热喷涂课程ppt
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热喷涂技术 ppt课件
等离子喷涂的工作气体： 最常用的有氮气、氩气， 此外，也可用氢气、氦气。 喷枪构造：阴极、喷嘴 (阳极)、进气道与气室、 送粉道、水冷密封与绝缘， 以及枪体组成。
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。
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。
热喷涂技术研究进展-PPT课件
热喷涂技术的研究进展
1、热喷涂技术概论
原理 热喷涂技术是一种将涂层材料(粉末或丝材) 送入某种热源(电弧、燃烧火焰、等离子体等)中 熔化, 并利用高速气流将其喷射到基体材料表面 形成涂层的工艺 。 涂层结构特点
特点
a. 能赋予基体以多种功能的表面； b. 设备轻便，可现场施工； c. 除喷焊外，对基材加热温度较低，工件 变形小，金相组织及性能变化也较小。 d. 喷涂操作的程序较少,施工时间较短,效率 高,比较经济。
微等离子喷涂
微等离子喷涂是20世纪90年代由乌克兰巴顿焊 接研究所开发的, 它的特点是具有层流等离子 射流、发射角只有2°~ 6°(普通的等离子枪的 发射角达10°~ 18°)、功率低( 1~ 3 kW )、基 体受热低、噪声小( 30~ 50 dB) , 可在极薄的基 体(如0.5mm厚的不锈钢薄板或1.0 mm 厚的锰 片)上进行喷涂。这种喷涂方法的功率虽低, 但 能量集中, 其束斑直径小于5 mm, 所以仍可喷 涂各种材料, 特别适宜制备小零件及薄壁件的 精密涂层, 且该设备重量轻, 适合于现场的维修 工作。
悬浮式等离子喷涂示意图
反应等离子喷涂
反应等离子喷涂是对真空等离子喷涂进一步改进的结果, 该方法在真空等离子喷涂过程中,在喷嘴出口处的等离子射 流中加入反应气体(如N2),反应气体与加热中的喷涂颗粒相 互作用,进而得到新的生成物。 例如,用这种方法可以获得TiN涂层,它是靠喷涂钛粉和注入 N2反应后得到的,其工作原理如图所示。TiN具有高熔点、 高硬度、耐磨、耐蚀等特点,并且还具有优良的导电性和超 导性。 反应等离子喷涂制备 TiN涂层克服了传统的物理或者化 学气相沉积(PVD及CVD)工艺 制备TiN 涂层,存在沉积速 率低、涂层厚度过薄的缺点,可制备纳米晶TiN涂层, 涂层厚度可达500µ m。
1、热喷涂技术概论
原理 热喷涂技术是一种将涂层材料(粉末或丝材) 送入某种热源(电弧、燃烧火焰、等离子体等)中 熔化, 并利用高速气流将其喷射到基体材料表面 形成涂层的工艺 。 涂层结构特点
特点
a. 能赋予基体以多种功能的表面； b. 设备轻便，可现场施工； c. 除喷焊外，对基材加热温度较低，工件 变形小，金相组织及性能变化也较小。 d. 喷涂操作的程序较少,施工时间较短,效率 高,比较经济。
微等离子喷涂
微等离子喷涂是20世纪90年代由乌克兰巴顿焊 接研究所开发的, 它的特点是具有层流等离子 射流、发射角只有2°~ 6°(普通的等离子枪的 发射角达10°~ 18°)、功率低( 1~ 3 kW )、基 体受热低、噪声小( 30~ 50 dB) , 可在极薄的基 体(如0.5mm厚的不锈钢薄板或1.0 mm 厚的锰 片)上进行喷涂。这种喷涂方法的功率虽低, 但 能量集中, 其束斑直径小于5 mm, 所以仍可喷 涂各种材料, 特别适宜制备小零件及薄壁件的 精密涂层, 且该设备重量轻, 适合于现场的维修 工作。
悬浮式等离子喷涂示意图
反应等离子喷涂
反应等离子喷涂是对真空等离子喷涂进一步改进的结果, 该方法在真空等离子喷涂过程中,在喷嘴出口处的等离子射 流中加入反应气体(如N2),反应气体与加热中的喷涂颗粒相 互作用,进而得到新的生成物。 例如,用这种方法可以获得TiN涂层,它是靠喷涂钛粉和注入 N2反应后得到的,其工作原理如图所示。TiN具有高熔点、 高硬度、耐磨、耐蚀等特点,并且还具有优良的导电性和超 导性。 反应等离子喷涂制备 TiN涂层克服了传统的物理或者化 学气相沉积(PVD及CVD)工艺 制备TiN 涂层,存在沉积速 率低、涂层厚度过薄的缺点,可制备纳米晶TiN涂层, 涂层厚度可达500µ m。
表面处理第十一讲热喷涂
有助于提高涂层的硬度和耐腐蚀性。
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
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
热喷涂课程ppt
热喷涂技术
1、前言
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。
热喷涂技术
5、热喷涂材料涂层
2)机械嵌合。机械嵌合是指具有具有一定动能的 熔滴在碰撞到经过粗糙处理的基材表面后与表面 上的凸起和凹陷处形成的机械咬合。涂层的微粒 与表面、微粒与微粒之间靠相互嵌镶而连在一起。 在粗糙度较大的表面(如经过粗粒喷砂的表面或 有机制沟槽和螺纹的表面)上热喷涂时，机械嵌 合具有重要作用。实验证明，当在Ra=0.63μm 的表面上喷涂镍包铝时，结合强度为36～ 41MPa，如果表面经过喷砂粗糙化处理后，则 结合强度可达到45MPa。这在一定程度上反映 了机械嵌合的作用。表面越粗糙，机械嵌合的效 果越大。所以，在热喷涂工艺中，表面粗化已成 为必不可少的重要的预处理工序。 热喷涂技术
热喷涂技术
5、热喷涂材料涂层
喷涂材料可以做成丝状或粉末状，丝状材料只 有一定塑性的材料才能加工出来，而粉末材料 可根据需要任意配制，所以成份及比例范围非 常灵活。
热喷涂技术
5、热喷涂材料涂层
涂层形成过程 涂层的形成过程为：涂层材料经加热熔化和加 速→撞击到基体→冷却凝固→形成涂层。其中 涂层材料的加热、加速和凝固是最主要的三个 过程。
热喷涂技术
6、喷涂工艺流程
热喷涂工艺方法 1.火焰喷涂工艺：是线材火焰喷涂(Wire Flame Spray)和粉末火焰喷涂(Powder Flame Spray) 的总称。是最早的喷涂工艺。用乙炔、丙烷、 氢气或天然气等作燃料，以压缩空气、氧气或 惰性气体作动力，使熔融材料雾化并加速，喷 射到基体形成喷涂层。粉末、线材、棒材、带 材等都可以用火焰喷涂工艺进行术特点
1、前言
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。
热喷涂技术
5、热喷涂材料涂层
2)机械嵌合。机械嵌合是指具有具有一定动能的 熔滴在碰撞到经过粗糙处理的基材表面后与表面 上的凸起和凹陷处形成的机械咬合。涂层的微粒 与表面、微粒与微粒之间靠相互嵌镶而连在一起。 在粗糙度较大的表面(如经过粗粒喷砂的表面或 有机制沟槽和螺纹的表面)上热喷涂时，机械嵌 合具有重要作用。实验证明，当在Ra=0.63μm 的表面上喷涂镍包铝时，结合强度为36～ 41MPa，如果表面经过喷砂粗糙化处理后，则 结合强度可达到45MPa。这在一定程度上反映 了机械嵌合的作用。表面越粗糙，机械嵌合的效 果越大。所以，在热喷涂工艺中，表面粗化已成 为必不可少的重要的预处理工序。 热喷涂技术
热喷涂技术
5、热喷涂材料涂层
喷涂材料可以做成丝状或粉末状，丝状材料只 有一定塑性的材料才能加工出来，而粉末材料 可根据需要任意配制，所以成份及比例范围非 常灵活。
热喷涂技术
5、热喷涂材料涂层
涂层形成过程 涂层的形成过程为：涂层材料经加热熔化和加 速→撞击到基体→冷却凝固→形成涂层。其中 涂层材料的加热、加速和凝固是最主要的三个 过程。
热喷涂技术
6、喷涂工艺流程
热喷涂工艺方法 1.火焰喷涂工艺：是线材火焰喷涂(Wire Flame Spray)和粉末火焰喷涂(Powder Flame Spray) 的总称。是最早的喷涂工艺。用乙炔、丙烷、 氢气或天然气等作燃料，以压缩空气、氧气或 惰性气体作动力，使熔融材料雾化并加速，喷 射到基体形成喷涂层。粉末、线材、棒材、带 材等都可以用火焰喷涂工艺进行术特点
热喷涂与堆焊.ppt
线 火爆超 火 常
材 焰炸音 焰 压
火 粉喷速 粉 电
焰 末涂喷 末 弧
喷喷 涂喷喷
涂涂
焊涂
减常气水低反 压压体稳压应 电等隧等等等 弧离道离离离 喷子等子子子 涂喷离喷喷喷
涂子涂涂涂
可 控 气 氛 等 离 子
高 速 等 离 子 喷 涂
喷
喷
涂
涂
火焰线材喷涂
❖ 线材火焰喷涂法是最早发明的喷涂法。它是 把金属线以一定的速度送进喷枪里，使端部 在高温火焰中熔化，随即用压缩空气把其雾 化并吹走，沉积在预处理过的工件表面上。
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。
❖ 优点： ①涂层和基体的结合强度高。 ②涂层致密，气孔率很低。 ③涂层表面加工后粗糙度低。 ④工件表面温度低。
激光喷涂
❖ 把高密度能量的激光束朝着接近于零件的基 体表面的方向直射，基体同时被一个辅助的 激光加热器加热，这时，细微的粉末以倾斜 的角度被吹送到激光束中。熔化粘结到基体 表面，形成了一层薄的表面涂层，与基体之 间形成良好的结合（喷涂环境可选择大气气 氛或惰性气体气氛，或真空下进行）。
热喷涂材料
粉末火焰喷涂
❖ 粉末火焰喷涂法：它与丝材火焰喷涂的不同之处是 喷涂材料不是丝材而是粉末。
❖ 优点：火焰喷涂可喷涂金属，陶瓷，塑料等材料， 应用非常灵活，喷涂设备轻便简单，可移动，价格 低于其他喷涂设备，经济型好，是目前喷涂技术中 使用较广泛的一种方法。
❖ 缺点：喷出的颗粒速度较小，火焰温度较低,涂层的 粘结强度及涂层本身的综合强度都比较低,且比其他 方法得到的气孔率都 大。
热喷涂喷焊与堆焊PPT课件
热喷涂喷焊与堆焊
4 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。
热喷涂喷焊与堆焊
在涂层粉末熔化过程中，将材料参数及有关变量，如 热导率、熔化温度等，统一纳入到加热条件及气流动力学 方程中，可得到以下不等式。
• 残余应力： 致密涂层 > 疏松涂层 • 涂层应力大小可通过调整工艺参数而部分控制，
但更有效的方法是采用梯度过渡层缓和涂层应力
热喷涂喷焊与堆焊
减少涂层残余应力措施： （1） 减小涂层厚度； （2） 调整喷涂工艺参数； （3）采用较疏松涂层； （4） 采用梯度过渡层缓和涂层内应力
热喷涂喷焊与堆焊
8 涂层的结合强度
缺点：孔隙将降低涂层的硬度、耐磨性和耐蚀性。优点： 但孔隙可以储存润滑剂，提高涂层的隔热性能，减小内应力 并因此增加涂层厚度，提高涂层抗热震性能，提高涂层的可 磨耗性能。
热喷涂喷焊与堆焊
6 热喷涂中的相变
相对基体来说，熔滴尺寸非常小，冷却速 度可达10∧6 K/s,冷却后会形成非晶态或亚稳相， 完全不同于同样材料在轧制态或铸态的组织结 构。
热喷涂喷焊与堆焊
➢ 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％。
热喷涂喷焊与堆焊
涂层内有一定比例的孔隙，产生原因是： (1) 未熔化颗粒的低冲击功能； （1） 喷涂角度不同造成的遮蔽效应； （2） 凝固收缩和应力释放效应
4 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。
热喷涂喷焊与堆焊
在涂层粉末熔化过程中，将材料参数及有关变量，如 热导率、熔化温度等，统一纳入到加热条件及气流动力学 方程中，可得到以下不等式。
• 残余应力： 致密涂层 > 疏松涂层 • 涂层应力大小可通过调整工艺参数而部分控制，
但更有效的方法是采用梯度过渡层缓和涂层应力
热喷涂喷焊与堆焊
减少涂层残余应力措施： （1） 减小涂层厚度； （2） 调整喷涂工艺参数； （3）采用较疏松涂层； （4） 采用梯度过渡层缓和涂层内应力
热喷涂喷焊与堆焊
8 涂层的结合强度
缺点：孔隙将降低涂层的硬度、耐磨性和耐蚀性。优点： 但孔隙可以储存润滑剂，提高涂层的隔热性能，减小内应力 并因此增加涂层厚度，提高涂层抗热震性能，提高涂层的可 磨耗性能。
热喷涂喷焊与堆焊
6 热喷涂中的相变
相对基体来说，熔滴尺寸非常小，冷却速 度可达10∧6 K/s,冷却后会形成非晶态或亚稳相， 完全不同于同样材料在轧制态或铸态的组织结 构。
热喷涂喷焊与堆焊
➢ 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％。
热喷涂喷焊与堆焊
涂层内有一定比例的孔隙，产生原因是： (1) 未熔化颗粒的低冲击功能； （1） 喷涂角度不同造成的遮蔽效应； （2） 凝固收缩和应力释放效应
《纳米热喷涂》PPT课件
数吨/年热喷涂粉末材料的生产能力
高新技术 – 研究与开发100大奖 (R&D 100 AWARD) 海军DUST 项目年度奖 海军证书– 军队–标准–1687a 2002 CQIA 创新奖
现有热喷涂国际市场份额
欧洲
中国 $100 M
$700 M
$800 M
纳米结构涂层
弯曲实验：超强粘合力，强度和抗破碎能力
1 inch
纳米膜层在冲杯实验中没有裂纹
抗磨损能力的显著改善
0.03
纳米涂层
0.02
0.01
传统涂层
0
纳米涂层提高耐磨损能力
传统涂层
C普o通ati涂ng层开裂，剥落 Al2O3/TiO2 Na纳no米co涂ati层ng
1 inch
纳米涂层没有开裂
不同Al2O3/TiO2 涂层的磨损表面比较
2) InfralloyTM S7400 系列 (碳化钨/钴)
隔热涂层材料
3) NanoxTM S4000 系列 (氧化钇稳定氧化锆) 液体溶液 & 粉末材料
固体润滑涂层材料
4a) LuboxTM S2600S 系列 (氧化铝--氧化钛--氧化铁/硫化铁) 4b) TsunamiTM S2600.40S 系列 (氧化铝--氧化钛--氧化铁/硫化铁) 4c) 硫化铁
基材
延展性附着
堆积式
结构
基材
基材
◊ 传统 WC/Co 仅限于表面区融化 低质量的涂层
◊ 特级 WC/Co 全体积内的融化
高质量的涂层
粘接式
结构
特制WC/Co和传统WC/Co涂层的 显微硬度与断裂强度比较
显 微 硬 度, HV60
3000 2500 2000 1500 1000
高新技术 – 研究与开发100大奖 (R&D 100 AWARD) 海军DUST 项目年度奖 海军证书– 军队–标准–1687a 2002 CQIA 创新奖
现有热喷涂国际市场份额
欧洲
中国 $100 M
$700 M
$800 M
纳米结构涂层
弯曲实验：超强粘合力，强度和抗破碎能力
1 inch
纳米膜层在冲杯实验中没有裂纹
抗磨损能力的显著改善
0.03
纳米涂层
0.02
0.01
传统涂层
0
纳米涂层提高耐磨损能力
传统涂层
C普o通ati涂ng层开裂，剥落 Al2O3/TiO2 Na纳no米co涂ati层ng
1 inch
纳米涂层没有开裂
不同Al2O3/TiO2 涂层的磨损表面比较
2) InfralloyTM S7400 系列 (碳化钨/钴)
隔热涂层材料
3) NanoxTM S4000 系列 (氧化钇稳定氧化锆) 液体溶液 & 粉末材料
固体润滑涂层材料
4a) LuboxTM S2600S 系列 (氧化铝--氧化钛--氧化铁/硫化铁) 4b) TsunamiTM S2600.40S 系列 (氧化铝--氧化钛--氧化铁/硫化铁) 4c) 硫化铁
基材
延展性附着
堆积式
结构
基材
基材
◊ 传统 WC/Co 仅限于表面区融化 低质量的涂层
◊ 特级 WC/Co 全体积内的融化
高质量的涂层
粘接式
结构
特制WC/Co和传统WC/Co涂层的 显微硬度与断裂强度比较
显 微 硬 度, HV60
3000 2500 2000 1500 1000
热喷涂技术PPT课件
5.1 概述
热喷涂技术以其方法的多样性、涂层 种类的广泛性和良好的经济性在机械 制造和设备维修中有广阔的应用前景。
第1页/共51页
• 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
热喷涂 度表 喷面 射加 到工 经技
过预处理 术。
的零件表
面，
从而形成涂层的
7）喷涂后处理 1） 机械加工：调整尺寸。 2） 封空：封闭涂层的空隙，提高表面性能。有时不需要封空。
第20页/共51页
5.5 电弧喷涂技术
电弧喷涂技术由于其设备、材料的发展与更新。使它成为目前 热喷涂技术中最受重视的技术之一。
原理
电弧喷涂是以电弧为热源，将金属丝熔化并用气流雾化，使熔 融粒子高速喷到工件表面形成涂层的一种工艺。图4－4是电弧喷涂 原理示意图。
其他金属及合金 铜基合金 铁及合金 钴基合金 锌基合金 镍基合金
按种类
金属陶瓷
金属+石墨原子 合金+玻璃 合金+硼化物 合金+氮化物 合金+碳化物
热
喷
涂
材
料
的
分
类
27
By Jing Liang
陶瓷
塑料及有机物 School of Materia其ls and 他Metallurgy
第27页/共51页
（2）熔化的喷涂材料被雾化：现材端部熔化形成的熔滴在外加压缩 气流或热源自身射流的作用下脱离线材并成微小熔滴向前喷射，粉末 一般不存在熔粒破碎和雾化的过程，而是被气流成热源射流推着向前 喷射 。
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（3）熔融或软化的微细颗粒的喷射飞行：在飞行过程中，颗粒 首先被加速形成粒子流，随着飞行距离增加，粒子运动速度逐渐 减小。
热喷涂技术以其方法的多样性、涂层 种类的广泛性和良好的经济性在机械 制造和设备维修中有广阔的应用前景。
第1页/共51页
• 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
热喷涂 度表 喷面 射加 到工 经技
过预处理 术。
的零件表
面，
从而形成涂层的
7）喷涂后处理 1） 机械加工：调整尺寸。 2） 封空：封闭涂层的空隙，提高表面性能。有时不需要封空。
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5.5 电弧喷涂技术
电弧喷涂技术由于其设备、材料的发展与更新。使它成为目前 热喷涂技术中最受重视的技术之一。
原理
电弧喷涂是以电弧为热源，将金属丝熔化并用气流雾化，使熔 融粒子高速喷到工件表面形成涂层的一种工艺。图4－4是电弧喷涂 原理示意图。
其他金属及合金 铜基合金 铁及合金 钴基合金 锌基合金 镍基合金
按种类
金属陶瓷
金属+石墨原子 合金+玻璃 合金+硼化物 合金+氮化物 合金+碳化物
热
喷
涂
材
料
的
分
类
27
By Jing Liang
陶瓷
塑料及有机物 School of Materia其ls and 他Metallurgy
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（2）熔化的喷涂材料被雾化：现材端部熔化形成的熔滴在外加压缩 气流或热源自身射流的作用下脱离线材并成微小熔滴向前喷射，粉末 一般不存在熔粒破碎和雾化的过程，而是被气流成热源射流推着向前 喷射 。
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（3）熔融或软化的微细颗粒的喷射飞行：在飞行过程中，颗粒 首先被加速形成粒子流，随着飞行距离增加，粒子运动速度逐渐 减小。
11.热喷涂涂层PPT课件
从形式上看，热喷涂复合材料分为复合丝材和复 合粉末材料。
17
.
热喷涂无机涂层形成过程
无机涂层形成的大致过程是： 无机涂层材料经加热熔化和加速→撞击
基体→冷却凝固→形成无机涂层。 其中无机涂层材料的加热、加速和凝固
过程是三个最主要的方面。
18
.
பைடு நூலகம்
热喷涂无机涂层
无机涂层材料的熔化非常关键，一般希望所有无机涂层 材料都完全熔化并一直保持到撞击基体表面之前，并且 不末发的生熔挥化发过，程一 。些简S单(V的)2 模L126DP型2 可以描述热气流中固体粉
无机涂层材料的喷涂速度主要由焰流速度决定，同时也与 材料的粒度有关。喷涂材料在飞行速度最大时撞击基体的 颗粒动能与冲击变形最大，形成的无机涂层结合较好。因
此，调整喷嘴与工件的距离到最佳位置非常重要。
熔滴撞击基材后扩展成薄膜，撞击时的高速度有助于熔滴 的扩展，但会因为表面张力或凝固过程而停止扩展，并凝
对于铸铁件、多孔件和具有窄缝的工件内的油污，可采 用炉内加热或用火焰加热的方法，让油污流出燃烧。加 热温度为300~350℃，温度不宜过高，否则会使工件组织 发生变化或使工件变形。
将材料参数及有关变量，如热导率、熔化温度等，统一 纳入到加热条件及气流动力学方程中，可以得到不等式：
式中，S为粉末在焰流中的运动距离；λ为平均边界层的 热导率；ΔT为平均边界层的温度梯度；V为平均焰流速 度；μ为平均焰流粘度；L为粉末材料的熔化潜热；D为 粉末的平均直径；P为粉末密度。
19
.
热喷涂工艺
熔化的喷涂材料被雾化：线材端部熔化形成的熔滴在外加压缩气 流或热源自身射流作用下脱离线材，并雾化成微细熔滴向前喷射：
粉末一般不存在熔粒被进一步破碎和雾化的过程，而是被气流或
17
.
热喷涂无机涂层形成过程
无机涂层形成的大致过程是： 无机涂层材料经加热熔化和加速→撞击
基体→冷却凝固→形成无机涂层。 其中无机涂层材料的加热、加速和凝固
过程是三个最主要的方面。
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பைடு நூலகம்
热喷涂无机涂层
无机涂层材料的熔化非常关键，一般希望所有无机涂层 材料都完全熔化并一直保持到撞击基体表面之前，并且 不末发的生熔挥化发过，程一 。些简S单(V的)2 模L126DP型2 可以描述热气流中固体粉
无机涂层材料的喷涂速度主要由焰流速度决定，同时也与 材料的粒度有关。喷涂材料在飞行速度最大时撞击基体的 颗粒动能与冲击变形最大，形成的无机涂层结合较好。因
此，调整喷嘴与工件的距离到最佳位置非常重要。
熔滴撞击基材后扩展成薄膜，撞击时的高速度有助于熔滴 的扩展，但会因为表面张力或凝固过程而停止扩展，并凝
对于铸铁件、多孔件和具有窄缝的工件内的油污，可采 用炉内加热或用火焰加热的方法，让油污流出燃烧。加 热温度为300~350℃，温度不宜过高，否则会使工件组织 发生变化或使工件变形。
将材料参数及有关变量，如热导率、熔化温度等，统一 纳入到加热条件及气流动力学方程中，可以得到不等式：
式中，S为粉末在焰流中的运动距离；λ为平均边界层的 热导率；ΔT为平均边界层的温度梯度；V为平均焰流速 度；μ为平均焰流粘度；L为粉末材料的熔化潜热；D为 粉末的平均直径；P为粉末密度。
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热喷涂工艺
熔化的喷涂材料被雾化：线材端部熔化形成的熔滴在外加压缩气 流或热源自身射流作用下脱离线材，并雾化成微细熔滴向前喷射：
粉末一般不存在熔粒被进一步破碎和雾化的过程，而是被气流或
推荐-精品课件金属粉末喷涂和喷焊热喷涂技术 精品
3. 一般不受施工场所的限制，既可以在室内喷涂，又可 以现场施工。
4. 一般不受工件尺寸及形状限制，既可对大型构件进行 大面积喷涂，也可以对工件进行局部喷涂。
5. 涂层厚度可以在几十微米到几毫米范围内控制，因此
可作薄涂层或厚涂层使用。
7
6. 除喷熔外，热喷涂工艺对基体材料热影响较小，并且可以进行控 制，它不会影响基体金属的金相组织和机械性能。
激光热源：激光喷涂、激光喷熔
6
4 热喷涂特点（Characteristics of Thermal Spray）
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。
4
二、涂层的结合机理 （Bonding Mechanisms of Coatings）
涂层的结合包括涂层与基体表面的结合及涂层中粒子与粒子的结合。 前者的结合强度称为结合力；后者的结合强度称为内聚力。
1. 机械结合 熔融状态的喷涂粒子在与基本表面碰撞时，其变形粒子与基体表面的 凹凸粗糙面机械地咬合，这种结合被 称为“抛锚效应”，例如等离子或氧乙 炔喷涂陶瓷材料时，涂层和基体的结合就属于机械结合。 2. 物理结合 涂层与基体表面的粘附是由范德瓦耳斯力所引起的。 3. 化学或显微冶金结合 当基体表面被高温微粒熔化和与它们发生反应而形成金属间化合物时，其涂层和 基体表面的结合称为化学结合。当喷涂粒子与基体表面原子形成互相扩散时，就称为 显微冶金结合。 一般来说，涂层与基体表面的结合以机械结合为主。
17
3 等离子弧喷涂 （Plasma Spraying）
1. 基本原理: 等离子喷涂原理:在阴极和阳极（喷咀）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咀喷出形成等离子焰。 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。
热喷涂技术原理及应用课件PPT
2. 孔隙度 粉末的球化程度越高和粉末的颗粒大小
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。
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。
热喷涂技术及其发展历程与应用课件
热喷涂
热喷涂: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。
热喷涂技术发展历史
热喷涂技术最早于1910年由瑞士肖普博士发明，当时命名：“金属喷镀” 1943年美METCO首次出版《金属喷镀》手册 1959年美METCO第七次出版改名《火焰喷涂》手册 1973年9月10-14日在伦敦召开第七届有关国际热喷涂会议，改名“金
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、陶瓷类高烙点复合材料。
爆炸喷涂
将粉末注入喷枪，同时引入氧—乙炔混合气，点燃 引爆气体产生3300℃高温， 粉末被加热并以2倍音速以 上速度喷射到工件表面，形成～20mm直径，～8μm厚 的高结合强度和高致密度的涂层。整个涂层由小圆形薄 片重叠而成。
属喷涂” 1979年9月27-10月1日在美Florida州一著名休养地Miami城召开第八届
国际热喷涂会议，就采用“热喷涂”这一名词，这就是“热喷涂”名词 的由来。
热喷涂技术发展历史
1910年： 线材火焰喷涂技术； 20年代： 电弧丝喷涂技术； 50年代：爆炸喷涂和等离子喷涂技术； 60年代： 自熔性合金粉末火焰、等离子喷涂和喷焊技术； 80年代： 超音速火焰喷涂技术； 90年代： 激光熔覆技术。
热喷涂技术原理
热喷涂是利用热源将喷涂材料加热到熔化或半熔 化状态，借助于焰流或外加的推力将熔滴雾化或推动 熔粒成喷射的粒束，以一定速度喷射到经过制备的基 体表面形成某种功能的涂层。
热喷涂: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。
热喷涂技术发展历史
热喷涂技术最早于1910年由瑞士肖普博士发明，当时命名：“金属喷镀” 1943年美METCO首次出版《金属喷镀》手册 1959年美METCO第七次出版改名《火焰喷涂》手册 1973年9月10-14日在伦敦召开第七届有关国际热喷涂会议，改名“金
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、陶瓷类高烙点复合材料。
爆炸喷涂
将粉末注入喷枪，同时引入氧—乙炔混合气，点燃 引爆气体产生3300℃高温， 粉末被加热并以2倍音速以 上速度喷射到工件表面，形成～20mm直径，～8μm厚 的高结合强度和高致密度的涂层。整个涂层由小圆形薄 片重叠而成。
属喷涂” 1979年9月27-10月1日在美Florida州一著名休养地Miami城召开第八届
国际热喷涂会议，就采用“热喷涂”这一名词，这就是“热喷涂”名词 的由来。
热喷涂技术发展历史
1910年： 线材火焰喷涂技术； 20年代： 电弧丝喷涂技术； 50年代：爆炸喷涂和等离子喷涂技术； 60年代： 自熔性合金粉末火焰、等离子喷涂和喷焊技术； 80年代： 超音速火焰喷涂技术； 90年代： 激光熔覆技术。
热喷涂技术原理
热喷涂是利用热源将喷涂材料加热到熔化或半熔 化状态，借助于焰流或外加的推力将熔滴雾化或推动 熔粒成喷射的粒束，以一定速度喷射到经过制备的基 体表面形成某种功能的涂层。
热喷涂、喷焊与堆焊技术PPT演示文稿
涂层材料必须满足设计特性；
被喷涂的材料必须满足对热喷涂涂层使用 功能特性的基本要求，如耐磨、耐蚀、耐 高温、抗氧化、可磨耗密封、自润滑、热 辐射、导电、绝缘及超导等。
2 涂层材料具有良好的物理性能；
与基体或结合底层有良好的性能匹配。 27
3 涂层材料具有良好的稳定性；
17
火焰粉末喷涂设备
④ 爆炸喷涂
这是一种将燃气和助燃 气按一定比例进行混合 后，送入燃爆室内点燃 爆炸，产生的高温、高 速气流将粉末喷射到工 作表面形成涂层的方法
19
⑤ 高速火焰喷涂
该方法将燃烧火 焰约束在枪体内 部，火焰温度高， 对粒子加热时间 长，焰流速可达 1050 m/s。因此 涂层甚至比等离 子喷涂层更细密， 氧化物含量更低， 涂层结合强度约 为70 Mpa。噪 音大。
原因
1）喷焊材料需能够润湿基材；
2）必须与基材相容，即它们在液相和固 相下必须有一定的溶解度；
3）基材的熔点应高于喷焊材料的熔点， 否则易导致基材塌陷或损坏；
4）喷焊材料在凝固结晶过程中应不会产 生热裂纹，或使基材热影响区产生裂纹。
因此，热喷焊工艺只能适合于一些特定的金属材料（包
括基材和粉末）
35
C) 热喷焊工艺中基材的变形比热喷涂大得多；
３. 涂层材料
•热喷涂材料最好有较宽的液相区；
较宽的液相区可以使熔滴在较长时间内保持液相。
•对喷涂材料的形状与尺寸也有要求；
一般是线材或粉末材料。线材的规格一般在 φ1~3mm，而粉末1~100μm之间。
7
4. 涂层形成过程
涂层材料经加热熔化和加速→撞击基体→冷却 凝固→形成涂层。
其中涂层材料的加热、加速和凝固 过程是三个最主要的方面。
被喷涂的材料必须满足对热喷涂涂层使用 功能特性的基本要求，如耐磨、耐蚀、耐 高温、抗氧化、可磨耗密封、自润滑、热 辐射、导电、绝缘及超导等。
2 涂层材料具有良好的物理性能；
与基体或结合底层有良好的性能匹配。 27
3 涂层材料具有良好的稳定性；
17
火焰粉末喷涂设备
④ 爆炸喷涂
这是一种将燃气和助燃 气按一定比例进行混合 后，送入燃爆室内点燃 爆炸，产生的高温、高 速气流将粉末喷射到工 作表面形成涂层的方法
19
⑤ 高速火焰喷涂
该方法将燃烧火 焰约束在枪体内 部，火焰温度高， 对粒子加热时间 长，焰流速可达 1050 m/s。因此 涂层甚至比等离 子喷涂层更细密， 氧化物含量更低， 涂层结合强度约 为70 Mpa。噪 音大。
原因
1）喷焊材料需能够润湿基材；
2）必须与基材相容，即它们在液相和固 相下必须有一定的溶解度；
3）基材的熔点应高于喷焊材料的熔点， 否则易导致基材塌陷或损坏；
4）喷焊材料在凝固结晶过程中应不会产 生热裂纹，或使基材热影响区产生裂纹。
因此，热喷焊工艺只能适合于一些特定的金属材料（包
括基材和粉末）
35
C) 热喷焊工艺中基材的变形比热喷涂大得多；
３. 涂层材料
•热喷涂材料最好有较宽的液相区；
较宽的液相区可以使熔滴在较长时间内保持液相。
•对喷涂材料的形状与尺寸也有要求；
一般是线材或粉末材料。线材的规格一般在 φ1~3mm，而粉末1~100μm之间。
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4. 涂层形成过程
涂层材料经加热熔化和加速→撞击基体→冷却 凝固→形成涂层。
其中涂层材料的加热、加速和凝固 过程是三个最主要的方面。
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热喷涂技术
4、热喷涂技术特点
热喷涂技术在应用上已由制备装饰性涂层发展为
制备各种功能性涂层，如耐磨、抗蚀、抗氧化、
隔热、导电、绝缘、减摩、润滑、防辐射等涂层。
热喷涂既可用于修复，又可用于制造。由于涂层
材料的性能优于基体，用其对零件表面进行涂覆， 能使产品质量得到大幅度提高。
热喷涂技术
4、热喷涂技术特点
热喷涂技术
1、前言
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。
5、热喷涂材料涂层
3)物理-化学结合。物理-化学结合即指借 助于分子(原子)之间的范德华力将喷涂层 与基材结合在一起。化学结合是指涂层分 子与基材表面原子生成化学键而形成的结 合。例如在喷涂环氧树脂时，环氧树脂中 含有的羟基―(CH)－OH、醚键－(O)－和 环氧基被加热活化。当环氧树脂聚合物分 子与基材表面紧密接触时，这些极性基团 有利于与金属原子形成化学键并形成物理 吸附，从而获得一定的结合强度。
等离子喷涂设备总图
热喷涂技术
6、喷涂工艺流程
等离子喷涂的应用
轴类零件，钴碳化钨
辊套，氧化铝
氧化铝薄板上喷涂氧化锆
内孔专用等离子喷涂设备
热喷涂技术
6、喷涂工艺流程
等离子弧根据电源的不同接法可分为三类： (a) 非转移型等离子弧； (b) 转移型等离子弧；
(c) 联合型等离子弧。
非转移弧称为等离子焰流，转移型等离子弧称为 等离子弧。
热喷涂技术
3、热喷涂原理
热喷涂是采用各种热源使喷涂材料加热熔化或半 熔化，然后用高速气体使涂层材料分散细化并高 速撞击到基体表面形成涂层的工艺过程。 以一定形式的热源将粉状、丝状或棒状喷涂材料 加热至熔化或熔融状态的同时用喷射气流使其雾 化，喷射在经过预处理的零件表面上，形成喷涂 层。
热喷涂技术
召开第八届国际热喷涂会议,就采用“热喷涂”这一名词,这就是“热
喷涂”名词的由来。
热喷涂技术
2、热喷涂的历史
我国热喷涂技术是从五十年代开始的，当时由吴 剑春和张关宝在上海组建了国内第一个专业化喷 涂厂，研制氧乙炔焰丝喷及电喷装置，并对外开 展金属喷涂业务。我国热喷涂技术起步较早，50 年代就发展了丝材电弧喷涂；60年代某些军工部 门开始研究等离子喷涂；70年代出现了品种和型 号较为齐全的喷涂设备和材料，但总的来说进展 缓慢，只是到了近些年才获得了较快的发展。
优点：
(1)基材及涂层材料广泛。
(2)基体温度低。 (3)操作灵活。 (4)涂层厚度范围宽。
热喷涂技术
4、热喷涂技术特点
缺点：
(1)热效率低
(2)材料利用率低，浪费大 (3)涂层与基材结合强度低
热喷涂技术
5、热喷涂材料涂层
涂层材料的选择 首先，热喷涂材料最好有较宽的液相区，较宽 的液相区可以使涂层材料的熔滴在较长时间内 保持液相。 金属和氧化物陶瓷都适合于热喷涂，材料在热 喷涂温度下如果易于分解，则不适用于热喷涂。 如在喷涂有机高分子化合物时，为避免有机高 分子化合物分解，必须控制喷涂材料的加热时 间。
热喷涂技术
6、喷涂工艺流程
热喷涂工艺方法 1.火焰喷涂工艺：是线材火焰喷涂(Wire Flame Spray)和粉末火焰喷涂(Powder Flame Spray) 的总称。是最早的喷涂工艺。用乙炔、丙烷、 氢气或天然气等作燃料，以压缩空气、氧气或 惰性气体作动力，使熔融材料雾化并加速，喷 射到基体形成喷涂层。粉末、线材、棒材、带 材等都可以用火焰喷涂工艺进行喷涂。
热喷涂技术
6、喷涂工艺流程
热喷涂技术
6、喷涂工艺流程
(a)非转移型等离子弧：简称为非转移弧。是在
接负极的钨级与接正极的喷嘴之间形成的，工件
不带电。
等离子弧在喷嘴内部不延伸出来，但从喷嘴中喷
射出高速焰流。 非转移弧常用于喷涂、表面处理及焊接或切割较 薄的金属或非金属。
热喷涂技术
6、喷涂工艺流程
两根彼此绝缘并加有18～40V直流电压的线形 电极，由送丝机构向前输送，当两极靠近时， 在两线顶端产生电弧并使顶端熔化，同时吹入 的压缩空气是熔融的液滴雾化并形成喷涂束流， 沉积在工件表面。 电弧喷涂只能用于具有导电性能的金属线材， 当前主要用于喷涂锌铝防腐蚀涂层，不锈钢涂 层、高铬钢涂层，用于大型零件的修复和表面 强化。 电弧喷涂涂层比火焰喷涂涂层致密，结合强度 也比火焰喷涂高。
热喷涂技术
6、喷涂工艺流程
火焰喷涂的优势：设备投资少。操作简单，可
现场施工，无电力要求，沉积效率高。
火焰喷涂的缺点：涂层氧化物多，孔隙率高，
结合强度低。
热喷涂技术
6、喷涂工艺流程
2.电弧喷涂(Arc Spray)工艺： 电弧喷涂(Arc Spray)的原理如下图：
热喷涂技术
6、喷涂工艺流程
热喷涂技术
6、喷涂工艺流程
热喷涂的工艺流程包括： (1)表面预处理 (2)热喷涂
(3)后处理
(4)机加工等。
热喷涂技术
6、喷涂工艺流程
总结起来，四个因素影响热喷涂质量： 设备Machine 材料Materials 工艺Methods 人员Man，称为4M因素。
(c)联合型等离子弧：由转移弧和非转移弧联合
组成，简称为联合弧。主要用于电流在100A以
下的微弧等离子焊接，以提高电弧的稳定性。
在用金属粉末材料进行等离子堆焊时，联合型等
离子弧可以提高粉末的熔化速度而减少熔深和焊
接热影响区。
热喷涂技术
6、喷涂工艺流程
等离子弧的特点： 1)温度高、能量集中，可达15000～33000K，这一特点有很大的应用价 值，在喷涂、焊接和堆焊时，它可以熔化任何金属或金属陶瓷，可以获得很 高的生产率、减少工件变形和热影响区； 2)焰流速度高，进入喷枪中的工作气体被加热到上万摄氏度的高温，体积剧
热喷涂技术
6、喷涂工艺流程
3.等离子喷涂工艺(Nontransferred Plasma Arc Spray)： 等离子喷涂：以等离子焰流(非转移弧)或等离 子弧为热源，加热喷涂材料到熔融或高塑性状 态，并在高速焰流载引下，熔融材料高速撞击 工件表面形成涂层的工艺。
热喷涂技术
6、喷涂工艺流程
热喷涂
安全技术及工程
目 录
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前言
热喷涂技术发展历史
热喷涂技术原理
热喷涂技术特点 热喷涂涂层
6
热喷涂工艺流程
热喷涂技术
1、前言
热喷涂是一项修复和预保护技术，随着 现代科技的发展，对工业生产装备以及 机械零部件的使用性能要求也越来越高。 整体铸造或锻造比较昂贵的金属，如钛、 镍、钴、钨、锆等造价很高而且铸、锻 造以及焊接方法都有一定困难，于是在 普通材料的工作表面，喷涂一层特殊的 涂层，使其达到防腐、耐磨、减摩、抗 高温、抗氧化、隔热、绝缘、导电、防 微波辐射等一系列功能，使其达到节约 材料，节约能源的目的。
(b) 转移型等离子弧：简称为转移弧。是在接负
极的钨级与接正极的喷嘴之间形成的，引弧时要
先用喷嘴接电源正极，产生小功率的非转移弧， 而后工件转接正极将电弧引出去，同时将喷嘴断 电。 转移弧有良好的压缩性，电流密度和温度都高于 同样焊枪结构的非转移弧。转移弧主要用于切割 、焊接和堆焊。
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6、喷涂工艺流程
热喷涂技术
5、热喷涂材料涂层
2)机械嵌合。机械嵌合是指具有具有一定动能的 熔滴在碰撞到经过粗糙处理的基材表面后与表面 上的凸起和凹陷处形成的机械咬合。涂层的微粒 与表面、微粒与微粒之间靠相互嵌镶而连在一起。 在粗糙度较大的表面(如经过粗粒喷砂的表面或 有机制沟槽和螺纹的表面)上热喷涂时，机械嵌 合具有重要作用。实验证明，当在Ra=0.63μm 的表面上喷涂镍包铝时，结合强度为36～ 41MPa，如果表面经过喷砂粗糙化处理后，则 结合强度可达到45MPa。这在一定程度上反映 了机械嵌合的作用。表面越粗糙，机械嵌合的效 果越大。所以，在热喷涂工艺中，表面粗化已成 为必不可少的重要的预处理工序。 热喷涂技术
3、热喷涂原理
根据热源来分，热喷涂有四种基本方法：
A：火焰喷涂
B：电弧喷涂 C：等离子喷涂
D：特种喷涂。
热喷涂技术
3、热喷涂原理
火焰喷涂就是以气体火焰为热源的热喷涂。
火焰喷涂按火焰喷射速度又分为：
A：火焰喷涂 B：气体 (爆炸喷涂) C：超音速喷涂3种。
热喷涂技术
3、热喷涂原理
热喷涂技术
5、热喷涂材料涂层
涂层应力 涂层在冷却凝固时伴随着收缩，所以涂层颗粒 内部存在着张应力，而基体表面受压应力。涂 层内部的张应力大小与涂层厚度成正比，当涂 层厚度达到一定程度时，涂层内的张应力大于 涂层与基体的结合强度或涂层自身的结合强度 时，涂层就会产生破坏。
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5、热喷涂材料涂层
涂层结合强度 热喷涂层的种类很多。从成份上看，有纯金属、 合金、陶瓷、复合材料和高分子材料。从材料 的形态上看，有丝材、粉末等。由于这些材料 的范围很广，所以它们与基材的结合形式也差 别很大。
• 1)冶金结合。
• 2)机械嵌合。
• 3)物理-化学结合。 热喷涂技术
5、热喷涂材料涂层
1)冶金结合。这种冶金结合可以是涂层材 料与基材在界面形成共同晶粒(联生结晶)， 或者在界面只是晶粒相接触并存在晶粒界 限(不形成共同晶粒)，也可以相互间发生 反应生成金属间化合物。形成共同晶粒的 情况，可称为“晶内结合”，不形成共同 晶粒而只是相互接触的情况称为“晶间结 合”。一般来说，热喷涂工艺中的涂层材 料与基体的结合很少有“晶内结合”的作 用。