2019年最新-热喷涂技术研究进展-精选文档
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高 能 等 离 子 喷 枪
喷涂WC-Co涂层的粒子平均速度可达527m/s; 同时还具有较高的喷涂效率 (可达200g/min)和沉积效率(可达95%)
微等离子喷涂
微等离子喷涂是20世纪90年代由乌克兰巴顿焊 接研究所开发的, 它的特点是具有层流等离子 射流、发射角只有2°~ 6°(普通的等离子枪的 发射角达10°~ 18°)、功率低( 1~ 3 kW )、基 体受热低、噪声小( 30~ 50 dB) , 可在极薄的基 体(如0.5mm厚的不锈钢薄板或1.0 mm 厚的锰 片)上进行喷涂。这种喷涂方法的功率虽低, 但 能量集中, 其束斑直径小于5 mm, 所以仍可喷 涂各种材料, 特别适宜制备小零件及薄壁件的 精密涂层, 且该设备重量轻, 适合于现场的维修 工作。
悬浮式等离子喷涂示意图
反应等离子喷涂
反应等离子喷涂是对真空等离子喷涂进一步改进的结果, 该方法在真空等离子喷涂过程中,在喷嘴出口处的等离子射 流中加入反应气体(如N2),反应气体与加热中的喷涂颗粒相 互作用,进而得到新的生成物。 例如,用这种方法可以获得TiN涂层,它是靠喷涂钛粉和注入 N2反应后得到的,其工作原理如图所示。TiN具有高熔点、 高硬度、耐磨、耐蚀等特点,并且还具有优良的导电性和超 导性。 反应等离子喷涂制备 TiN涂层克服了传统的物理或者化 学气相沉积(PVD及CVD)工艺 制备TiN 涂层,存在沉积速 率低、涂层厚度过薄的缺点,可制备纳米晶TiN涂层, 涂层厚度可达500µm。
高能等离子喷涂、
微弧等离子喷涂和
悬浮等离子喷涂等 多种新技术
等离子 喷涂
三阴极 等离子 喷涂
高能 等离子 喷涂
微 等离子 喷涂
悬浮 等离子 喷涂
超音速 电弧 与火焰 喷涂
三阴极等离子喷涂
喷枪由3个阴极和由几个被绝缘的环体串联 组成的喷嘴组成, 只有离阴极相对远的最后 一个环体作为阳极工作。由于从3个阴极到 同一个阳极产生的3个独立电弧的长度稳定 不变, 3束等离子射流在汇流腔内汇聚成一 束主等离子流, 形成空心管状射流从喷嘴喷 出, 从而产生了稳定的等离子喷射。
稳定性有明显改善, 可以进行均质粉末加工, 并有较高的沉积率和送粉率
三阴极等离子喷涂示意图
100 HE
高能等离子喷涂
高能等离子喷涂是为满足陶瓷材料对涂层密度和结合强度以及喷
涂效率的更高需求而开发的一种高能、高速的等离子喷涂技术, 其特 点是在电弧电流与普通大气等离子喷涂相当的条件下, 利用较高的工 作电压(可达几百伏)提高功率, 并采用更大的气体流量来提高射流的 流速。
悬浮式送粉等离子喷涂
悬浮式送粉等离子喷涂是一种采用液料 送粉方式, 可直接喷涂纳米粉末且可以形 成超薄纳米涂层的新型喷涂技术传统的非 团聚喷涂粉末粒子半径必须大于10µm, 涂 层厚度一般大于125µm。悬浮等离子喷涂 采用液料为介质, 使用分散剂将粒子分散 在液料中(液料一般为酒精)行成悬浮液, 通 过液料送粉器将悬浮液送入到等离子弧中, 液料溶剂迅速蒸发, 溶剂中的粉末被等离 子弧加热熔化喷射到基体上形成涂层。这 种方式克服了喷涂粒子半径的限制, 不仅 实现了非团聚的纳米粉末直接进行喷涂, 而且可制备涂层厚度仅25µm 的超薄涂层 。
PROTAL预处理工艺原理示意图
等离子喷涂后处理工艺
等离子喷涂后处理工艺的明显进步是采用激光重熔技术,利用等离子 喷涂形成陶瓷涂层后,随即就对热态的喷涂陶瓷层进行激光等离子加 热,其工作原理如图所示。由于等离子喷涂工艺特征决定了涂层呈层 状结构,涂层内存在较高的孔隙率和亚稳相,金属/陶瓷界面上存在较 大的残余应力且涂层结合强度不高,这些因素可能使涂层在使用过程 中容易失稳,引起脱落失效。陶瓷涂层经激光重熔后可减少孔隙率、 降低裂纹数、使陶瓷涂层中的亚稳相向稳定相转变,提高涂层的表面 硬度、耐磨性以及抗热震等性能。
反应等离子喷涂示意图
PROTAL预处理工艺
在常规的热喷涂工艺中基体需要去油和主要用金钢砂喷砂处理。相反, PROTAL预处理工艺采用高能量激光束与基体表面相互作用,减少基体与 熔融粒子碰撞前的氧化层和其它污染,仅10ns的短暂脉冲的使用, 使基 体表面第一批原子层烧蚀而获得无污染的表面,其工作原理如图所示。 这种喷涂前预处理工艺可以在表面没有粗化处理的情况下,使涂层获得 相对好的附着力。
等离子喷涂原理
等离子喷涂特点
1.超高温特性，便于进行高熔点材料的喷涂。 2.喷射粒子的速度高，涂层致密，粘结强度
高。 3.由于使用惰性气体作为工作气体，所以喷
涂材料不易氧化。
等离子喷涂研究进展
随着热喷涂技术的 飞速发展, 国际上等 Leabharlann Baidu子喷涂占有明显 优势, 并已开发出三 阴极等离子喷涂、
电弧超音速喷涂示意图
电弧喷涂的特点
优点：
a. 涂层性能优异，与基体的结合力高； b. 经济、节能、效率高； c. 安全 电弧喷涂技术仅使用电和压缩空气，不用 氧气、乙炔等易燃气体助燃，安全性高 ； d.可制备伪合金涂层； 不足之处：
喷涂材料必须是导电的焊丝，因此只能使用金属， 而不能使用陶瓷，限制了电弧喷涂的应用范围。
热喷涂技术的研究进展
1、热喷涂技术概论
原理 热喷涂技术是一种将涂层材料(粉末或丝材) 送入某种热源(电弧、燃烧火焰、等离子体等)中 熔化, 并利用高速气流将其喷射到基体材料表面 形成涂层的工艺 。
涂层结构特点
特点
a. 能赋予基体以多种功能的表面；
b. 设备轻便，可现场施工；
c. 除喷焊外，对基材加热温度较低，工件 变形小，金相组织及性能变化也较小。
应用： 1.重大件的修复：轴类零件修复；造纸烘
钢的修复；航天发动机的修复 2.严重腐蚀环境下的大面积防蚀涂层； 3.装饰涂层 4.填平和修补焊缝缺陷
等离子喷涂
等离子及等离子弧的产生 常规状态下原子是呈电中性的,气体在常温
状态下也是不导电的,但是如果外界通过改变条 件给予气体分子或原子分子以相当的能量时,就 会造成电子脱离原子成为自由电子而带正电荷, 这就是所谓的气体产生电离的现象,这也就是等 离子喷涂的等离子体和等离子弧的产生原理 。
d. 喷涂操作的程序较少,施工时间较短,效率 高,比较经济。
分类 （1）电弧喷涂（电弧为热源） （2）等离子喷涂（等离子体为热源） （3）火焰喷涂（燃烧火焰为热源）
2.电弧喷涂
电弧喷涂是以电弧为热源,将熔化的金属丝用高速气
流雾化,并以高速喷射到工件表面形成涂层的一种工 艺 。电弧喷涂过程可分为三个阶段:熔滴形成及雾化 阶段;熔滴飞行阶段;熔滴撞击基体,相互交错粘结形成 涂层阶段
喷涂WC-Co涂层的粒子平均速度可达527m/s; 同时还具有较高的喷涂效率 (可达200g/min)和沉积效率(可达95%)
微等离子喷涂
微等离子喷涂是20世纪90年代由乌克兰巴顿焊 接研究所开发的, 它的特点是具有层流等离子 射流、发射角只有2°~ 6°(普通的等离子枪的 发射角达10°~ 18°)、功率低( 1~ 3 kW )、基 体受热低、噪声小( 30~ 50 dB) , 可在极薄的基 体(如0.5mm厚的不锈钢薄板或1.0 mm 厚的锰 片)上进行喷涂。这种喷涂方法的功率虽低, 但 能量集中, 其束斑直径小于5 mm, 所以仍可喷 涂各种材料, 特别适宜制备小零件及薄壁件的 精密涂层, 且该设备重量轻, 适合于现场的维修 工作。
悬浮式等离子喷涂示意图
反应等离子喷涂
反应等离子喷涂是对真空等离子喷涂进一步改进的结果, 该方法在真空等离子喷涂过程中,在喷嘴出口处的等离子射 流中加入反应气体(如N2),反应气体与加热中的喷涂颗粒相 互作用,进而得到新的生成物。 例如,用这种方法可以获得TiN涂层,它是靠喷涂钛粉和注入 N2反应后得到的,其工作原理如图所示。TiN具有高熔点、 高硬度、耐磨、耐蚀等特点,并且还具有优良的导电性和超 导性。 反应等离子喷涂制备 TiN涂层克服了传统的物理或者化 学气相沉积(PVD及CVD)工艺 制备TiN 涂层,存在沉积速 率低、涂层厚度过薄的缺点,可制备纳米晶TiN涂层, 涂层厚度可达500µm。
高能等离子喷涂、
微弧等离子喷涂和
悬浮等离子喷涂等 多种新技术
等离子 喷涂
三阴极 等离子 喷涂
高能 等离子 喷涂
微 等离子 喷涂
悬浮 等离子 喷涂
超音速 电弧 与火焰 喷涂
三阴极等离子喷涂
喷枪由3个阴极和由几个被绝缘的环体串联 组成的喷嘴组成, 只有离阴极相对远的最后 一个环体作为阳极工作。由于从3个阴极到 同一个阳极产生的3个独立电弧的长度稳定 不变, 3束等离子射流在汇流腔内汇聚成一 束主等离子流, 形成空心管状射流从喷嘴喷 出, 从而产生了稳定的等离子喷射。
稳定性有明显改善, 可以进行均质粉末加工, 并有较高的沉积率和送粉率
三阴极等离子喷涂示意图
100 HE
高能等离子喷涂
高能等离子喷涂是为满足陶瓷材料对涂层密度和结合强度以及喷
涂效率的更高需求而开发的一种高能、高速的等离子喷涂技术, 其特 点是在电弧电流与普通大气等离子喷涂相当的条件下, 利用较高的工 作电压(可达几百伏)提高功率, 并采用更大的气体流量来提高射流的 流速。
悬浮式送粉等离子喷涂
悬浮式送粉等离子喷涂是一种采用液料 送粉方式, 可直接喷涂纳米粉末且可以形 成超薄纳米涂层的新型喷涂技术传统的非 团聚喷涂粉末粒子半径必须大于10µm, 涂 层厚度一般大于125µm。悬浮等离子喷涂 采用液料为介质, 使用分散剂将粒子分散 在液料中(液料一般为酒精)行成悬浮液, 通 过液料送粉器将悬浮液送入到等离子弧中, 液料溶剂迅速蒸发, 溶剂中的粉末被等离 子弧加热熔化喷射到基体上形成涂层。这 种方式克服了喷涂粒子半径的限制, 不仅 实现了非团聚的纳米粉末直接进行喷涂, 而且可制备涂层厚度仅25µm 的超薄涂层 。
PROTAL预处理工艺原理示意图
等离子喷涂后处理工艺
等离子喷涂后处理工艺的明显进步是采用激光重熔技术,利用等离子 喷涂形成陶瓷涂层后,随即就对热态的喷涂陶瓷层进行激光等离子加 热,其工作原理如图所示。由于等离子喷涂工艺特征决定了涂层呈层 状结构,涂层内存在较高的孔隙率和亚稳相,金属/陶瓷界面上存在较 大的残余应力且涂层结合强度不高,这些因素可能使涂层在使用过程 中容易失稳,引起脱落失效。陶瓷涂层经激光重熔后可减少孔隙率、 降低裂纹数、使陶瓷涂层中的亚稳相向稳定相转变,提高涂层的表面 硬度、耐磨性以及抗热震等性能。
反应等离子喷涂示意图
PROTAL预处理工艺
在常规的热喷涂工艺中基体需要去油和主要用金钢砂喷砂处理。相反, PROTAL预处理工艺采用高能量激光束与基体表面相互作用,减少基体与 熔融粒子碰撞前的氧化层和其它污染,仅10ns的短暂脉冲的使用, 使基 体表面第一批原子层烧蚀而获得无污染的表面,其工作原理如图所示。 这种喷涂前预处理工艺可以在表面没有粗化处理的情况下,使涂层获得 相对好的附着力。
等离子喷涂原理
等离子喷涂特点
1.超高温特性，便于进行高熔点材料的喷涂。 2.喷射粒子的速度高，涂层致密，粘结强度
高。 3.由于使用惰性气体作为工作气体，所以喷
涂材料不易氧化。
等离子喷涂研究进展
随着热喷涂技术的 飞速发展, 国际上等 Leabharlann Baidu子喷涂占有明显 优势, 并已开发出三 阴极等离子喷涂、
电弧超音速喷涂示意图
电弧喷涂的特点
优点：
a. 涂层性能优异，与基体的结合力高； b. 经济、节能、效率高； c. 安全 电弧喷涂技术仅使用电和压缩空气，不用 氧气、乙炔等易燃气体助燃，安全性高 ； d.可制备伪合金涂层； 不足之处：
喷涂材料必须是导电的焊丝，因此只能使用金属， 而不能使用陶瓷，限制了电弧喷涂的应用范围。
热喷涂技术的研究进展
1、热喷涂技术概论
原理 热喷涂技术是一种将涂层材料(粉末或丝材) 送入某种热源(电弧、燃烧火焰、等离子体等)中 熔化, 并利用高速气流将其喷射到基体材料表面 形成涂层的工艺 。
涂层结构特点
特点
a. 能赋予基体以多种功能的表面；
b. 设备轻便，可现场施工；
c. 除喷焊外，对基材加热温度较低，工件 变形小，金相组织及性能变化也较小。
应用： 1.重大件的修复：轴类零件修复；造纸烘
钢的修复；航天发动机的修复 2.严重腐蚀环境下的大面积防蚀涂层； 3.装饰涂层 4.填平和修补焊缝缺陷
等离子喷涂
等离子及等离子弧的产生 常规状态下原子是呈电中性的,气体在常温
状态下也是不导电的,但是如果外界通过改变条 件给予气体分子或原子分子以相当的能量时,就 会造成电子脱离原子成为自由电子而带正电荷, 这就是所谓的气体产生电离的现象,这也就是等 离子喷涂的等离子体和等离子弧的产生原理 。
d. 喷涂操作的程序较少,施工时间较短,效率 高,比较经济。
分类 （1）电弧喷涂（电弧为热源） （2）等离子喷涂（等离子体为热源） （3）火焰喷涂（燃烧火焰为热源）
2.电弧喷涂
电弧喷涂是以电弧为热源,将熔化的金属丝用高速气
流雾化,并以高速喷射到工件表面形成涂层的一种工 艺 。电弧喷涂过程可分为三个阶段:熔滴形成及雾化 阶段;熔滴飞行阶段;熔滴撞击基体,相互交错粘结形成 涂层阶段