热喷涂技术及其应用共112页

热喷涂技术与应用(单电极等离子喷枪)

热喷涂技术与应用摘要：本文首先以介绍喷涂设备、涂层种类方面为开端阐述热喷涂技术的发展现状。

其次介绍热喷涂技术的主要工艺方法和常用的功能性涂层，分析热喷涂技术中热障涂层在航空发动机部件上的应用和发展以及分析船舶柴油机排气阀等关键零件的再制造中热喷涂涂层的设计与工艺方法选择，比较了不同热喷涂材料与工艺方法对船舶柴油机关键零件再制造后使用性能的影响。

关键词：喷涂设备热喷涂涂层种类喷涂应用前言：热喷涂技术最早出现在20世纪早期的瑞士, 随后在前苏联、德国、日本、美国等国得到了不断的发展, 各种热喷涂设备的研制、新的热喷涂材料的开发及新技术的应用, 使热喷涂涂层质量不断得到提高并开拓了新的应用领域[1]。

本文综述了热喷涂技术的研究进展, 主要从热喷涂设备、涂层应用和涂层质量监控进行了阐述, 并对热喷涂技术的发展趋势进行了展望。

热喷涂技术是利用热源将喷涂材料加热至溶化或半溶化状态，并以一定的速度喷射沉积到经过预处理的基体表面形成涂层的方法[2]。

利用不同的热源和喷涂设备，可以制备防腐、耐磨、减磨、抗高温、耐氧化、隔热、绝缘、导电和防微波辐射等一系列多种功能的涂层。

它可以在设备维修中修旧利废，使报废了的零部件“起死回生”；也可以在新产品制造中进行强化和预保护，使其“益寿延年”。

可以大量节约能源、节约材料提高功效、降低成本，特别适合我国国情，符合我国现行的经济政策。

是当前国家提倡的节能减排、低能耗、高效率的一项重要实用技术。

热喷涂技术最早出现在20世纪早期的瑞士, 随后在前苏联、德国、日本、美国等国得到了不断的发展, 各种热喷涂设备的研制、新的热喷涂材料的开发及新技术的应用, 使热喷涂涂层质量不断得到提高并开拓了新的应用领域。

1：热喷涂设备1.1：多电极等离子喷枪Klaus Landes 教授于1993 年发明了三阴极等离子喷枪，目前最新型号为TriplexPro 200。

Triplex 喷枪结构为三阴极和单阳极，将等电弧等分成三束，三束弧的弧根起弧后在阳极上固定不动(见图2)。

热喷涂技术及其应用讲解

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4. 热喷涂工艺
热喷工艺过程如下：工件表面预处理工件预热喷涂涂层后处理
1. 表面预处理
为了使涂层与基体材料很好地结合,基材表面必须清洁及粗糙. 净化处理的目的是除去工件表面的所有污垢, 方法有溶剂清洗法、蒸汽清洗法、碱洗法及加热脱脂法等. 粗化处理的目的是增加涂层与基材间的接触面, 增大涂层与基材的机械咬合力, 使净化处理过的表面更加活化,以提高涂层与基材的结合强度. 粗化处理的方法有喷砂、机械加工法(如车螺纹、滚花)、电拉毛等。其中喷砂处理是最常用的粗化处理方法，常用的喷砂介质有氧化铝、碳化硅和冷硬铸铁等。多数工件表面的2.5－13 mRa就够了。对于一些与基材粘结不好的涂层材料, 还应选择一种与基体材料粘结好的材料喷涂一层过渡层,称为粘结底层,常用作粘结底层的材料有Mo、NiAl 、NiCr及铝青铜等.粘结底层的厚度一般为0.08－0.18m。
3. 硬度
由于热喷涂涂层在形成时的激冷和高速撞击，涂层晶粒细化以及晶格产生畸变使涂层得到强化，因而热喷涂涂层的硬度比一般材料的硬度要高一些，其大小也会因喷涂方法的不同而有所差异。
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热喷涂涂层的性能
4. 结合强度
热喷涂涂层与基体的结合主要依靠与基体粗糙表面的机械咬合（抛描效应）。基材表面的清洁程度、涂层材料的颗粒温度和颗粒撞击基体的速度以及涂层中残余应力的大小均会影响涂层与基体的结合强度，因而涂层的结合强度也与所采用的喷涂方法有关。
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利用热源将涂层材料加热到熔融或者半熔融状态，借助焰流及高速气体将涂层材料粒子喷射到基体表面，获得沉积成具有某种特殊功能涂层。
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热喷涂技术原理与应用

图六、超音速喷枪结构及喷涂原理示意图
超音速喷涂的特点是速度高（喷咀出口速度高达成1500米∕秒以上。熔滴打在工作上的速度大致在（700 — 1000米∕秒），涂层致密度最高（孔隙率<2%），结合强度高，表面光洁度高，可以喷涂厚涂层（0.3 — 0.5mm）。另一方面，超音速喷涂过程，粉末受热温度较低，特别适合于喷涂碳化钨等易氧化、失碳和降解的硬质耐磨涂层。涂层无相变现象，硬质相保留率高。喷涂同类材料，比用等离子喷涂和火焰喷涂有更高的硬度和结合力。由于涂层致密、硬度高、结合力高、可靠性好，在航空、发电、石化工业等高温、重载和腐蚀的苛刻工况下，超音速喷涂的应用越来越多。
耐食品工业的腐蚀。如啤酒罐、牛奶、果汁等酿造类容器。
（ⅳ）电、磁、光学涂层
这类涂层有导电、绝缘、超导等电性能，还有电磁、铁磁和光的辐射、屏蔽、吸收和反射作用。
（ⅴ）间隙控制和密封涂层
这是一类由金属∕无机材料∕高分子材料复合制成的一类新型涂层，广泛用于航空、航天、能源等领域，用于提供严密的间隙和动密封，大大提高和改善设备性能与运作效率。当这类涂层与配合部件接触时，进行控制性的优先磨损，以保证最佳的间隙和封严效果。
（2）粉末火焰喷涂方法与应用
图四是粉末火焰喷涂原理示意图。
图四、粉末火焰喷枪结构及喷涂原理示意图
将各种不同材料（金属、合金、陶瓷、碳化物等）制成的粉末，采用重力或压力送粉方式送入喷枪，借助气流进入火焰区被熔化，高速气流或保护性气体可进一步对熔滴雾化、加速，最后喷射到工件表面形成涂层。由于粉末较轻、容易飞散，因此沉积效率和喷涂速度都不及线材火焰喷涂。但由于粉末材料制备容易、品种多、功能全面，其应用面比线材喷涂广泛的多。
表面工程首先分析材料表面失效原因，然后设计和优选合适的材料并采用相应的加工工艺形成表面工作层，提高基材的抗高温、抗磨损、耐腐蚀、隔热等性能。一般表面层很薄，用料少，成本相对低，但却能提高性能几倍至十几倍。此外，这一技术既可用于制造新部件，也可修复废旧机件，修复后的机件寿命和性能一般可达到和超过原机件。因此，表面工程的综合经济效益是十分显著的。

热喷涂技术及应用

热喷涂技术及应用学校：西南大学班级：材料科学与能源学部学号：***************姓名：***热喷涂技术及应用㈠热喷涂的定义热喷涂是利用热源讲喷涂材料加热到熔化或半融化状态，用高速气流将其雾化并喷射到基体表面形成涂层的技术。

热喷涂技术在普通材料的表面上，制造一个特殊的工作表面，使其达到：防腐、耐磨、减摩、抗高温、抗氧化、隔热、绝缘、导电、防微波辐射等一系多种功能，使其达到节约材料，节约能源的目的，我们把特殊的工作表面叫涂层，把制造涂层的工作方法叫热喷涂。

㈡热喷涂基本原理⒈热喷涂的基本过程①喷涂材料被加热到熔化或半融化状态②喷涂材料的熔滴被雾化③雾化或软化的微细颗粒喷射飞行④微小颗粒撞击基体表面并形成涂层⒉涂层的结构热喷涂涂层是由燃烧火焰或等离子热源将某种材料加热至熔化或热塑性状态,形成一簇高速的熔态粒子流(熔滴流),熔滴依次撞击基体或已形成的涂层表面,经过粒子的横向流动扁平化、急速凝固冷却、不断堆积起来而形成的。

由于热喷涂涂层为典型的层状结构，所以涂层的性能具有方向性。

在垂直和平行涂层为向上的性能有显著的差异。

对涂层进行适当地处理和重熔，既可以使层状结构转变为均质结构，还可以消除层状中的氧化物夹杂和气孔。

⒊涂层的结合方式涂层的结合包括涂层与基体表面的结合和涂层内聚的结合。

前者的结合强度称为结合力。

后者的结合强度称为内聚力。

涂层的一般结合方式有三种：①机械结合熔融态的粒子撞击基体表面并快速冷却凝固时，会因收缩而咬住高低不平的基体部分，形成了机械结合。

②物理结合借助于分子（原子）之间的范德华力是喷涂层附着于基体表面的结合方式。

③冶金结合当熔融的微细颗粒高速撞击基体表面是时，涂层和基体界面出现扩散和合金化时的一种结合方式。

⒋涂层的残余应力一般情况下，热喷涂涂层存在着明显的残余应力。

当熔融颗粒高速碰撞碰撞基体表面，在产生形变的同时快速冷却凝固，这时会在颗粒内部产生张应力，而在基体表面产生压应力。

第六章热喷涂技术

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第六章热喷涂技术
热喷涂的特点之三
（3）工件受热少例如氧--乙炔焰喷涂、等离子喷涂或爆炸喷涂，工件受热程度均不超过250℃，工件不会发生畸变，不改变工件的金相组织。
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第六章热喷涂技术
热喷涂的特点之四
（4）生产效率高大多数工艺方法的生产率可达到每小时喷涂数千克喷涂材料，有些工艺方法可高达50kg／h以上。
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1.火焰喷涂
火焰喷涂设备简单，一枝喷枪。喷枪主要由两部分组成：产生火焰的氧、乙炔供给系统和供料（粉末或丝材）系统。
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1.火焰喷涂
喷枪
初期的火焰丝材喷枪美国METCO的5P-Ⅱ粉末喷枪
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线、棒材喷涂都是将材料从喷枪中心孔送出，由氧的火焰将其熔化，通过压缩空气将熔化的材料雾化成微粒，并将其喷射到基体表面沉积成为涂层。特点：操作简单，设备运转费用低，可手持操作。材料：线材主要有 Zn,Al,Cu, Mo, Ti等及其化合物，铝包镍，镍包铝，金属包碳化物等复合线材; 棒材主要为Al2O3、 Al2O3 + TiO2及TiO2陶瓷材料。
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火焰粉末喷涂过程中
爆炸喷涂技术产生于上世纪50年代中期，将燃气爆炸技术引入热喷涂领域。其主要特点是涂层与基体的结合强度高，涂层孔隙率小（小于0.5％），工件受热小，涂层在制作过程中受空气污染小。
PT100型爆炸喷涂设备
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高速火焰喷涂是20世纪80年代初期由美国开发的，由喷管出口处燃烧的高温射流迅速膨胀，产生了超音速火焰，焰流速度高，颗粒熔化充分。该方法制备的涂层与基体结合强度高，涂层致密，孔隙率小于1％，并且涂层的残余应力小。但是成本较高，限于应用于一些关键部位制作上。特点：所得涂层性能可与爆炸喷涂相媲美，但其工作效率，工作条件的可变范围更优越；成本较高。材料：最适宜喷涂碳化物基的粉末。

热喷涂技术及其在中国钢铁行业的应用

热喷涂技术及其在中国钢铁行业的应用
热喷涂技术是用熔融金属、合金或其他材料（称为热喷涂材料）通过吹射、喷射或扩散在固定结构表面来实现均匀涂覆的一种先进技术。

近年来，热喷涂技术在中国钢铁行业应用越来越广泛，引发了人们关注，为当前钢铁行业发展做出了重要贡献。

首先，热喷涂技术可以有效提高钢铁表面外观效果。

许多钢铁建筑在长期的服役过程中会因环境条件的变化而损坏。

热喷涂技术可以在短时间内重新修复金属表面，提供更加完美的外观效果。

此外，热喷涂也可以抑制金属表面的腐蚀，有效延长使用寿命，提高资源的利用率。

其次，热喷晶技术可以大大提高处理效率，并节约能源。

热喷涂技术具有非常高的节能效益，其加工速度极快，且最低消耗资源量大大减少，整体处理成本非常低。

此外，热喷涂技术还可以去除金属表面的尘埃和碎屑，减轻加工人员的劳动强度，使钢铁行业有效改善作业环境。

最后，热喷涂技术具有一定的安全性，可以有效减少钢铁行业安全事故的发生率。

热喷技术提供的涂层具有良好的附着性能、耐腐蚀性和耐冲击性，能在一定程度上提高工件外形稳定性，从而帮助钢铁行业减少事故风险。

综上所述，热喷涂技术可以为中国钢铁行业创造更多价值。

它能提高外观效果，防止金属表面蚀及抑制工件变形，还可以大大提高处理效率及减少能耗，同时也提高了相关安全措施，有助于延长钢铁产品使用寿命，大大提升钢铁行业的生产效率及经济社会效益。

11.热喷涂涂层PPT课件

从形式上看，热喷涂复合材料分为复合丝材和复合粉末材料。
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热喷涂无机涂层形成过程
无机涂层形成的大致过程是：无机涂层材料经加热熔化和加速→撞击
基体→冷却凝固→形成无机涂层。其中无机涂层材料的加热、加速和凝固
过程是三个最主要的方面。
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பைடு நூலகம்
热喷涂无机涂层
无机涂层材料的熔化非常关键，一般希望所有无机涂层材料都完全熔化并一直保持到撞击基体表面之前，并且不末发的生熔挥化发过，程一。些简S单(V的)2 模L126DP型2 可以描述热气流中固体粉
无机涂层材料的喷涂速度主要由焰流速度决定，同时也与材料的粒度有关。喷涂材料在飞行速度最大时撞击基体的颗粒动能与冲击变形最大，形成的无机涂层结合较好。因
此，调整喷嘴与工件的距离到最佳位置非常重要。
熔滴撞击基材后扩展成薄膜，撞击时的高速度有助于熔滴的扩展，但会因为表面张力或凝固过程而停止扩展，并凝
对于铸铁件、多孔件和具有窄缝的工件内的油污，可采用炉内加热或用火焰加热的方法，让油污流出燃烧。加热温度为300~350℃，温度不宜过高，否则会使工件组织发生变化或使工件变形。
将材料参数及有关变量，如热导率、熔化温度等，统一纳入到加热条件及气流动力学方程中，可以得到不等式：
式中，S为粉末在焰流中的运动距离；λ为平均边界层的热导率；ΔT为平均边界层的温度梯度；V为平均焰流速度；μ为平均焰流粘度；L为粉末材料的熔化潜热；D为粉末的平均直径；P为粉末密度。
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热喷涂工艺
熔化的喷涂材料被雾化：线材端部熔化形成的熔滴在外加压缩气流或热源自身射流作用下脱离线材，并雾化成微细熔滴向前喷射：
粉末一般不存在熔粒被进一步破碎和雾化的过程，而是被气流或

热喷涂技术的现状及应用

热喷涂技术的现状及应用(总6页)本页仅作为文档页封面，使用时可以删除This document is for reference only-rar21year.March热喷涂技术的现状及在锅炉管道方面的应用摘要：热喷涂技术作为材料表面强化、保护和尺寸恢复的新技术，在设备维修、机械制造中得到广泛应用，尤其在电厂部件的修复和维护中得到充分体现。

本文对热喷涂技术进行了简单介绍，综述了该技术在锅炉管道部件的应用。

大力提倡和发展热喷涂技术，在电力工业中具有巨大的应用价值和广阔的市场前景，必将带来愈来愈大的社会和经济效益。

关键词：热喷涂技术；材料表面强化；锅炉管道1 引言电力工业是国民经济的基础，承担着为各行各业和人民生活提供高效、清洁能源的重要任务。

近年来，随着国民经济的飞速发展，使我国对电力的需求日益剧增，特别是南方一些经济发达城市，在炎暑的用电高峰期拉闸限电现象频频发生。

为满足国民经济发展对电力的需求，全国各地兴建了不少电厂，旧电厂也纷纷进行扩容改造。

随着越来越多的高参数、大容量机组投入运行，锅炉受热面的运行工况更为苛刻。

我国目前还是一个以火电发电为主的国家，为使煤炭资源得以充分合理的利用，在电站锅炉中大量使用高含灰量的劣质煤，随着灰分不断升高、热值不断降低，锅炉受热面产生磨损、积灰、结渣、腐蚀等一系列问题，受热面使用寿命降低，锅炉管道爆漏现象频繁。

因此，我们必须尽快找到解决锅炉“四管”爆漏问题的可行方法。

表面处理工艺是指在基体材料表面上人工形成一层与基体的机械、物理和化学性能不同的表层的工艺方法。

它运用物理、化学或物理化学等技术手段来改变材料及其制件表面成份和组织结构，其特点是保持基体材料固有的特征，又赋予表面化所要求的各种性能，从而适应各种技术和服役环境对材料的特殊要求。

最大的优势在于能以极少的材料和能源消耗制备出基体材料难以甚至无法获得的性能优异的表面薄层，从而获得最大的经济效益。

所以我们选用表面处理的方法来解决锅炉“四管”爆漏问题。

热喷涂技术及其发展历程与应用课件

热喷涂
热喷涂:利用热能将喷涂材料熔化，再借助高速气流将其雾化，并在高速气流的带动下粒子撞击基材表面，冷凝后形成具有某种功能的涂层。
热喷涂技术发展历史
热喷涂技术最早于1910年由瑞士肖普博士发明，当时命名：“金属喷镀” 1943年美METCO首次出版《金属喷镀》手册 1959年美METCO第七次出版改名《火焰喷涂》手册 1973年9月10-14日在伦敦召开第七届有关国际热喷涂会议，改名“金
等离子弧焰流温度高，适合喷涂高熔点材料。涂层密度可达85-98% ，结合强度高达35～70Mpa，喷涂质量远优于火焰喷涂层。主要用于：
1）耐磨、减磨涂层；
2）耐蚀涂层；
3）抗高温氧化、抗高温气流冲刷、热障涂层；
4）制造金属、陶瓷类高烙点复合材料。
爆炸喷涂
将粉末注入喷枪，同时引入氧—乙炔混合气，点燃引爆气体产生3300℃高温，粉末被加热并以2倍音速以上速度喷射到工件表面，形成～20mm直径，～8μm厚的高结合强度和高致密度的涂层。整个涂层由小圆形薄片重叠而成。
属喷涂” 1979年9月27-10月1日在美Florida州一著名休养地Miami城召开第八届
国际热喷涂会议，就采用“热喷涂”这一名词，这就是“热喷涂”名词的由来。
热喷涂技术发展历史
1910年：线材火焰喷涂技术； 20年代：电弧丝喷涂技术； 50年代：爆炸喷涂和等离子喷涂技术； 60年代：自熔性合金粉末火焰、等离子喷涂和喷焊技术； 80年代：超音速火焰喷涂技术； 90年代：激光熔覆技术。
热喷涂技术原理
热喷涂是利用热源将喷涂材料加热到熔化或半熔化状态，借助于焰流或外加的推力将熔滴雾化或推动熔粒成喷射的粒束，以一定速度喷射到经过制备的基体表面形成某种功能的涂层。

第五章-热喷涂技术PPT课件

3）表面粗化
表面粗化处理与清洗过程同样重要。工件表面经过粗化处理后，可以增大工件表面的活性和增大喷涂层的接触面积，在有些情况（如喷砂）还可以使工件产生表面压应力，有助于增强工件的抗疲劳性能。
热喷涂的基本工艺流程图如图2所示
工件表面制备
喷
涂
表表表预
底
面面面
净化
预加工
粗热化
层
喷
喷后处理
涂
工
机封
作
械
层
加工空
图2 热喷涂的基本工艺流程图
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1）表面净化
喷涂前，首先须将待喷涂表面净化，彻底清除附着在表面的油污、油漆、氧化物等，显露出新鲜的金属表面。
2）表面预加工
表面预加工的主要目的是预留一定的喷涂层厚度。
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涂层形成过程示意图如下：
冲击
碰撞
变形
图1 涂层形成过程示意图
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凝固-收缩
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热喷涂原理示意图
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涂层形成示意图
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涂层的结构
涂层结构示意图
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涂层的形成过程表明，涂层是由无数变形粒子互相交错呈波浪式堆叠在一起而形成的层状组织结构。
在喷涂过程中由于熔融的颗粒在熔化、软化、加速及飞行及基材表面接触过程中与周围截至发生了化学反应，使得喷涂材料经喷涂后会出现氧化物，而且，由于颗粒的陆续堆叠和部分颗粒的反弹散失，在颗粒之间不可避免地存在一部分孔隙式空洞。因此，喷涂层是由变形颗粒，气孔和氧化物所组成。
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热喷涂的主要应用特性
与其他表面工程技术相比，热喷涂在实用性方面有以下方面的特点：