第二章 热喷涂技术讲解
热喷涂技术概述
热喷涂技术概述1、热喷涂技术概述众所周知，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。
随着尖端科学和现代工业的发展，各工业部门越来越多地要求机械设备能在高参数(高温、高压、高速度和高度自动化)和恶劣的工况条件(如严重的磨损和腐蚀)下长期稳定的运行。
因此，对材料的性能也提出更高要求。
采用高性能的高级材料制造整体设备及零件以获得表面防护和强化的效果，显然是不经济的，有时甚至是不可能的。
所以，研究和发展材料的表面处理技术就具有重大的技术和经济意义。
而表面处理技术也在这种需求的推动下获得了飞速的发展和提高。
热喷涂技术就是这种表面防护和强化的技术之一，是表面工程中一门重要的学科。
所谓热喷涂，就是利用某种热源，如电弧、等离子弧、燃烧火焰等将粉末状或丝状的金属和非金属涂层材料加热到熔融或半熔融状态，然后借助焰流本身的动力或外加的高速气流雾化并以一定的速度喷射到经过预处理的基体材料表面，与基体材料结合而形成具有各种功能的表面覆盖涂层的一种技术。
一、热喷涂技术的分类根据热源的种类热喷涂技术主要分类为：二、热喷涂设备虽然因热喷涂的方法不同其设备也各有差异，但依据热喷涂技术的原理，其设备都主要由喷枪、热源、涂层材料供给装置以及控制系统和冷却系统组成。
三、热喷涂工艺热喷工艺过程如下：工件表面预处理→工件预热→喷涂→涂层后处理1。
表面预处理为了使涂层与基体材料很好地结合，基材表面必须清洁及粗糙，净化和粗化表面的方法很多，方法的选择要根据涂层的设计要求及基材的材质、形状、厚薄、表面原始状况以及施工条件等因素而定。
热喷涂(2)
56
Ni及Ni合金 纯Ni及Ni-Cr、Ni-30%Cu(蒙乃尔合金)，
耐蚀、耐磨、耐高温氧化
Sn及Sn合金 轴承轴瓦等滑动部件的耐磨涂层
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涂层残余应力
✓ 涂层的外层受拉应力—后冷、收缩受阻 ✓ 基体、涂层的内层则产生压应力 ✓ 由喷涂热条件及物理性质的差异造成，影响涂
层质量，限制涂层的厚度 ✓ 预热或粗化表面能消除和减少
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热喷涂预处理
喷涂工艺中一个重要工序： 清洗、脱脂：
碱洗法、溶剂洗涤法、蒸气清洗法、加热 去除氧化膜、表面粗糙化：
7
⑤工效高、操作程序少、速度快 每小时几公斤~几十公斤
⑥涂层厚度可调范围大 几十微米~几毫米
⑦可得到特殊的表面性能 耐磨、抗氧化、耐热、导电、绝缘
⑧成本低、经济效益显著
缺点： ①结合强度低；②材料利用率低；③热效率低； ④均匀性差；⑤孔隙率高。
8
4、涂层材料的要求
（1）较宽的液相区； （2）形状、尺寸有要求，线材、粉末。
1. 涂层的成分
喷涂材料的成分 氧化烧涂损层的成分
与粒子和喷涂气氛之间的化学反应有关
例：
电弧喷涂，因温度高、气氛为空气而氧化烧损严重
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2．涂层的结构
➢ 涂层是变形粒子的层状组织结构 ➢ 涂层的性能具有方向性 ➢ 组成：扁平颗粒、氧化物夹杂、不完全熔融粒子、孔洞 ➢ 涂层经适当处理后，结构会发生变化。
线材
熔化或熔融→熔点
粉末 熔融 表→内热传导 90%熔融
复合材料粉末，可能大于熔点
例：Ni包Al放热反应
3. 粒子的尺寸
有一最佳临界尺寸
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4. 粒子的表面反应
金属表面热喷涂技术
金属表面热喷涂技术第一章绪论第一节热喷涂的基本概念和发展过程第二节热喷涂技术的特点第三节热喷涂技术在国内外的应用一、热喷涂技术在制备各种功能涂层方面的应用二、热喷涂技术在再制造工程方面的应用三、热喷涂技术在机械零件和模具喷涂成型方面的应用第四节热喷涂技术的发展趋势第二章金属表面热喷涂的基本原理和工艺流程第一节热喷涂涂层的形成和涂层微观结构一、热喷涂涂层形成原理二、热喷涂涂层的微观结构第二节热喷涂涂层的结合机理第三节热喷涂涂层的孔隙和残余应力一、涂层中的气孔和孔隙二、涂层中的残余应力第四节热喷涂的一般工艺流程第三章各种热喷涂涂层的功能特性和涂层设计第一节各类热喷涂层的功能特性和材料选择一、耐磨涂层二、耐腐蚀涂层三、耐热与抗高温氧化涂层四、热障涂层五、导电和电绝缘涂层六、间隙控制涂层七、尺寸恢复涂层八、其他特殊功能涂层第二节热喷涂涂层的设计和工艺选择一、热喷涂涂层设计的主要内容和基本步骤二、热喷涂涂层设计的命名和表示方法三、有关涂层设计方法的几个具体问题第四章热喷涂材料第一节热喷涂工艺对喷涂材料的要求第二节热喷涂材料的分类和制备方法一、热喷涂材料的分类二、热喷涂材料的制备方法第三节热喷涂丝材和棒材一、铁基合金丝二、非铁金属和合金丝三、复合丝四、陶瓷棒第四节热喷涂粉末一、纯金属、合金和复合材料粉末二、自熔性合金粉末三、陶瓷和金属陶瓷粉末四、有机材料粉末五、复合粉末六、纳米粉末第五章热喷涂基体的表面预处理第一节表面预加工第二节表面净化处理一、除油处理二、除锈处理第三节表面粗化处理一、喷砂二、机加工粗化三、电火花拉毛粗化第四节黏结底层的制备第五节特殊材质工件的表面预处理第六节非喷涂表面的遮蔽保护一、胶带保护二、涂料保护三、机械保护四、其他保护方法第六章火焰喷涂第七章电弧喷涂第八章等离子喷涂第九章爆炸喷涂和反应喷涂第十章其他喷涂技术及新工艺第十一章热喷涂层的后续处理和加工第十二章热喷涂层生产的质量控制和性能检测第十三章热喷涂的生产安全和环境保护。
热喷涂技术讲义
缺点：燃料消耗大，喷涂效率比爆炸Байду номын сангаас涂高，但成本仍然比较高。
现代热喷涂枪
从上至下： 超音速火焰喷枪，
等离子喷枪， 火焰喷枪， 电弧喷枪
第二节 典型热喷涂简介
常用热喷涂的工艺分类
热喷涂工艺
燃烧法
电加热法
火焰喷涂 爆炸喷涂
电弧喷涂 等离子喷涂
线材火焰喷涂 粉末火焰喷涂 超音速火焰喷涂 大气等离子喷涂 低压等离子喷涂 感应等离子喷涂 水稳等离子喷涂
2.1 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。燃烧气体还可以用丙 烷、氢气或天然气等。
垂直喷射—事实上不可能
二、影响热喷涂涂层质量的主要因素
1. 喷涂工艺的影响 ①工艺方法：
火焰
等离子
电弧
爆炸
超音速
T ~3000℃ ~16000 ℃ 7400 ℃
5000 ℃ 2900 ℃
v 50-200m/s 350m/s
200m/s
720m/s
986m/s
②粉体在加热介质中的运行时间t----t↑，T↑
涂层的形成
二、涂层与基体间的结合强度
1 机械结合： 高速粒子—撞击—粒子微变形—咬合
可见，表面粗化有利于结合强度提高。
2 金属键结合： 当颗粒与基体表面达到原子间距时，会产生金 属键结合。----理论上的确存在，实际上作用极小
热喷涂技术简介
电爆喷涂,感应加热喷涂,电容放电喷涂
火焰喷涂的介绍
火焰喷涂的定义 把金属线或粉末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。
火焰喷涂的分类 线材火焰喷涂,粉末火焰喷涂。
丝材火焰喷涂装置
丝材火焰喷吐的装置示意图
丝材火焰喷涂原理
丝材火焰喷涂的原理示意图
丝材火焰喷涂装置
粉末火焰喷吐的装置示意图
粉末火焰喷涂原理
粉末火焰喷涂原理示意图
爆炸喷涂的介绍
爆炸喷涂的定义 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。
爆炸喷涂的原理
爆炸喷涂原理示意图
热喷涂的优点
1 设备轻便，可现场施工
喷涂 技术 的优
点2Biblioteka 工艺灵活,适应性强,操作程序少,修复快捷 3 涂层厚度可以控制 4 对基材加热温度较低,工件变形小,合金组织性能变化小
5 适用各种基体材料的零部件
热喷涂的分类
火焰类
火焰喷涂,爆炸喷涂,超音速喷涂
激光类
激光喷涂
热源种类
电热法
电弧类
电弧喷涂,等离子喷涂
②粉粒运动速度高。 ③粉粒尺寸小、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。 ⑤涂层表面粗糙度 低。 ⑥喷涂距离可在较大范围内变动，而不影响喷涂质量。 ⑦可得到比爆炸喷涂更厚的涂层，残余应力也得到改善。 ⑧喷涂效率高，操作方便。 ⑨噪音大（大于120dB），需有隔音和防护装置。
谢谢
超音速喷涂的特点 喷涂机喷嘴出口处产生的焰流速度一般为音速的4倍，约 1520m/s，最高可高达2400m/s,粉末撞击到工件表面的速 度估计为550-760m/s，与爆炸喷涂相当。
热喷涂技术的原理及应用实验报告
热喷涂技术的原理及应用实验报告一、引言热喷涂技术是一种常用的表面涂覆技术，通过高速喷射热能将粉末或线状材料熔化，并在基材表面形成涂层。
本文将介绍热喷涂技术的原理以及在实验中的应用情况。
二、热喷涂技术的原理热喷涂技术基于热能喷射原理，通过将热能引入喷枪中，使喷口处的涂层材料达到熔化状态，然后以高速喷射到基材表面。
热喷涂技术主要包括燃烧喷涂和等离子喷涂两种方式。
2.1 燃烧喷涂原理燃烧喷涂是利用火焰的高温将涂层材料加热至熔化状态的技术。
其原理可以分为两个步骤：1.燃烧产生高温火焰：在喷涂枪中，燃烧剂和氧气混合燃烧产生高温火焰。
这种高温火焰可以使涂层材料达到熔化状态。
2.喷涂涂层：熔化状态的涂层材料通过高速喷射到基材表面，形成一层均匀的涂层。
涂层在快速冷却后变得致密，并具有良好的附着力。
2.2 等离子喷涂原理等离子喷涂是利用电弧放电将涂层材料加热至熔化状态的技术。
其原理可以分为三个步骤：1.弧电离气体：在喷涂枪中，高压电源产生电弧，将气体电离，形成等离子体。
等离子体产生的高温可以使涂层材料达到熔化状态。
2.喷涂涂层：熔化状态的涂层材料通过高速喷射到基材表面，形成一层均匀的涂层。
等离子体的高温状态有利于涂层材料的熔化和喷射。
3.冷却和固化：涂层在快速冷却后变得致密，并具有良好的附着力。
三、热喷涂技术的应用实验3.1 实验目的本实验旨在研究热喷涂技术在材料表面涂覆方面的应用情况，并对涂层性能进行评估。
3.2 实验材料和设备实验材料：使用钴基和铝基合金粉末作为涂层材料。
基材使用不锈钢板。
实验设备：燃烧喷涂设备和等离子喷涂设备。
3.3 实验步骤1.准备基材：将不锈钢板进行表面处理，保证其干净无杂质。
2.准备涂层材料：将钴基和铝基合金粉末进行筛选和混合。
3.燃烧喷涂实验：将喷涂枪调整到适当位置，控制喷涂距离和喷涂速度，进行燃烧喷涂实验。
4.等离子喷涂实验：将喷涂枪调整到适当位置，控制喷涂距离和喷涂速度，进行等离子喷涂实验。
3118表面工程技术热喷涂技术()
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2.1 热喷涂简介
➢ 热喷涂是将熔融状态的喷涂材料，通过高速气流 雾化并喷射在工件外表上，形成喷涂层的一种外 表加工方法。
➢ 热喷涂技术是外表工程学的重要组成局部。是一 种材料外表强化和外表改性的新技术，它可以使 基体外表具有耐磨、耐蚀、耐高温氧化、电绝缘、 隔热、防辐射、减磨、密封等性能。原那么上讲 可在任何固体物质上喷涂。可喷涂的材料有金属、 合金、塑料、陶瓷、金属陶瓷以及它们的复合物 等等。
➢外表预处理包括外表净化，除去金属外表的 油脂、其他污物、锈、氧化皮、旧涂层、焊 接熔粒，以及对外表的粗化处理。
➢喷砂、车螺纹、滚花和电拉毛。
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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〕 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 层较好的刀具有以下3类：〔1〕添加碳化钽、碳 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〕。
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➢常用的自黏性粉末有Ni-Al和NiCr-Al复合粉 末，其次Al与Co、Cr、Mo、Nb、Ta、W以及Si 与Co、Cr、Mo、Nb、Ta、W、Ti等之中的一种 或几种金属制成的复合粉末也具有自粘结效 应。
➢自粘结材料除自身用来制备工作涂层外，常 用作结合强度较低的工作涂层与基体之间的 结合涂层，保证工作涂层在使用过程中防止 剥离。特别是对于氧化物陶瓷涂层，一般在 制备喷涂陶瓷工作涂层之前都要喷涂自粘结 果底层来提高陶瓷工作层的结合强度。
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部件 活塞环 气门挺杆 摇臂 发动机气门 消音器 活塞冠顶
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。
热喷涂技术研究报告
热喷涂技术研究报告热喷涂技术是一种将热能转化为动能并喷射到被涂物表面的喷涂技术，已经被广泛应用于各个领域，如航空、航天、汽车、电力等。
本文主要介绍热喷涂技术的原理、分类、应用及发展趋势，并探讨了热喷涂技术在未来的发展方向。
一、热喷涂技术的原理热喷涂技术是一种将热能转化为动能并喷射到被涂物表面的喷涂技术。
热喷涂技术可以将固态、液态、气态的物质喷涂到被涂物表面，形成一层保护层或者改性层。
热喷涂技术主要包括火焰喷涂、等离子喷涂、高速气流喷涂、爆炸喷涂等几种类型。
二、热喷涂技术的分类1.火焰喷涂火焰喷涂是最普及的喷涂技术，通过燃烧燃料和氧气产生高温火焰，将喷涂材料加热熔化，并通过氧化反应形成一层涂层。
火焰喷涂涂层具有优异的耐腐蚀性、耐磨性和抗氧化性。
2.等离子喷涂等离子喷涂是一种高温等离子体喷涂技术，通过电弧放电或者离子束轰击等方式将喷涂材料加热熔化，并通过化学反应形成一层涂层。
等离子喷涂涂层具有优异的耐高温、耐腐蚀等性能。
3.高速气流喷涂高速气流喷涂是一种将喷涂材料加热熔化后通过高速气流喷涂到被涂物表面的喷涂技术。
高速气流喷涂涂层具有优异的耐磨性、耐腐蚀性和抗氧化性。
4.爆炸喷涂爆炸喷涂是一种通过爆炸将喷涂材料加热熔化后喷涂到被涂物表面的喷涂技术。
爆炸喷涂涂层具有优异的耐磨性、耐腐蚀性和抗氧化性。
三、热喷涂技术的应用热喷涂技术已经被广泛应用于各个领域，如航空、航天、汽车、电力等。
以下是热喷涂技术的应用领域：1.航空航天热喷涂技术可以用于飞机发动机叶片、涡轮叶片、火箭发动机喷管等高温部件的保护和修复。
热喷涂技术可以提高这些部件的耐高温性能和耐腐蚀性能。
2.汽车制造热喷涂技术可以用于汽车发动机缸体、缸盖、曲轴、凸轮轴等零部件的修复和加固。
热喷涂技术可以提高这些部件的耐磨性能和耐腐蚀性能。
3.电力工业热喷涂技术可以用于涡轮机叶片、蒸汽涡轮机叶片、汽轮机叶片等高温部件的保护和修复。
热喷涂技术可以提高这些部件的耐高温性能和耐腐蚀性能。
第二章 热喷涂技术
60~80% 50~80% 粉末,线材
>7 <12% 0.2~1.0 低 简单,可现场 施工
90% 70~90% 线材
>10 <10% 0.1~3.0 低 简单,可现场施 工
35~55% 50~80% 粉末
>35 <2% 0.05~0.5 高 复杂,但适合高 熔点材料
未知 未知 粉末
>85 <0.1% 0.05~0.1 高 较复杂,效率 低,应用面窄
材High Velocity Oxygen Fuel，简称HVOF)
原理：采用高压水冷的反应腔和细长的喷射管，燃料(煤油、乙炔、 丙烯和氢气)和氧气送入反应腔，燃烧产生高压火焰。燃烧火焰被 喷射管压缩并加速喷射出去。喷涂粉末可以用高压轴向送入或从 喷射管侧面送入。 特点：速度高而温度相对较低。密度可达99.9%，结合强度达70 Mpa 以上。残余应力小，甚至可以得到残余压应力，故可喷涂更厚的 涂层（最大厚度为12.7mm ）。同样适合喷涂含碳化物涂层。 缺点：燃料消耗大，喷涂效率比爆炸喷涂高，但成本仍然比较高。
等离子喷焊原理图
材料表面工程
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2.2 等离子喷涂
原理：等离子喷枪的作用是产生等离子火焰并喷射出高速气流。等 离子喷枪由铜阳极嘴和钨阴极头组成。气体从阴极流向阳极，经 压缩、离化后从阳极喷射出去。压缩后的等离子电弧，通过阳极 孔道喷出后，离子气发生急剧膨胀，将压缩气流加速到亚音速甚 至超音速水平，粉末被迅速加热、加速，并喷涂到基体表面。 优点： 等离子喷涂的最大优势是焰流温度高，喷涂材料适应面广， 特别适合喷涂高熔点材料。等离子喷 涂层的密度可达理论密度的 85~98%，真空喷涂可达95~99.5%，结合强度也很高(35~70 Mpa)， 而且涂层中夹杂较少，喷涂质量远优于火焰喷涂层 。
热喷涂技术原理及应用
热喷涂技术原理及应用
热喷涂技术是一种将熔融或煅烧的材料喷射到被涂物表面形成涂层的
方法，主要通过机械喷涂、火焰喷涂和等离子喷涂等方式实现。
该技术具
有简单、快速、高效、易实施等特点，广泛应用于航空航天、冶金、化工、电子等工业领域。
1.加热原理：通过燃烧或电阻加热等方式，将喷射材料加热到熔点或
半熔状态，使其具有液态或半固态的物理性质。
2.喷射原理：通过高压气体或等离子体流体作为介质，将加热后的喷
射材料喷射到被喷涂的物体表面，形成涂层。
3.冷却原理：当喷射材料接触到物体表面后，快速冷却凝固，形成均
匀而紧密的涂层。
1.表面保护：热喷涂技术能够在被涂物表面形成一层坚硬、耐磨、耐
腐蚀的保护层，提高工件的使用寿命和性能。
2.涂料修复：热喷涂技术可用于修复损坏或磨损的表面涂层，恢复工
件的使用功能。
3.表面改性：通过选择不同材料和涂层结构，可调整涂层的表面形貌、化学成分和物理性能，实现对工件表面性能的改善与调控。
4.温度管理：利用热喷涂技术可制备出具有更好的导热性能的绝热和
散热涂层，用于温度管理和热障涂层的制备。
5.功能涂层：热喷涂技术可制备出各种功能涂层，如阻焊涂层、导电
涂层、耐磨涂层等，以满足特殊技术要求。
6.修饰美化：通过热喷涂技术，可在工件表面形成一层具有良好的光滑度和装饰性的金属涂层，提高工件的外观质量。
总的来说，热喷涂技术是一种常用的涂层制备技术，其应用广泛且多样化，具有改善材料性能、延长使用寿命、提高外观质量等优点。
随着科学技术的不断发展，热喷涂技术在新材料、新工艺、新应用等方面仍有很大的发展空间。
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。
热喷涂技术及其应用
喷涂层结构示意图
23
喷涂涂层结构
• 孔隙
– 不利：涂层中的孔隙特别是穿孔将损害涂层 的耐腐蚀性能，增加涂层表面加工后的粗糙 度，降低涂层的结合强度、硬度和耐磨性。 – 有利：孔隙可以储存润滑剂，提高涂层的隔 热性能，减小内应力并由此增加涂层厚度， 以及提高涂层抗热震性能。
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涂层结合机理
• 涂层的结合包括：涂层与基材表面的结合（结合强度） 及涂层内部的结合（内聚力），均属物理-化学结合， 包括以下几种类型：
30
活化
• 在喷涂沉积前，基体表面还需要经过活化 处理，否则涂层可能无法有效地附着在基 体表面。
• 最常用的活化手段是采用粗砂喷丸处理， 比如粗磨。
31
粗粒喷砂示意图 （1）喷嘴；（2）吸腔；（3）压缩空气进口； （4）粗砂进料器；（5）研磨粗砂；（6）软管
32
• 表面粗糙度是与喷砂密切相关的参数，同时也强烈影 响涂层与基体的结合力。
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净化
• 净化处理的目的：除去工件表面的所有污垢，如氧 化皮、油渍、油漆及其他污物，关键是除去工件表 面和渗入其中的油脂。 • 净化处理的方法：溶剂清洗法、蒸汽清洗法、碱洗 法及加热脱脂法等。 • 净化可以针对新工件或已有涂层的旧工件。前者是 清除基体表面防腐的油脂层，可采用有机溶剂（如 甲醇或丙酮）或高压热水或水蒸气冲刷（尤适于大 型辊）；后者是剥除已与基体结合的涂层，可采用 粗砂喷砂、机加工、金刚石或氮化硼砂轮等方法。
8. 成本低，经济效益显著
8
热喷涂TiC
9
喷涂材料
• powders粉末，rods棒材，wires线材
• 线材由金属或合金制得，主要用于火焰喷
涂和电弧喷涂。
10
喷涂材料——线材
热喷涂综述 一、热喷涂的定义 热喷涂技术,是采用某种高温热源,将欲涂
热喷涂综述一、热喷涂的定义热喷涂技术，是采用某种高温热源，将欲涂覆的涂层材料熔化或至少软化，并用气体使之雾化成微细液滴或高温颗粒，高速喷射到经过预处理的基体表面形成涂层的技术。
当热源的比能量足以使基体表面发生薄层熔化，与喷射的熔融颗粒形成完全致密的冶金结合涂层时，称为热喷焊，简称喷焊。
使用高温热源，如氧——可燃气体燃烧火焰、电弧、等离子电弧、激光束、爆炸能等，是热喷涂技术区别于其他喷涂方法和表面涂覆方法的主要特征。
不同热源的最高温度列于附表。
附表：不同热源的最高温度二、热喷涂技术的特点采用热喷涂技术，制备各种表面强化和表面防护涂层，具有许多独特的优点:(1)能够喷涂的材料范围特别广，包括各种金属及合金、陶瓷及金属陶瓷、塑料、非金属矿物等几乎所有固态工程材料。
因而能够制备耐磨、减摩、耐蚀、耐高温、抗氧化、绝缘、导电、催化、辐射、防辐射、抗干扰、超导、非晶态及生物功能等各种功能涂层；(2)能够在多种基体材料上形成涂层，包括金属基体、陶瓷基体、塑料基体、石膏、木材甚至纸板上都能喷涂，被喷涂的材料范围也十分广泛；(3)一般不受被喷涂工件尺寸和施工场所的限制，既可厂内施工，也可现场施工；(4)涂层沉积效率较高，特别适合沉积薄膜涂层。
涂层厚度可以控制，从几十微米到几毫米甚至可厚达 20mm；(5)除喷焊外，热喷涂施工对基体的热影响很小，基体受热温度不超过200℃，基体不会发生变形和性能变化；(6)在满足强度要求的前提下，制件基体可以采用普通材料代替贵重材料，仅涂层使用优质材料，使“好钢用在刀刃上”；(7)热喷涂施工艺灵活，方便，迅速，适应性强。
当然，热喷涂技术也有如下一些缺点:(1)除喷焊外，热喷涂涂层与基体的结合主要是物理机械结合，结合强度不大高，涂层耐冲击和重载性能较差；(2)喷涂涂层含有不同程度的孔隙，对于耐腐蚀、抗氧化、绝缘等应用，一般不如整体材料。
但可通过复合涂层系统设计等方法予以改进提高；(3)喷涂小件时，涂层材料的收得率低；(4)热喷涂手工操作时的劳动条件较差，有噪音、粉尘、热和弧光辐射问题，必须注意劳动保护措施。
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1.3 热喷涂技术的特点
1. 可在各种基体上制备各种材质的涂层：金属、陶瓷、金属陶瓷以 及工程塑料等都可用作热喷涂的材料；几乎所有固体材料都可以 作为热喷涂的基材。 基体温度低：基材温度一般在30~200℃之间，因此变形小。 操作灵活：可喷涂各种规格和形状的物体，特别适合于大面积涂 层，并可在野外作业。 涂层厚度可控, 范围宽：从几十微米到几毫米的涂层都能制备。 喷涂效率高、成本低：生产效率为每小时数公斤到数十公斤。 局限性：主要体现在热效率低，材料利用率低、浪费大和涂层与 基材结合强度较低三个方面。 尽管如此，热喷涂技术仍然以其独特的优点获得了广泛的应用。
第二章
Hale Waihona Puke 热喷涂技术定义： 热喷涂—是将喷涂材料加热到熔融或半熔融状 态，用高速气流将其雾化、加速，使其高速喷射 到工件表面形成具有特殊性能的涂层。
材料表面工程
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热喷涂TiC
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第一节
热喷涂的原理及分类
1.1 热喷涂的基本原 理
一、基本过程 1. 加热、加速、熔化 （颗粒状） 2. 雾化（10-100 μm ）， 再加速---形成高速 粒子流。 3. 熔融与半熔融的高 速粒子流撞击到基 材，变形、凝固， 形成涂层。
表面预处理
表面粗化
预热
喷涂
封孔
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热喷涂基体表面预处理
• 基体金属表面的预处理状况，决定着热喷涂涂层与基体的 结合性能，因此对其使用寿命有决定性的影响。
• 表面预处理包括表面净化，除去金属表面的油脂、其他污
物、锈、氧化皮、旧涂层、焊接熔粒，以及对表面的粗化 处理。 • 喷砂、车螺纹、滚花和电拉毛。
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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）及封
孔处理。
• 涂层后加工包括切削和磨削，切削热喷涂涂层较好的刀
具有以下3类：（1）添加碳化钽、碳化铌的超细晶粒硬
质合金；（2）陶瓷刀具材料；（3）立方氮化硼 （CBN）。 • 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。
Materials Dr, cm2/s Dmax, μm ZrO2 0.005 26 TiC 0.04 72 TiN 0.07 96 TaC 0.09 110
显然，TaC最易喷涂----实际上仍是Dr所决定 ③ 材料的粒径： D↓--T↑、v ↑--结合力↑，涂层质量↑ D太小--价格↑，且易被气流带走。
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第二节
典型热喷涂简介
常用热喷涂的工艺分类
热 喷 涂 工 艺
燃 烧 法
电 加 热 法
火 焰 喷 涂
爆 炸 喷 涂
电 弧 喷 涂
等 离 子 喷 涂
线 材 火 焰 喷 涂
粉 末 火 焰 喷 涂 超 音 速 火 焰 喷 涂 大 气 等 离 子 喷 涂 低 压 等 离 子 喷 涂 感 应 等 离 子 喷 涂 水 稳 等 离 子 喷 涂
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2.
裂纹 原因：同上，涂层中拉应力小于膜基结合强度而又大于涂层的抗 拉强度时，涂层开裂。 措施：每次喷涂，薄而均匀(﹤0.15mm)。太厚，收缩应力↑ ↑ 涂层T不要太高，否则收缩应力↑ ↑ (矛盾！因T ↓，结合力↓，涂层易剥落。) 工件预热，缓慢冷却，收缩应力↓ 3. 多孔疏松 原因： 孔隙率：2-20%。--是喷涂难题之一 措施： ↑粉末T，全熔最好—但应力又↑ 垂直喷射—事实上不可能
2. 3. 4. 5. 6.
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1.4 热喷涂的一般工艺流程
一、表面预处理 去油、脱脂、除锈、去尘---- ↑结合力 二、表面粗化 喷砂----增大接触面积 开槽----增加结合点 ↑结合力 三、预热 ↑微扩散，↓热应力----↑结合力 除去表面冷凝物、潮气---- ↓气孔率 四、喷涂 喷底层(Ni包Al，Al包Ni)--粗化， ↑结合力 喷涂层----0.15-0.2mm/次，总厚度﹤2mm 五、封孔 工件加热到~95℃，涂上石蜡----防腐蚀
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二、影响热喷涂涂层质量的主要因素 1. 喷涂工艺的影响 ①工艺方法：
火焰 等离子 ~16000 ℃ 350m/s 电弧 7400 ℃ 200m/s 爆炸 5000 ℃ 720m/s 超音速 2900 ℃ 986m/s
T v
~3000℃ 50-200m/s
②粉体在加热介质中的运行时间t----t↑，T↑ ③粉体在加速介质中的运行时间t----t↑，v↑ ② 、 ③都取决于工件与喷嘴间的距离s，
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涂层的形成
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二、涂层与基体间的结合强度 1 机械结合： 高速粒子—撞击—粒子微变形—咬合 可见，表面粗化有利于结合强度提高。 2 金属键结合： 当颗粒与基体表面达到原子间距时，会产生金 属键结合。----理论上的确存在，实际上作用极小 3 微扩散结合：高速、高温、熔融或半熔融的粒子撞击到基体表 面，在界面上会造成微小的扩散，使结合力增加。 但，此结合力贡献不大，因为基体温度只有200℃左右。 机械结合-----为主 金属键结合—很小 一般而言，热喷涂涂层结合强度较低！ 微扩散结合—很小 只相当于其母体材料的5~30%。 4 冶金结合：Ni-Al粉，T=660℃时自反应放热—基体表面T↑↑— 形成冶金结合—结合力最好。特指中间过渡层！！ 总之，热喷涂涂层结合力↓↓，但工艺简单。
S 近距 中距 远距
T
v
加热不充分，T↓
加速不充分，v↓
~100mm左右T、v 最高
远离热源，冷却，T↓
空气阻力， v↓
总而言之，喷涂工艺问题就是T、v问题
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2. 喷涂材料的影响 ①材料成分----决定材料的热扩散系数Dr Dmax=3.65(Dr×t)1/2 其中Dmax为粉末在喷涂过程中能达到距表面90%深度处于熔 融状态（半熔融）时的最大直径；t为加热时间 显然，若粉末直径相同时，Dmax越大，粉末熔融程度越高。 ② 几种典型材料的Dr及Dmax
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1.2 热喷涂涂层的质量及影响因素
一、热喷涂涂层常见的缺陷及预防措施 1. 涂层剥落 原因：冷却时涂层与基体收 缩不一致，涂层中产生拉应力。 结合强度低于涂层拉 应力时，剥落。 措施：工件表面--清洁、粗糙 喷涂颗粒—速度↑、 T↑ 工件预热-- ↓涂层应力 涂层保护点—在工件边 缘预置小槽，或堆焊一周。