热喷涂

NiCr-Cr3C2
Байду номын сангаас
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4. 热障涂层材料
要求：＞1000℃下使用，低的热导率 材料：ZrO2 1170℃，t相→m相
ZrO2+MgO 低热导、高热膨胀系数、1200 ℃下相稳定、抗腐蚀 双层结构系统： 0.1mm MCrAlY + 0.25mm YPSZ
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涂层的选择和设计
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三、常用热喷涂材料
1. 金属热喷涂材料
• 粉末： 制造方法简单、灵活，材料成分不受限制，特别适合小批量热 喷涂；
线材：
在方便的条件下推荐采用。
表 6－ 6
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2. 陶瓷热喷涂材料
• 基本都是粉末 • 一般为氧化物陶瓷材料
表 6－ 7
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Ni基、Co基、Fe基及WC等四种系列。
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陶瓷粉末：
氧化物
碳化物 硼化物
Al2O3、ZrO2、TiO2
WC、SiC、TiC ZrB2、CrB2
硅化物
氮化物
MoSi2
VN、TiN
塑料粉末：
美观、耐蚀 热塑性塑料 热固性塑料 聚乙烯、聚酰胺 环氧树脂
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2. 复合喷涂粉末
材料：铁基、镍基、钴基
WC, TiC, Cr3C2、 Al2O3, Cr2O3
减磨：G、MoS2、
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3. 抗高温涂层材料
要求：抗高温氧化、腐蚀、磨损 材料选择原则：①足够高的熔点，②高温化学稳定性好， ③具有要求的热疲劳性， ④含有氧亲和力大的合金元素， ⑤对显微组织有一定要求。 材料 : Ni, Co, NiCo
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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。 ②可用于各种基体 金属、陶瓷、玻璃、石膏、布、纸、木材等固体 ③可使基体保持较低温度、基材变形小
200~250℃、变形较小、不弱化
④工艺灵活 可10mm内孔，也可大型构件；可大面积，也可局部； 可现场作业。
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作业(修理技术）

P120 4、6、7
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作业（任选一,先写出来交再讲(PPT)）
1. 重载履带车辆上的密封环配合面等零件由于耐磨性 差而迅速失效。上述零件属薄壁零件，采用堆焊等方法 修复因变形而保证不了质量。 （1）采用什么表面处理工艺？为什么？ （2）所用设备及工艺流程是什么？ （3）防腐喷涂材料及涂层设计。 （4）具体的工艺参数？
喷焊适用范围的局限性
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热喷焊工艺与热喷涂工艺的区别 1 ）工件表面温度：喷涂时工件表面温度 <250℃；喷焊要 >900℃。 2）结合状态：喷涂层以机械结合为主；喷焊层是冶金结合。 3）粉末材料：喷焊用自熔性合金粉末，喷涂粉末不受限制。 4）涂层结构：喷涂层有孔隙，喷焊层均匀致密无孔隙。 5）承载能力：喷焊层可承受冲击载荷和较高的接触应力。 6）稀释率：喷焊层约5％～10％，喷涂层几乎为零。
知已知彼、百战不殆 对工件使用情况和工件表面应具备的性能有透彻的了解
一、涂层的选择
①工艺方法的可能性；
②工作环境 受力、温度、腐蚀介质； ③要求的涂层特性，表面功能、化学性能； ④基体材料的特征； ⑤选择适当的涂层。
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二、喷涂种类的选择
①涂层结合力要求不高、材料熔点不超过2500℃—— 火焰喷涂 ②涂层性能要求较高的贵重机件—— 等离子喷涂 ③工程量大的金属喷涂施工—— 电弧喷涂 ④高结合力、低孔隙度的金属或合金涂层—— 超音速火焰喷涂 ⑤批量大的工件——自动喷涂 ⑥安全性要求高的机件 工艺及材料选择要充分地试验验证
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五、热喷涂的涂层质量评定 1 外观 涂层应无剥离、裂纹、大的变形等宏观缺陷。 2 涂层的硬度
用布氏、洛氏、维氏和显微硬度法测量涂层硬度。
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3 涂层的厚度
（1） 直接测量法：用卡尺或在显微镜下测量。 （2） 测厚仪测量法：
1） 涡流法：利用高频磁场引起金属内部涡流，涡流产生的磁 场又影响探头的阻抗，测量其阻抗值就可确定涂层的厚度。
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。
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4、涂层材料的要求
形状、尺寸有要求：线材、粉末。
1） 去除工件表面的水分； 2） 提高工件表面与熔粒的接触温度； 3） 降低涂层冷却速度，减小涂层内应力。 预热温度一般控制在150～300℃为宜。可直接用喷枪预热。 16/118
b)
喷涂
需打底层时，可在喷涂工作层之前用 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。
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c)喷涂后处理：

封孔处理（根据工件使用状态选择封孔剂）
常用：高熔点蜡类， 合成树脂

精加工，磨削
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基材表面预处理 （1） 净化处理：清除表面污垢。 （2） 粗化处理：提高涂层与基体之间的结合牢度。 粗化处理可提高涂层结合强度的理由是：
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4 喷涂功能涂层 （1）生物相容性涂层：在种植体(不锈 钢等 ) 表面用等离子喷涂一层生物相容 性好的羟基磷灰石涂层，生物组织可以 长入涂层中的孔隙中，与种植体形成牢 固的结合。
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6 汽车制造
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7 航空航天
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1） 提供表面压应力；
2） 提供与涂层颗粒互锁机会； 3） 增大结合面积； 4） 净化表面。
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粗化处理的方法 1） 表面喷砂，使其粗糙度为Ra3.2～12.5μm；
表 6－1 达到所要求粗糙度的喷砂条件
磨料粒度 /目 24 60 80 磨料材质 喷砂压力 喷嘴孔径 设备类型 基体材质 粗糙度 /kPa /mm /μ m 414 7.9 12.5 氧化铝 压力式 钢 414 7.9 6.3 氧化铝 虹吸式 不锈钢 碳化硅 414 7.9 6.3 压力式 塑料 氧化铝
①包覆型粉：由一种或几种成分作为外壳，均匀连续或 星点间断地包覆由一种或几种成分组成的核心的粉体 重量比1~99％、厚度最低2～3μm
②组合型粉：由不同相混杂而成的颗粒，没有核壳之分
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复合型粉意义：
①非均相体、广泛材料组合，多种功能； ②可发生某些希望的有利反应，改善工艺，提高涂层 质量 ③外壳保护作用
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2） 开槽；
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3） 电火花拉毛；
4） 喷涂粘结底层。
粘结底层材料及最高使用 温 度 涂 层（质量分数） 温 度 /℃ 钼 80 ％ Ni— 20 ％ Al 95 ％ Ni — 5 ％ Al 80 ％ Ni— 20 ％ Cr 94 ％ Ni— 6 ％ A1 Ni(Co)CrY 315 620 1010 1260 980 1316
2） 磁性法：根据非磁性涂层对探头磁通量的变化值来测量。
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6.2 热喷焊工艺与特点
一、热喷焊工艺的一般特点
•定义： 采用热源使涂层材料在基体表面重新熔化或部分熔化，实现涂层 与基体之间、涂层内颗粒之间的冶金结合，消除孔隙的表面处理技 术。(喷焊)
•种类： 氧一乙炔火焰喷焊
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1. 非复合喷涂粉末（单一组成）
金属及合金粉末：Ni、Fe、Co、Cu粉末
喷涂合金粉末（冷喷合金粉末）不能重熔处理 喷熔合金粉末（自熔性合金粉末） 合金中加入了强烈的脱氧元素如 Si、 B等，在重 熔过程中它们优先与合金粉末中氧和工件表面的氧化 物作用，生成低熔点的硼硅酸盐覆盖在表面，防止液 态金属氧化，改善对基体的润湿能力，起到良好的自 熔剂作用。
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2 喷涂耐磨涂层 (1) 用于耐磨的涂层：
涂层硬度超过磨料硬度：如氧 化铝陶瓷涂层或镍基、钴基碳化钨 涂层。用于轧辊、螺旋送料器等部 件。
（2) 用于修复的涂层： 喷涂铁基或镍基耐磨合金涂层 。
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3 喷涂耐高温涂层 3 喷涂耐高温涂层 (1) 抗高温氧化的涂层：如超音速火 焰喷涂 Cr2C3-NiCr 涂层；用等离子喷 涂氧化铝陶瓷涂层。 (2) 热障涂层：使金属基体与高温环 境隔离，保持金属构件的力学性能。
3. 塑料热喷涂材料
• 热喷涂塑料涂层具有成本低、投资少，涂层厚度与工作场地无限制， 不含溶剂，符合环保要求等特点。 • 塑料热喷涂材料熔化温度范围应较宽、粘度较低、热稳定性应好；一 般为粉末形式(适合火焰喷涂)。
表 6－ 8
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4. 热喷涂用复合粉末材料
• 为适应热喷涂工艺而制备的复合材料 • 通过增强涂层性能的复合材料
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5· 影响涂层质量的主要因素。




涂层材料的加热、速度、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； （2）喷涂速度由焰流速度决定，与材料 粒径有关； （3）凝固成薄饼状。
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二·热喷涂方法
）
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氧一乙炔火焰喷喷涂 两部分：氧、乙炔供给系统 喷涂粉末供给
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热喷涂材料的应用
1. 打底涂层(过渡层)材料
自粘结效应
提高结合强度
膨胀系数相近
粗化效应 屏蔽效应 缓冲效应
两种：放热特性复合粉末，80Ni/20Al 高熔点金属，W、Mo
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2. 耐磨涂层材料
磨损？ 磨损工况：磨料，干、湿状态，浓度 磨损类型：磨料、粘着、疲劳、腐蚀、冲蚀、微动 作用：强化或修复 硬度＞基体
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三、热喷涂工艺
预处理——喷涂——表面热处理、封孔——精加工 （1）预处理 去油、除锈、粗化、粘结底层 （2）喷涂 ①喷涂热源 ②喷涂材料 ③材料输送 ④机件
⑤喷涂操作
（3）涂后处理 （4）精加工 封孔、密实化 磨削
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预处理
热喷涂
粒子速度、温度、 尺寸、反应
加热熔化、雾化、 层状组织结构 飞行、喷涂 机械结合
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粉末火焰喷涂的原理示意图
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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、喷焊（喷涂+重熔）
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（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
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四、热喷涂技术的应用 1 喷涂耐腐蚀涂层 (1) 铝、锌及其合金涂层：锌、铝的腐蚀电极电位高于铁，涂 层有保护作用，可用于桥梁、铁塔等大型部件的防腐处理(在 锌中加铝可提高涂层的耐蚀性能，若铝的质量分数为30％， 则耐蚀性最佳) 。 (2) 不锈钢涂层：不锈钢电极电位比铁高，易在涂层孔隙处产 生电化学腐蚀，所以喷涂后必须封孔处理。 (3) 塑料涂层：用于化工、食品等行业。
等离子喷焊 (激光熔覆技术)
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•在喷焊过程中，合金粉末在基材表面有一个重熔并铺展的过程。 •喷焊的基本特点： (1) 热喷焊层组织致密，冶金缺陷很少，与基材为冶金结合、结合强度 高；涂层厚度大而不易开裂； (2)喷焊材料与基材必须匹配； (3)基材热变形大； (4)喷焊层会被“稀释”
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气体：乙炔+氧，也可甲基乙炔，天然气、氢气
用途：可喷涂金属、陶瓷、塑料等
特点：应用非常灵活、设备轻便、经济、应用较广 不足：颗粒速度小、火焰温度低、涂层结合强度低、 气孔率高、涂层氧含量高 改善：提高气流速度；使用惰性气体
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火焰喷涂工艺 工艺流程 工件表面预处理→预热→喷涂打底层→喷涂工作层→后处理。 a) 预热目的：
热喷涂
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预处理
热喷涂
粒子速度、温度、 尺寸、反应
加热熔化、雾化、 层状组织结构 飞行、喷涂 机械结合
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一· 概述
1、热喷涂

定义：采用各种热源将粉状或丝状固体材料 加热到熔融或半熔融状态，通过高速气流使 其雾化，然后高速喷射、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。