热喷涂喷焊与堆焊PPT课件
合集下载
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。
金属粉末火焰喷焊技术ppt课件
*
热喷涂材料简介
■分类：镍基合金 钴基合金 铁基合金
*
热喷涂材料简介
■合金元素在自熔合金中的作用 硼、硅元素 脱氧、造渣 降低合金熔点，提高固液相温度范围 形成弥散强化相，提高硬度和强度
*
*
弹性夹具示意图
*
（2）径向变形的控制，采用环向加热的方式进行重熔，避免了由于单枪加热造成的加热不均的问题，由于辊子材质不同，其轧制的应力状态不同，因而每种辊子的径向收缩量也不尽相同，但是每批管子的材质和应力状态是基本相似的，椐此我们根据每批管子的前三根喷焊试验确定其径向收缩量，并根据径向收缩量及该材料的彭胀系数确定喷粉的厚度，计算方法如下： ΔL= k•d•（t - t0）+ Δl 注：ΔL——喷粉厚度（mm）； k ——辊筒材料的线彭胀系数； d ——辊子直径（mm）； t ——辊子温度（℃）； t0 ——环境温度（℃）； Δl——径向收缩量（mm），该数根据试验测得。
*
3 涂层均匀性控制 涂层的均匀性是输送辊喷焊的一项关键技术。涂层均匀性好的优点是： 降低喷焊成本 降低喷焊层的内应力 降低加工难度 涂层均匀性控制目标： 涂层不均匀性小于0.2mm 控制机床的稳定性 粉轴 送粉管 送粉器送粉精度控制 喷咀 控制涂层均匀性的方法 合金粉 载气 氧气、燃气、压缩空气压力和流量 重熔温度控制
*
热喷涂材料简介
3、自熔合金的性质及在喷焊中的应用 ■自熔合金定义：含硼和硅元素，低熔点、自脱氧，与基体湿润性良好的合金。 ■自熔合金的特点：熔点低 流动性好 能自行脱氧、造渣 能形成高硬度的弥散强化相
*
基体表面制备
1 预清洁 去油、除锈等 2 加工 注意边角的过渡 3 粗化 ①喷砂 主要参数有：磨料类型（多棱角）、磨料粒度、压缩空气压力、工件表面硬度、压缩空气清洁度（无水无油）、喷砂角度等 ②机加工法 车螺纹、滚花等 车螺纹的优点是：粗化了结合的表面；增加结合面积；提高涂层的剪切强度；减不涂层的应力叠加 ③镍拉毛 电火花加工方法，适于工件表面硬度，不能采用喷砂和机加工方法的工件 注意：粗化后的工件应在2小时内进行喷涂
热喷涂材料简介
■分类：镍基合金 钴基合金 铁基合金
*
热喷涂材料简介
■合金元素在自熔合金中的作用 硼、硅元素 脱氧、造渣 降低合金熔点，提高固液相温度范围 形成弥散强化相，提高硬度和强度
*
*
弹性夹具示意图
*
（2）径向变形的控制，采用环向加热的方式进行重熔，避免了由于单枪加热造成的加热不均的问题，由于辊子材质不同，其轧制的应力状态不同，因而每种辊子的径向收缩量也不尽相同，但是每批管子的材质和应力状态是基本相似的，椐此我们根据每批管子的前三根喷焊试验确定其径向收缩量，并根据径向收缩量及该材料的彭胀系数确定喷粉的厚度，计算方法如下： ΔL= k•d•（t - t0）+ Δl 注：ΔL——喷粉厚度（mm）； k ——辊筒材料的线彭胀系数； d ——辊子直径（mm）； t ——辊子温度（℃）； t0 ——环境温度（℃）； Δl——径向收缩量（mm），该数根据试验测得。
*
3 涂层均匀性控制 涂层的均匀性是输送辊喷焊的一项关键技术。涂层均匀性好的优点是： 降低喷焊成本 降低喷焊层的内应力 降低加工难度 涂层均匀性控制目标： 涂层不均匀性小于0.2mm 控制机床的稳定性 粉轴 送粉管 送粉器送粉精度控制 喷咀 控制涂层均匀性的方法 合金粉 载气 氧气、燃气、压缩空气压力和流量 重熔温度控制
*
热喷涂材料简介
3、自熔合金的性质及在喷焊中的应用 ■自熔合金定义：含硼和硅元素，低熔点、自脱氧，与基体湿润性良好的合金。 ■自熔合金的特点：熔点低 流动性好 能自行脱氧、造渣 能形成高硬度的弥散强化相
*
基体表面制备
1 预清洁 去油、除锈等 2 加工 注意边角的过渡 3 粗化 ①喷砂 主要参数有：磨料类型（多棱角）、磨料粒度、压缩空气压力、工件表面硬度、压缩空气清洁度（无水无油）、喷砂角度等 ②机加工法 车螺纹、滚花等 车螺纹的优点是：粗化了结合的表面；增加结合面积；提高涂层的剪切强度；减不涂层的应力叠加 ③镍拉毛 电火花加工方法，适于工件表面硬度，不能采用喷砂和机加工方法的工件 注意：粗化后的工件应在2小时内进行喷涂
堆焊基础知识ppt课件
分发挥堆焊合金性能，达到预
期目的。
精选课件ppt
14
1.3 堆焊的优势
堆焊层与基体金属的结合是冶金结合，结合强 度高，抗冲击性能好。
堆焊层金属的成分和性能调整方便，一般常用 的焊条电弧焊堆焊焊条或药芯焊条调节配方很 方便，可以设计出各种合金体系，以适应不同 的工况要求。
堆焊层厚度大，一般堆焊层厚度可在2～30mm 内调节，更适合于严重磨损的工况。
精选课件ppt
37
5．钴基合金
钴基堆焊合金又称司太立（ Stellite）合金，以Co 为主要成分，加入Cr、W、C等元素。
主要成分为：WC=0.7%～3.3%、WW= 3%～ 21%、WCr=26%～32%，其余为Co，堆焊层的 金相组织是奥氏体＋共晶组织。碳质量分数低时， 堆焊层由呈树枝状晶的Co-Cr-W固溶体(奥氏体)和 共晶体组成，随着碳质量分数的增加，奥氏体数 量减少，共晶体增多，因此，改变碳和钨的含量 可改变堆焊合金的硬度和韧性。
验，并进行实验评定； 5. 综合考虑使用寿命和成本，最后选定堆焊合金；
精选课件ppt
41
工作条件 高应力金属间磨损 低应力金属间磨损 金属间磨损+腐蚀或氧化 低应力磨料磨损、冲击浸蚀、磨料
浸蚀 低应力严重磨料磨损，切割刃
严重冲击 严重冲击+腐蚀+氧化
高温下金属间磨损 热稳定性，高温蠕变强度（540℃）
机械零件的堆焊及喷焊处理
精选课件ppt
1
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。
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 。
第9页/共51页
（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。
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 。
第9页/共51页
（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。
喷焊与堆焊技术
冷轧辊修 复堆焊
2 耐磨损、腐蚀堆焊
• 磨损和腐蚀是造成金属材料失效的主要因 素，为了提高金属工件表面耐磨性和耐蚀 性，以满足工作条件的要求，延长工件使 用寿命，可以在工件表面堆焊一层或几层 耐磨或耐蚀层。就是将工件的基体与表面 堆焊层选用具有不同性能的材料，制造出 双金属工件。由于只是工件表面层具有合 乎要求的耐磨、耐蚀等方面的特殊性能， 所以充分发挥了材料的作用与工作潜力， 而且节约了大量的贵重金属。
热喷焊工艺中基材的变形比热喷涂大得多； 温度高，导致基材变形大。因此，对于 一些形状复杂、易热变形的零件，无法 使用热喷焊技术。
d)
热喷焊层的成分与喷焊材料的原始成分会有 一定差别；
•由于基体表面会少量熔化，并与喷焊材 料形成合金，导致成分差异。一般将基 材熔入喷焊层中的重量百分含量称为喷 焊层的稀释率。
2.3、等离子喷焊
等离子喷焊技术是采用 等离子弧作为热源加热 基体，使其表面形成熔 池，同时将喷焊粉末材 料送入等离子弧中，粉 末在弧柱中得到预热， 呈熔化或半熔化状态， 被焰流喷射至熔池后， 充分熔化并排出气体和 熔渣，喷枪移开后合金 熔池凝固、形成喷焊层 的工艺过程。
● 喷涂用非转移弧（钨阴极、喷嘴铜阳极）；而喷焊 用的则是非转移弧和转移弧的联合弧（工件作阳极）。 转移弧对工件的加热能力比非转移弧强，是喷焊的主 弧。 ● 等离子喷焊的前、后处理与氧—乙炔火焰喷焊相 同。 ● 等离子喷焊的材料范围比较宽，可喷焊难熔材料。 粉末粒度与火焰喷焊的一样，但比热喷涂的要稍大一 些。
最小堆焊厚度 /mm 0.8 0.8 0.2 3.2 2.4 3.2 3.2 3.2 4.8 4.8 3.0 4.0
熔敷效率 （%） 100 100 85～95 65 98～100 90～95 80～85 95 95 95 95 95
6热喷涂、喷焊与堆焊技术
4. 热喷涂用复合材料(粉末、丝材)
（主要）为适应热喷涂工艺而制备的复合材料
表6-9
通过增强相增强涂层性能的复合材料
四、热喷涂技术的应用
1. 喷涂耐腐蚀涂层
普利茅斯海湾
热喷涂锌
跨海大桥
汽轮机转子
水轮机机座
2. 喷涂耐磨涂层
延长零件使用寿命、修复磨损失效的机械零件(再制造工程)。
水轮机叶片 球阀球体碳化钨喷涂层
3. 等离子喷涂工艺
特点：(高温低压等离子体)
(优点)焰流温度及速度高，喷涂材料适应面广，特别适合喷涂高熔点材料；涂层密 度及 结合强度高。 (缺点)热效率低、沉积效率较低，设备相对复杂、价格较贵，喷涂成本高。
等离子喷涂设备包括电源、电气控制系统、喷枪、气源和气路、 供粉系统、水冷系统等。
三、等离子喷焊
定义：
采用等离子弧作为热源加热基体，使其表面形成熔池，同时将喷 焊粉末材料送入等离子弧中，粉末在弧柱中得到预热，呈熔化或半 熔化状态，被焰流喷射至熔池后，充分熔化并排出气体和熔渣，喷 枪移开后合金熔池凝固，形成喷焊层的工艺过程。
(工件带电，联合弧)
(工件不带电，非转移弧)
非转移弧： 工作时首先引燃，再建立转移弧
二、堆焊工艺方法
各种焊接方法都可以用来进行堆焊。 常用堆焊工艺方法： 氧－乙炔焰堆焊 手工电弧堆焊 钨极氩弧堆焊 熔化极气体保护电弧堆焊 埋弧堆焊 等离子弧堆焊 电渣堆焊 堆焊材料通常为棒状、管状、带状。
等离子弧堆焊
稀释率、熔敷速度和堆焊层厚度是最重要的指标。
(在允许的稀释率水平下尽可能提高熔敷速度。)
涂层及基体材质广泛 基体温度低 操作灵活
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。
第五章-热喷涂技术PPT课件
3）表面粗化
表面粗化处理与清洗过程同样重要。工件表面经过粗化处理后， 可以增大工件表面的活性和增大喷涂层的接触面积，在有些情况 （如喷砂）还可以使工件产生表面压应力，有助于增强工件的抗疲 劳性能。
热喷涂的基本工艺流程图如图2所示
工件表面制备
喷
涂
表 表 表预
底
面面面
净 化
预 加 工
粗热 化
层
喷
喷后处理
涂
工
机封
作
械
层
加 工空
图2 热喷涂的基本工艺流程图
2021
19
1）表面净化
喷涂前，首先须将待喷涂表面净化，彻底清除附着在表面的油 污、油漆、氧化物等，显露出新鲜的金属表面。
2）表面预加工
表面预加工的主要目的是预留一定的喷涂层厚度。
2021
11
涂层形成过程示意图如下：
冲击
碰撞
变形
图1 涂层形成过程示意图
2021
凝固-收缩
12
热喷涂原理示意图
2021
13
涂层形成示意图
2021
14
涂层的结构
涂层结构示意图
2021
15
涂层的形成过程表明，涂层是由无数变形粒子互相交错呈波浪式 堆叠在一起而形成的层状组织结构。
在喷涂过程中由于熔融的颗粒在熔化、软化、加速及飞行及基材表 面接触过程中与周围截至发生了化学反应，使得喷涂材料经喷涂后 会出现氧化物，而且，由于颗粒的陆续堆叠和部分颗粒的反弹散失， 在颗粒之间不可避免地存在一部分孔隙式空洞。因此，喷涂层是由 变形颗粒，气孔和氧化物所组成。
2021
8
热喷涂的主要应用特性
与其他表面工程技术相比，热喷涂在实用性方面有以下方 面的特点：
表面粗化处理与清洗过程同样重要。工件表面经过粗化处理后， 可以增大工件表面的活性和增大喷涂层的接触面积，在有些情况 （如喷砂）还可以使工件产生表面压应力，有助于增强工件的抗疲 劳性能。
热喷涂的基本工艺流程图如图2所示
工件表面制备
喷
涂
表 表 表预
底
面面面
净 化
预 加 工
粗热 化
层
喷
喷后处理
涂
工
机封
作
械
层
加 工空
图2 热喷涂的基本工艺流程图
2021
19
1）表面净化
喷涂前，首先须将待喷涂表面净化，彻底清除附着在表面的油 污、油漆、氧化物等，显露出新鲜的金属表面。
2）表面预加工
表面预加工的主要目的是预留一定的喷涂层厚度。
2021
11
涂层形成过程示意图如下：
冲击
碰撞
变形
图1 涂层形成过程示意图
2021
凝固-收缩
12
热喷涂原理示意图
2021
13
涂层形成示意图
2021
14
涂层的结构
涂层结构示意图
2021
15
涂层的形成过程表明，涂层是由无数变形粒子互相交错呈波浪式 堆叠在一起而形成的层状组织结构。
在喷涂过程中由于熔融的颗粒在熔化、软化、加速及飞行及基材表 面接触过程中与周围截至发生了化学反应，使得喷涂材料经喷涂后 会出现氧化物，而且，由于颗粒的陆续堆叠和部分颗粒的反弹散失， 在颗粒之间不可避免地存在一部分孔隙式空洞。因此，喷涂层是由 变形颗粒，气孔和氧化物所组成。
2021
8
热喷涂的主要应用特性
与其他表面工程技术相比，热喷涂在实用性方面有以下方 面的特点：
表面工程-第8章热喷焊和堆焊
8.2.3.3等离子喷焊焊工艺过程 前、后处理工艺与火焰喷焊相同。 但工艺参数更多,如转移弧电压和电流、非
转移弧电流、喷焊速度、送粉量等。
8.2.3.4等离子喷焊特点 生产效率高;稀释率低; 工艺稳定性好,易自动化; 喷焊层成分、组织均匀、平整光滑,涂层厚
度容易控制。
2020/11/6
• §8.3堆焊概述
8.3.3堆焊材料 可归纳为铁基、镍基、钴基、铜基和碳化
钨复合堆焊材料等几种类型。 ①铁基堆焊材料:有珠光体,马氏体,奥氏体
钢类和合金铸铁类,性能范围广,韧性和耐磨 性匹配好,且价格低,应用最广泛。
②镍基,钴基堆焊材料:价格较高,高温性能 好,耐腐蚀。主要用于需耐高温磨损,耐高温 腐蚀的场合。
2020/11/6
常用粉末,粒径比热喷涂稍粗大。 分为合金粉末和金属陶瓷复合粉末。 为保证焊接性能,陶瓷含量<50%。 喷焊材料熔点应比基材低,应有自熔性(自脱 氧造渣)。 自熔性合金： 镍基,钴基,铁基合金中添加硼、硅等元素。 铜基合金中添加硅、锡、磷、硼等元素。
2020/11/6
• §8.2热喷焊工艺分类
2020/11/6
①预处理 喷焊前基材表面必须清洁干净,可喷砂处理。
2020/11/6
②喷焊 包括预热、喷粉和重熔。 ⅰ.预热：湿气蒸发,减少应力,提高喷粉沉
积效率。
ⅱ.喷粉和重熔“一步法”或“二步法”。 一步法——边喷粉边熔化; 特点:沉积效率高,但涂层厚度不易控制。
二步法——先喷涂粉末,再将涂层熔化; 特点:涂层厚度均匀,颗粒间隙小,润湿性好, 结合力高。
基体-堆焊层分界—熔 合区:包括熔合线、过 渡层。
2020/11/6
晶格类型有差别 过渡层晶格畸变 晶体缺陷
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
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
(3)Zr 系：ZrO2、ZrO2·SiO2、CaO-Zr02、MgO- ZrO2
(4)Cr 系：Cr2O3
金属碳化物 (1)WC、W2C；(2)TiC；
及硼化物 (3)Cr3O2、Cr23C6；(4))B4C、SiC
包覆粉 Ni 包 Al、Ni 包金属及合金、Ni 包陶瓷
团聚料
熔炼粉及 烧结粉 塑料
热喷涂喷焊与堆焊
3、热喷涂材料
1 喷涂材料的分类和要求
热喷涂材料按材料的形态分线材、棒材和粉末三大类。
表1－2 热喷涂线材和棒材分类
类别 分 类
品
种
金属 线材
有色金属 普通钢及
(1)纯金属：Zn、A1、Cu、Ni、Mo (2)合金：Zn-A1，Pb-Sn、Cu 合金、巴氏合金、Ni 合金 碳钢、低合金钢
热喷涂喷焊与堆焊
7 涂层应力
涂层冷却凝固时，会伴随着收缩过程，颗粒内部会产生 张应力而在基体表面产生压应力。结果使涂层内部产生残余 张应力，应力大小与涂层厚度成正比，当张应力超过涂层与 基材之间结合强度时，涂层就会发生破坏。
热喷涂喷焊与堆焊
涂层应力
• 由于涂层应力与厚度的关系，热喷涂层的最佳厚 度一般不超过0.5mm
金属+合金、WC 或 WC-Co+金属及合金、氧化物+金 属及合金、氧化物+氧化物 碳化物+自熔性合金、WC+Co
(1)热塑性粉末：聚乙烯、尼龙、聚苯硫醚 (2)热固性粉末：环氧树脂
热喷涂喷焊与堆焊
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。 （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。 （5）一定的形状与尺寸（线材φ1—3mm, 粉末φ1—100um)
自熔性合金
金属类
品
种
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
S(T)2 L2D2 V 16P
式中：Ｓ为粉末在焰流中的运动距离；为平均边界层的热导率；
Ｔ为平均边界层的温度梯度；Ｖ为平均焰流速度；Ｌ为粉末材
料的熔化潜热；Ｄ为粉末的平均直径；为平均焰流黏度；Ｐ为
粉末密度。
热喷涂喷焊与堆焊
•
5. 涂层结构
如右图所示 是等离子喷涂钼 涂层显微结构形 貌图，大小不一 的扁平颗粒、未 熔化的球形颗粒 、夹杂和孔隙组 成。
Splat formation: Impact, flattening
Solidification
热喷涂喷焊与堆焊
典型热喷涂系统
热喷涂喷焊与堆焊
2 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。
第六章 热喷涂、喷焊与堆焊技术
第一节热喷涂技术
一、 喷涂技术的原理与特点 1 热喷涂原理
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。
热喷涂喷焊与堆焊
热喷涂原理
Particle or Droplet generation
Accelerating Heating
低合金钢
高合金钢 不锈钢、耐热钢
棒材
复合 线材
陶瓷棒材 金属包金属 金属包陶瓷 塑料包覆
A12O3，TiO2，Cr2O3、ZrO2、A12O3+MgO、A12O3+SiO2 铝包镍、镍包合金 金属包碳化物、金属包氧化物 塑料包金属、塑料包陶瓷
热喷涂喷焊与堆焊
热喷涂材料分类（金属类）
分类 纯金属 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：
(4)Cu 基自熔性合金
热喷涂喷焊与堆焊
热喷涂材料分类（非金属类）
非金属类
分类
品
种
(1)A1 系：A12O3、A12O3·SiO2、Al2O3·MgO 金属氧化物 (2)Ti 系：TiO2
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
(3)Zr 系：ZrO2、ZrO2·SiO2、CaO-Zr02、MgO- ZrO2
(4)Cr 系：Cr2O3
金属碳化物 (1)WC、W2C；(2)TiC；
及硼化物 (3)Cr3O2、Cr23C6；(4))B4C、SiC
包覆粉 Ni 包 Al、Ni 包金属及合金、Ni 包陶瓷
团聚料
熔炼粉及 烧结粉 塑料
热喷涂喷焊与堆焊
3、热喷涂材料
1 喷涂材料的分类和要求
热喷涂材料按材料的形态分线材、棒材和粉末三大类。
表1－2 热喷涂线材和棒材分类
类别 分 类
品
种
金属 线材
有色金属 普通钢及
(1)纯金属：Zn、A1、Cu、Ni、Mo (2)合金：Zn-A1，Pb-Sn、Cu 合金、巴氏合金、Ni 合金 碳钢、低合金钢
热喷涂喷焊与堆焊
7 涂层应力
涂层冷却凝固时，会伴随着收缩过程，颗粒内部会产生 张应力而在基体表面产生压应力。结果使涂层内部产生残余 张应力，应力大小与涂层厚度成正比，当张应力超过涂层与 基材之间结合强度时，涂层就会发生破坏。
热喷涂喷焊与堆焊
涂层应力
• 由于涂层应力与厚度的关系，热喷涂层的最佳厚 度一般不超过0.5mm
金属+合金、WC 或 WC-Co+金属及合金、氧化物+金 属及合金、氧化物+氧化物 碳化物+自熔性合金、WC+Co
(1)热塑性粉末：聚乙烯、尼龙、聚苯硫醚 (2)热固性粉末：环氧树脂
热喷涂喷焊与堆焊
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。 （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。 （5）一定的形状与尺寸（线材φ1—3mm, 粉末φ1—100um)
自熔性合金
金属类
品
种
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
S(T)2 L2D2 V 16P
式中：Ｓ为粉末在焰流中的运动距离；为平均边界层的热导率；
Ｔ为平均边界层的温度梯度；Ｖ为平均焰流速度；Ｌ为粉末材
料的熔化潜热；Ｄ为粉末的平均直径；为平均焰流黏度；Ｐ为
粉末密度。
热喷涂喷焊与堆焊
•
5. 涂层结构
如右图所示 是等离子喷涂钼 涂层显微结构形 貌图，大小不一 的扁平颗粒、未 熔化的球形颗粒 、夹杂和孔隙组 成。
Splat formation: Impact, flattening
Solidification
热喷涂喷焊与堆焊
典型热喷涂系统
热喷涂喷焊与堆焊
2 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。
第六章 热喷涂、喷焊与堆焊技术
第一节热喷涂技术
一、 喷涂技术的原理与特点 1 热喷涂原理
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。
热喷涂喷焊与堆焊
热喷涂原理
Particle or Droplet generation
Accelerating Heating
低合金钢
高合金钢 不锈钢、耐热钢
棒材
复合 线材
陶瓷棒材 金属包金属 金属包陶瓷 塑料包覆
A12O3，TiO2，Cr2O3、ZrO2、A12O3+MgO、A12O3+SiO2 铝包镍、镍包合金 金属包碳化物、金属包氧化物 塑料包金属、塑料包陶瓷
热喷涂喷焊与堆焊
热喷涂材料分类（金属类）
分类 纯金属 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：
(4)Cu 基自熔性合金
热喷涂喷焊与堆焊
热喷涂材料分类（非金属类）
非金属类
分类
品
种
(1)A1 系：A12O3、A12O3·SiO2、Al2O3·MgO 金属氧化物 (2)Ti 系：TiO2