等离子喷涂粉料研究讲解

山东科技大学

等离子喷涂粉料的研究

课程论文：材料表面工程基础

学院：材料科学与工程学院

专业：无机非金属材料工程13-2

姓名：***

学号：************

2016年4月12日

等离子喷涂粉料的研究

刘凤军无机非金属材料工程13-2 201301130414

摘要：随着科学技术的不断发展，人们对机器零部件表面性能的要求也越来越高，一股的金属材料和工程合金，在表面的耐磨性，耐腐蚀和耐高温等方面，已远远不能满足要求。等离子喷涂技术和其它喷涂方法(氧己快火馅喷涂、金属电弧喷涂)相比，可以熔化一切难熔金属和非金属粉末，使普通材质的零件表面获得一层具有耐磨、耐腐蚀、耐高温等各种不同性能的涂层。它可以达到提高机器设备零部件的表面质量、延长使用寿命、修复已损缺的旧件等目的。它还具有喷涂效率高，涂层致密、与基体的拈结强度高、零件热变形影响极小等优点。因此，等离子喷法技术在现代工业和尖端科学技术中得到了广泛的应用．

关键字：等离子喷涂陶瓷粉料氧化铝氧化锆碳化物等

一：等离子喷涂的基本原理及特点

基本原理：等离子喷涂基本原理是将金属（或非金属)粉末通过非转移型等离子弧焰流中加热到熔化或半熔化状态，并随同等离子焰流，以高速喷射并沉积到预先经过处理过的工件表面上，从而形成一种具有特殊性能的涂层。

喷涂特点：1．可以获得各种性能的涂层，2．喷涂后的涂层致密和粘接强度高，3．喷涂后涂层平整、光滑，并可精确控制，4.等离子喷涂能获得含氧化物少，杂质少，很纯洁的涂层，5.喷涂时对工件的热变形影响小，无组织变化，6.喷涂效率高，7.喷涂工艺规范稳定，调节性能好，容易操作。

喷涂缺点：小孔径孔内表面难以喷涂，原因是喷枪尺寸及喷距限制。其次是由于高温、高速等离子焰流产生剧烈噪声、强光辐射、有害气体[如具氧、氮氧化合物等)，金属蒸汽、粉尘、对人体有害，需采取防护措施。

二：喷涂材料的分类及特点

喷涂材料按形状分，可分为线材及粉末两大类；按成分组成分，可分为金属，非金属及复台材料三大类。

金属及其合金线材．一般用于火焰及电弧喷涂。金用及其合金粉末一般用于火焰喷涂及喷熔，等离于喷涂和等离子弧堆焊。陶瓷材料一般为高熔点材料．主要用于等离子喷涂和爆炸喷涂。塑料粉末一般用于火馅及等离子喷涂。复合材料线材可用于火焰及电弧喷涂，粉末则用于火焰、等离子及爆炸喷涂。

喷涂材料应具备的特点： 1．热稳定性好热喷涂材料在喷涂过程中，必须能够耐

高温。即在高温下不改变性能。2．使用性能好根据对工件的要求，由喷涂材料形成的

涂层应满足各种使用要求(如耐磨、耐蚀等)、即喷徐材料也必须具有相应性能。3．湿润性能好湿润性能的优劣关系到涂层与基体的结合强度，涂层自身的致密度。液态流动性好，则得到的徐层也平整。因此，要求喷涂材料具有良好的湿润性。4．固态流动性好(粉末) 为保证送粉的均匀，要求粉末材科具备良好的固态流动性。粉末固态流动性与粉末形状、

湿度、粒度等因素有关。5．热膨胀系数合适若涂层与工件热胀系数相差甚远，则可能导致工件在由涂后冷却过程中引起涂层龟裂。因此，喷涂材料应与工件有相近的热胀系数。

三：粉末涂料

金属粉末涂料分为喷涂合金粉料和自熔合金的喷涂合金粉料，非金属喷涂粉料分为陶瓷粉料和塑料粉料，其中陶瓷粉料又分为金属氧化物，碳化物，硼化物，氮化物，硅化物。还有复合材料粉料。

与线材比较，粉末材料的特点是：．1．不受成材限制，可选择范围广。2．不用粉末材料，易于组合不同功能要求之新型复合材料．3．同样热源情况下，粉末喷涂气孔率大于线材喷涂层。

四：陶瓷材料粉料

等离子喷涂中常用的陶瓷粉末主要包括金属氧化物、碳化物、硼化物、硅化物和氮化物等。

陶瓷粉末的特点： 1．具有很好的使用性能。陶瓷粉末的熔点和硬度都很高，最高熔点可达3500--4000℃，硬度一般夜HRC60以上。因此，它具有很高的耐热、绝热、抗氧化、耐磨和耐蚀等性能。2．属于多晶体材料陶瓷材料是由无数细小的晶粒聚集而成的，它的延展性、抗冲击性，抗拉伸、抗剪切、抗疲劳等机械性能都较差。因此，在应用时有一定的局限性。

（1）：氧化物

特点①高温强度高；②导电性及早热系数低，故适于作绝热层及电绝缘层。

a:氧化铝：纯氧化铝涂层呈白色，硬度高，摩擦系数低，化学性能稳定。同时它还具有耐磨、耐热、耐蚀、抗氧化、绝缘等特性。但是，纯氧化银涂层质脆，与基体的结合强度低，勿涂层局部地与物体碰撞，则会造成涂层的刮伤和剥落。当氧化铝中固溶有少量氧化铝时，呈绿灰色。这种涂层的韧性和抗冲击性能比纯氧化铝涂层高，与基体曲结合强度高，其耐磨性能也比较好，但耐热性能比纯氧化铝涂层稍差些。

氧化铝至少有七种相变，但大多数是氧化铝和Y氧化铝为代表，在759-1200度高温时，向稳定的氧化铝转变，这是一种非可逆性转变。所以，在等离子喷涂氧化铝粉末时，应采用稳定的氧化铝粉末制成涂层，这样才不会因加热或冷却而发生相交。因此，提高了涂层与基体的结合强度。

纯氧化铝涂层具有一定的孔隙度，若在高温氧化性气氛介质中使用，而基体本身又不能抗氧化，则气体介质就会通过涂层的孔隙侵入，使涂层与基体界面上发生氧化，这就会引起涂层的剥落现象。为此，最好采用镍铬耐热合金作为打底层，既可隔绝氧化性气氛介质的侵入，又可增加氯化铝涂层与基体的结合强度。

氢化铝还能耐熔融玻离积许多熔化了的金属，它是一种非磁性、导热性差的材料。然而，它又是一种绝缘性好导热性差的最廉价的材料。

b：氧化锆

氧化锆是耐热氧化物中耐热和绝缘性能最好的材料，它是等离子喷涂中应用员广泛的隔热涂层材科。目前已广泛应用于导弹．卫星、火箭等方面。

氧化锆在1000-1200℃温度范国内，会发生晶体结构由单斜型向正方形的相变，这种相交是可逆的。当加热到约1200度时，随着晶格体积的收缩产生吸热反应，冷却到1000度时，随着体积的膨胀产生放热反应。这种体积变化造成了涂层内的热应力，使纯氧化铬涂层的高温性能受到很大的影响，产生了涂层剥落现象。为了克服上述缺陷，可在氧化锆中加入少量氧化钙、氧化铝等(如氧化锆：93％，氧化钙：5％，氯化铝：0.5％，氧化硅0.35％)，经浇结扩散处理，可使氧化接的品型结构稳定。这种氧化铝涂层呈谈黄色，熔点约为2670℃。

如果基体表面的抗氧化性能差，则与喷涂氧化铝涂层材料相同，应采用镍铬耐热台金作为打底层。