热喷涂喷焊与堆焊PPT课件
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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。
(1)Ni 基自熔性合金：NiCrBSi、NiBSi (2)Co 基自熔性合金：CoCrWB、CoCrWBNi
Байду номын сангаас
(3)Fe 基自熔性合金：FeNiCrBSi
(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
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。
• 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
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)
(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
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
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。
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
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
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
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
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。
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。
(1)Ni 基自熔性合金：NiCrBSi、NiBSi (2)Co 基自熔性合金：CoCrWB、CoCrWBNi
Байду номын сангаас
(3)Fe 基自熔性合金：FeNiCrBSi
(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
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。
• 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
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)
(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
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
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。
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
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
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
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
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。