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。

c．碳化物·
碳化物熔点高(2800℃)。

硬度高(莫氏硬度9)，为超硬材料，耐磨性极强。

常用的碳化物为碳化钨(WC)，其主要特性及用途是：
1)耐磨性高。

WC颗粒分布于涂层中，与Fe、Co、Ni湿润性好。

2)失碳。

喷涂中，等离子焰流温度难以控制。

WC分解温度与熔点相近。

始化了，也分解了。

故工艺参数不当，会造成严重失破，易分解成W2C及C。

故纯WC不能形成涂层，往往加有物，或含有Co作粘结剂的烧结WC粉末。

或用Ni、Co等金属包复WC的复合粉末。

3)应用耐磨涂层。

d.硼化物
高熔点金属元素的硼化物具有高熔点和高硬度等特点，同时又是电的良导体。

但是，硼化物在1300-1500度时的氧化性气体介质中有被氧化的缺陷。

所以，作为耐热涂层材料时，需在还原介质气氛中或在真空中使用。

硼化物吸收中于的能力很强，所以在宇航工业和原子能工业中的应用是有着特殊的作用，多用作防中子的辐射涂层。

硼化物包括硼化铬[CrB2)、硼化钛(TiB2)、硼化锆(ZrB2)、硼化钒(VB2)硼化钨(WB)等。

e.硅化物
相对于氧化物．碳化物，硼化物而官，多数硅化物的熔点都偏低。

但在高温条件下使用时，这种性质可使涂层产生自封孔作用。

硅化物可作为耐热涂层材料，但在工业中的应用还不多。

硅化钼具有很好的高温抗氯化性能，在空气中直至1700度时仍可使用。

硅化物包括硅化钼、硅化铬、硅化钛、硅化钨等。

五：总结
采用等离子喷涂技术能使基体表面获得一层耐磨损、耐高温、耐腐蚀，耐绝热、导热和组织等各种不同特殊性能的涂层；同时，喷涂后的涂层又具有涂层致密、连接强度高、零件变形影响小；喷涂效率高等优点。

因此，它在国民经济的各个领域中，具有广泛的应用范围。

六:参考文献
(1)书福水等。

热喷涂技术，机械工业出版社.1985．
(2)美国焊接学会编。

麻翰璃、贾木昌等译。

热喷涂原理与应用技术．四川科学技术出版1987。

、
(3)胡传忻.热喷涂技术，北京工业大学内部教价，1990。

（4）胡传析．刘额。

超音速火焰喷徐技术。

内部资料，1992。

(5)周庆生，等离子喷涂技术基础。

江苏科学技术出版社，1982.。