演示文稿 热喷涂技术介绍

热喷涂方法与设备
线 材 火 焰 喷 涂：
线材火焰喷涂是通过线材 火焰喷枪实现的。在喷枪中以 氧—燃气（乙炔）的混合燃烧 所形成的火焰为热源，将枪内 送丝驱动机构均匀、连续送入 火焰的线材或棒材加热、熔化 后被喷枪前端的压缩空气雾化 成微细的熔粒形成射流，喷射 到经过预处理的基本材料表面 形成的涂层。


（5）、由于热镀锌工艺的预处理采用酸洗、 磷化,故没有增加工件表面粗糙度、涂层结 合力较差。而喷锌、喷铝工艺的预处理采 用喷砂,增加了工件表面的粗糙度,涂层结合 力较好。 （6）、热镀锌工艺对水质污染十分严重,环 保问题非常突出。所以热喷锌、喷铝工艺 被越来越广泛的采用。
电弧喷涂涂层的特点

燃气重复爆炸喷涂是将一定比例的氧气和乙炔气 混合通过火花点火引爆，释放出的热能使喷枪筒 内温度突然上升到3400℃以上，并形成冲击波。 热能将粉末熔融，冲击波使熔滴加速到2倍音速以 上（800~1200米/秒），喷射到基材表面形成涂层。 最后将氮气引入枪筒内置换，直到下一次爆炸过 程开始。如图所示。
热 喷 涂 技 术 介 绍
热喷涂的定义及原理
利用各种热源，将欲喷涂的固体涂层材料加热至熔化 或熔融状态，借助于高速气流的雾化效果，使其形成微细 熔滴，喷射沉积到经过预处理的工件基体表面形成堆积结 构涂层的技术称为热喷涂技术。 在喷涂过程的同时或随后，对形成的涂层加热重容处 理，获得与基体表面形成冶金结合特征的涂层称之为喷熔 层或喷焊层，其相的技术为喷熔或喷焊工艺也属于热喷涂 工艺技术之一。 传统的热喷涂方法：普通的氧乙炔火焰、电弧、大气 等离子喷涂等。


电弧喷涂与传统的热镀锌工艺比较，具有以下优点： （1）、热镀锌工艺预处理采用酸洗、磷化工艺,工件 表面会有酸、碱液的残余物,留下了腐蚀的隐患,使热 镀锌层容易产生脱落。喷锌、喷铝工艺预处理采用喷 砂工艺,故工件表面非常清洁毛糙,表面喷锌、喷铝后 不会产生由内向外的腐蚀,从而不会产生涂层脱落现 象。 （2）、热镀锌工艺有一定的温度,约440℃左右,故工 件热镀锌后会产生不同程度的变形；而喷锌、喷铝工 艺喷涂时的温度很低,工件表面温度＜80℃,因此工件 不会变形。

电弧喷涂示意图
等 离 子 喷 涂


等离子喷涂是以电弧放 电产生的等离子体作为 高温热源，以喷涂粉末 材料为主，将喷涂粉末 加热至熔化或熔融状态， 在等离子射流加速下获 得很高速度，喷射到基 材表面形成涂层。 等离子弧由于温度很高， 可熔化目前已知的任何 固体材料；喷射出的微 粒温度高、速度快，形 成的涂层结合强度高、 质量好。
热 喷 涂 材 料

热喷涂所用的材料主要有粉末、丝、棒、 粉芯焊丝和药芯焊丝等。

粉末材料

热喷涂所用的粉末材料主 要有金属粉末、合金粉末、 自熔性合金粉末、陶瓷粉 末、复合陶瓷粉末、塑料 粉末、包覆粉末等。

粉末材料

丝材
热喷涂所用的丝材主要 有锌及锌合金、铝及铝 合金、锡及锡合金、铅 及铅合金、铜及铜合金、 镍及镍合金、钼丝、碳 钢、不锈钢、复合丝材 等。

等离子喷涂示意图
气 体 燃 爆 式 喷 涂


气体燃爆式喷涂也被称为爆炸喷涂，是以 突然爆发的热能加热熔化喷涂材料并加速 喷射到基材表面而形成涂层。 可分为燃气重复爆炸喷涂和线爆炸喷涂。 线爆炸喷涂是使金属丝突然通过强大的电 流，利用电热能量使金属丝爆炸成微粒黏 附在基材表面而形成涂层。


火焰粉末喷涂尤其是 氧乙炔火焰粉末喷涂 是目前应用较广、数 量较多的一种喷涂方 法，其工作原理是粉 末随送粉气流从喷嘴 中心喷出进入火焰， 被加热以熔融或半熔 融状态喷射到基材表 面形成涂层。

焰粉末喷涂示意图


粉末在被加热过程中，从表面向 心部逐渐熔化，熔融的表面在表 面张力作用下趋于球状，因此粉 末喷涂过程中不存在线材喷涂的 破碎和雾化过程，粉末粒度决定 了涂层颗粒的大小和涂层表面的 粗糙度。 进入火焰的粉末在飞行过程中由 于处在火焰中的位置不同，被加 热的程度存在很大的差异，导致 部分粉末未熔融、部分粉末未被 软化而出现飞溅或导致涂层的结 合强度与致密性不及线材喷涂。
热喷涂的分类
热喷涂
燃烧火焰喷涂 火 焰 喷 涂 爆 炸 喷 涂
电能热喷涂
线材 电弧 喷涂
线 爆 喷 涂
等离 子喷 涂
等离 子喷 焊
激 光 喷 涂
激 光 喷 焊
线材 火焰 喷涂
粉末 火焰 喷涂
大气 等离 子喷 涂
低压 等离 子喷 涂
高速 等离 子喷 涂
可控气 氛等Leabharlann Baidu 子喷涂
几种热喷涂方法的特点及涂层性能
该喷涂方法由于熔融微粒所携带
的热量不足，使涂层与基材表面 以机械结合为主，结合强度偏低。 见火焰线材喷涂示意图。
热喷涂方法与设备
QX—1型线材火焰喷涂枪如图：
喷枪根据送丝速度可分为高速和中速
• • 高速喷枪喷涂熔点800℃以下的金属丝 如：铝、锌等。
常用喷枪为QX—1型高速和中速喷枪
（如图）: 1、混合头部分 2、送丝轮 3、导丝管 4、阀杆旋钮 5、调速旋盘 6、机动部分 7、手柄部分
射流中的熔滴直径（钢）/µm
4~40(喷入水中沉淀后测量)
热喷涂方法与设备
氧气、乙炔、压缩空气的要求
气体 分子式 纯度 /% 压力 /MPa 流量 /m3.h-1 备注
氧气
乙炔 空气
O2
C2H2
≥99.2
≥99.0
>0.3
>0.04 >0.4
>0.5
>0.4 >36 清洁 干燥
火 焰 粉 末 喷 涂
O2+C2H2
金属、陶瓷、聚 金属、金属陶瓷、 合物、复合粉末 部分氧化物粉末 等
100~200 2.5~3
（金属）
150~300 9~50 20~50
300~350 2.5~6.0（陶 瓷）3.5~10
（金属）
50~80 1.5~2.5（陶瓷） 3.5~9.0（金属） 10~30
500~800 1~3 80~170
热喷涂技术简介


热喷涂技术是表面工程技术中的一个重要分支，它是通 过火焰、电弧或等离子体等热源，将某种线状和粉末状 的材料加热至熔融或半熔融状态，并将加速形成的熔滴 高速喷向基体，形成涂层。涂层具有耐磨损、耐腐蚀、 耐高温和隔热等优良性能，并能对磨损、腐蚀或加工超 差引起的零件尺寸减小进行修复。 热喷涂技术的应用主要包括：

不同环境中碳钢、锌和铝的腐蚀速率
平均腐蚀速率（μm/年） 材料 乡村大气 碳钢 锌 铝 4~65 0.2~3 0~0.1 城市大气 23~71 2~16 ~1 工业大气 26~175 2~16 ~1 海洋大气 26~104 0.5~8 0.4~0.6 淡水 1~5 1~2

电弧喷涂具有以下特点： (1)、具有较长久的耐腐蚀寿命,其防腐寿命可达到 50年以上,同时该防腐涂层在30年使用期内无须其 它任何防腐维护；30年以后的维护，仅须在电弧 喷涂层上刷封闭涂料；无须重新喷涂金属涂层， 实现一次防腐，涂层长久有效。 (2)、电弧喷涂层与金属基体具有优良的涂层结合 力，金属喷涂层以机械镶嵌和微冶金与基体金属 相结合，在轻微的弯曲、冲击或碰撞下也能确保 防腐涂层不脱落、不起皮、结合牢固、防腐长久 有效，这一点是其它表面防腐涂层无法达到的。
沉积速率 /Kg*h-1
结合强度 /MPa
6~20
20~60
孔隙率 / %
5~15
5~15
1~10
5~15
<2
热喷涂技术的特点



与其他表面工程技术相比，热喷涂技术在实用性 方面有以下优点。 （1）、热喷涂种类多 热喷涂可细分有几十种，根据工件的要求，在应 用时有较大的选择余地。各种热喷涂技术的优势 相互补充，扩大了热喷涂的应用范围。 （2）、涂层功能多 适用于热喷涂的材料有金属及其合金、陶瓷、塑 料及复合材料。应用热喷涂技术可以在工件表面 制备出耐磨损、耐腐蚀、耐高温、抗氧化、隔热、 导电、绝缘、密封、润滑等多种功能单一材料涂 层或多种材料的复合涂层。
工艺方法 热源形式 可喷涂的涂 层材料 熔粒速度 /m*s-1 线材火焰 喷涂 O2+C2H2 O2+C3H8
金属丝及复 合丝材
线材电弧 喷涂 电 能
金属丝及复 合丝材
大气等离子 喷涂
粉末火焰喷涂
燃气爆炸喷涂
电 能 + N2、 O2+C2H2 Ar、H2 、 O2+C3H8 He
金属、陶瓷、 金属陶瓷、复 合粉末等
热喷涂方法与设备
QX-1型线材火焰喷枪性能参数
项 操作方法 动力源 调速方式 质量 目
（表1）
性 能 参 数 手持固定两用 压缩空气吹动蜗轮 离心力—离合器 ≤1.8Kg 0.3—0.7 （常用 0.4） 0.03—0.10（常用0.06—0.07） 0.4—0.8（常用0.5—0.6） 约2.5 约0.7 约30
长效防腐、机械修复及先进制造技术、模具制作与修复、 制造特殊的功能涂层等4个方面。 目前，热喷涂技术已广泛应用于几乎所有的工业领域以 及家庭用品，如不粘锅、红外线保健电热器等。

热喷涂方法分类



目前还没有统一认可的热喷涂分类方法， 常用的分类方法主要是根据所用热源的不 同来分类，可分为： 燃气法 气体放电法 电热法 激光热源法等。 下面简要介绍一下常用的几种方法。

各种丝材
电弧喷涂技术原理及特点

电弧喷涂原理
电弧喷涂是将两根被喷涂 的金属丝作为自耗性电极， 利用两根金属丝端部短路 产生的电弧使丝材熔化， 用压缩空气把已熔化的金 属雾化成为熔滴，并使其 加速后以很高的速度沉积 到基体表面形成涂层的一 种热喷涂方法。
电弧喷涂（喷锌、喷铝）工艺与同 类工艺性能比较(热镀锌工艺)


（3）、采用热镀锌工艺,工件受镀槽长×宽× 高的限制；而采用喷锌、喷铝工艺则工件没 有限制。 （4）、采用热镀锌工艺,还存在现场修补问题。 现场安装时焊缝、装卸、运输过程中的损坏, 修补只能采用油漆,从而产生腐蚀隐患。如采 用喷锌、喷铝工艺,则现场可采用喷锌、喷铝 的方法进行修补, 避免产生隐患。


（3）、适用热喷涂的零件范围广 热喷涂的基本特征决定了在实施热喷涂时，零件 受热小，基材不发生组织变化。喷涂零件可以大 到舰船船体、钢结构桥梁等，小到传感器一类的 传感件。 （4）、设备简单、生产效率高 常用的火焰喷涂、电弧喷涂以及等离子喷涂设备 都可以运到现场施工，涂层的沉积率也较高。 （5）、缺点是操作环境较差，需加以保护 在实施喷砂处理工序及喷涂工艺中伴有噪声和粉 尘时，需采取劳动保护及环境保护措施。



爆炸喷涂可喷涂金属,金属陶瓷及陶瓷材料。 爆炸喷涂的最大特点是粒子飞行速度高,动能 大,所以爆炸喷涂涂层具有： 涂层和基体的结合强度高（100～160MPa ）， 涂层致密，气孔率很低（<1% ）， 涂层表面加工后粗糙度低， 工件表面温度低。 缺点： 设备价格高 噪音大 属氧化性气氛

近年来随着热喷涂技术的发展，超音速火焰粉末 喷涂（HVOF）技术已经诞生。由于粉末颗粒被 加速到音速以上，因此克服了火焰粉末喷涂涂层 结合强度与致密性不高的缺点而被广泛采用。
电 弧 喷 涂


电弧喷涂是近年来应用最广 的一种热喷涂方法，目前大 型钢结构的表面长效防腐广 泛采用电弧喷涂铝或锌。 工作原理是两根以一定角度 （30°~60°）连续送进的 金属丝分别与直流电源的正 负极相连接，在金属丝端部 短接的瞬间产生电弧，将两 根金属丝的端部同时熔化， 在电源的作用下，维持稳定 燃烧；在电弧的背后由喷嘴 喷出的高压空气使熔化的金 属脱离金属丝并雾化形成熔 滴高速喷射到基材表面而形 成涂层。

(3)、由于铝、锌的电极电位比钢铁低，在 电解质溶液（海洋盐水）中，当铝、锌涂 层局部破损或有孔隙时，铝、锌涂层为阳 极，钢铁基体为阴极，铝、锌涂层将作为 牺牲阳极，而使钢铁基体得以保护（阴极 保护）。
另外热喷涂层起着物理覆盖作用，可较好 地将钢铁基体与水、空气及其它介质隔离 开。同时，铝、锌本身的耐蚀性远好于钢 铁 (见下表）
氧气压力/MPa 乙炔压力/MPa 压缩空气压力/MPa 氧气耗量/m3*h-1 乙炔耗量/m3*h-1 压缩空气耗量/m3*h-1
热喷涂方法与设备
QX-1型线材火焰喷枪性能参数
项 目 线材直径/mm 喷涂效率/m3*h-1 80钢 铝 锌 AI2O3 低碳钢 不锈钢 铜 铝
（表2）
性 能 参 数 Ø2.3 ， Ø3.0 Ø2.3 Ø3.0 Ø3.0 Ø2.2 Ø2.3 Ø2.3 Ø3.0 Ø2.3 1.8 2.7 3.2 0.4 2.0 1.8 4.3 0.9