发展，促进表面工程的进步。
热喷涂技术在我国现代化的进程中，对实施国民经济的可持续发展战略，节约资源以及环境保护等方面有着非常重要的作用。
关键词：表面工程；热喷涂技术表面工程是经过表面预先加工后，通过表面涂覆等技术进行处理，改变固体金属表面的形态以及应力状态，以得到所需要的表面性能的工程。
改良材料的表面性能，能够很好地延长它的使用时间。
1 高速火焰喷涂爆炸喷涂因为焰流速度非常高，使得涂层和基体的结合强度非常高，涂层性能非常好，在航天航空领域得到了普遍的应用，虽然高速火焰喷涂已经发明出来，但直到82年才实现了商业化。
当前，高速火焰喷涂关键是指超音速火焰喷涂，虽然有的时候也会把爆炸喷涂看作是GVOF的一种。
超音速火焰喷涂，因为火焰速度非常高，能够达到1500m/s以上，把喷涂粒子加热到熔化或半熔化的状态，并加速到300~500m/s，甚至更高的速度，这样可以得到结合强度高、非常致密的涂层。
和等离子弧比较，超音速火焰因为温度不高，速度大，对于WC-Co系硬质合金，能够很好地抑制WC在喷涂时候的分解。
涂层不仅结合强度非常高，能够达到150MPa，且涂层非常致密，非常耐磨，有着非常广泛的应用。
随着Jet-Kote的应用，超音速火焰喷涂层性能的优越性渐渐凸显出来。
所以，在90年代初期，先后又有很多HVOF喷涂系统研制出来，在这些超音速喷涂系统中，TOP-gun系统可以使用压力不高的燃气，如乙炔气体。
通过使用乙炔气体，提高火焰的温度，能够实现高熔点材料如氧化物陶瓷，难熔金属如钼的喷涂。
通过提高燃烧室的压力，能够提高WC-CO涂层的硬度以及致密度。
这关键是通过提高粒子的速度来实现的，但燃烧室压力的提高对于喷涂系统提出了耐高压的要求，还会使操作非常困难，高速火焰撞击熔融喷涂要求喷涂材料加热到接近熔点，通过把部分动能变成热能来进行喷涂，但应该严格掌握粒子的温度。
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一、金属表面处理技术概念
金属表面处理技术----是指通过一些“物理”、“化学”、“ 机械”、或“复合方法”使得金属表面具有与基体不同的组 织结构、化学成分和物理状态，从而使经过处理后的表 面具有与基体不同的性能。
表面工程概述与热喷涂材料
二、表面处理技术的意义
1965年，湖北省荆州市望山一号 墓出土越王勾践自用青铜剑，轰动 世界。勾践剑在墓中被水浸泡 2000多年仍锋芒毕露，寒气逼人。
“越王勾践剑”千年不锈的原因在 于剑身上被镀上了一层含铬的金属。
表面工程概述与热喷涂材料
1986年国际热处理联合会更名为国际热处理与表面工程 联合会，进入20世纪 90 年代，其发展势头更猛，各国竟 相把表面工程列入研究发展规划。
所有的金属材料都不可避免与环境相接触,而与环境真 正接触的是金属的表面，如各种机械零件和工程构件。
金属表面发生破坏或失效，进而引起整个设备或零（构 ）件的破坏或失效。
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。
表面工程概述与热喷涂材料
为什么研究 金属表面处
理技术
随着现代工业的迅猛发展，对机械工业产品提出了更 高的要求，要求产品能在高参数(如高温、高压、高速) 和恶劣工况条件下长期稳定运转或服役，这就必然对材 料表面的耐磨 、耐蚀等性能以及表面装饰提出了更高的 要求，使其成为防止产品失效的第一道防线。
长江三峡工程中挖泥船的发动 机曲轴损坏，当时如从日本购 买新轴，加上运费和进口关税 等需人民币120万元，从订购到 交货需三个月以上，停产损失 更大？
表面工程概述与热喷涂材料
选用特种金属或合金应高强度、高硬度和耐磨、耐高温、耐酸 碱腐蚀等不同特殊要求，人们需要不断开发各种特殊的合金材料，但这些 合金材料往往价格昂贵。
表面改性技术
包括表面淬火、化学热处理、表面形变强化等，如感应加 热表面淬火、渗碳、氮化、碳氮共渗、喷丸、滚压等。
表面涂（镀）层技术
如电镀、化学镀、热浸镀、气相沉积、热喷涂、堆 焊、激光熔覆、涂装等。
表面转化膜技术
如氧化处理、磷化处理、铬酸盐处理和着色与封闭处理等 。
高能束表面处理技术
如电子束、离子束、激光束表面改性与强化等。
不改变表 面 化学成
分
形成成分不同于 基材和添加材料 的表面合金化层
表面工程概述与热喷涂材料
四、表面处理技术的分类
1.按照作用原理分
原子沉积
沉积物以原子、离子、分子和粒子集团等原子尺度的粒子 形态在材料表面上形成覆盖层，如电镀、化学镀、物理气 相沉积、化学气相沉积等。
颗粒沉积
沉积物以宏观尺度的颗粒形态在材料表面上形成覆盖层， 如热喷涂、搪瓷涂敷等。
整体覆盖
它是将涂覆材料于同一时间施加于材料表面，如包箔、贴 片、热浸镀、涂装、堆焊等。
表面改性
用机械、物理、化学等方法，改变材料表面的形貌、化学 成分、相组成、微观结构、缺陷状态或应力状态。
表面工程概述与热喷涂材料
2.按表面强化层材料分 3.按表面处理工艺特点分
金属材料层 陶瓷材料层 高分子材料层
表面工程的作用：
提高构件表面的耐磨性、耐蚀性、耐 高温性能，或对构件表面进行修复、强 化、装饰等。
问题的提出
表面工程概述与热喷涂材料
火箭发动机的尾喷管内壁和燃 烧室需承受2000～3300℃温度 和巨大的热焰流冲击。
飞船或者洲际导弹的头部锥体 和翼前沿：由于具有几十倍的 音速，并与大气层摩擦，即所 谓气动加热，其温度高达 4000～5000℃。
在许多情况下也很难找到一种能够同时满足整体和表面要求的材料。 试图采用各种表面技术对普通金属表面进行处理，以改变其表面性能， 使其适应复杂的工作环境。
表面处理技术
表面处理技术则可以用极少量的材料就起到大量、昂贵 的整体材料难以起到的作用，在不增加或不增加太多成 本的情况下使产品表面受到保护和强化，从而提高产品 的使用寿命和可靠性，改善机械设备的性能、质量、增 强产品的竞争能力。
表面工程概述与热喷涂材料
表面处理技术
表面 涂镀
气相沉积 化学沉积(如电镀) 化学转化膜(如磷化) 涂装技术 (涂漆等) 热喷涂和喷焊
表面 组织 转化
激光表面淬火 感应加热淬火 表面喷丸/滚压
表面 合金 化
热扩渗:渗碳/氮化等 激光表面合金化 离子注入 单晶硅中掺杂硼/磷等
基材不参 与或很少 参与涂层 的反应
从1989年到2006年8月已成功举办六届全国表面工程学 术交流会议；并先后于 1997 年 11 月和 1999 年 10 月在 上海召开了第一届及第二届表面工程国际会议，第五届 表面工程国际会议也于2007年在大连举行。
表面工程概述与热喷涂材料
通过表面处理大幅度提高产品质量 节约贵重材料 实现材料表面复合化，解决单一材料无法解决的问题 修复整体优势，良好的节能、节材效果
表面工程概述与热喷涂材料
意义
三、表面处理技术的主要途径
表面涂层技术
在基体表面制备各种镀、涂覆层，包括电镀、 化学镀、（电）化学转化膜技术、气相沉积技 术、堆焊、热喷涂等
表面工程概述与热喷涂材料
4.按表面处理的目的或性质分 表面耐磨和减摩技术 表面耐蚀和抗氧化技术
表面装饰技术 功能表面技术 表面修复技术
表面工程概述与热喷涂材料
表面工程概述与热喷涂材料
五、金属表面处理技术的产生与发展
春秋五霸时期，越王勾践“卧薪尝 胆”，一举击败了吴王夫差，演出 了历史上春秋争霸的最后一幕。
我国于 1987 年由中国机械工程学会建立了学会性质的表 面工程研究所，1988 年《表面工程》杂志在中国创刊， 1997 年经国家科委正式批准更名为《中国表面工程》， 面向国内外公开发行。1993年成立中国机械工程学会表 面工程分会，2000 年全国焊接学会将原来的“堆焊与热 喷涂专业委员会”正式更名为“堆焊及表面工程专业委 员会”。
表面改性技术
用机械、物理、化学等方法，改变材料表面的形 貌、化学成分、相组成、微观结构、缺陷状态或 应力状态。如表面淬火、化学热处理、喷丸、高 能束表面改性等。
表面改性技术和表面涂层技术的最大区别是，其所形成的表面在材料 和组织上均与基体有一定的联系，而不像表面涂层技术那样，涂层的材 料和组织与基体是完全不同的。