材料表面技术 第三讲 表面涂覆新技术

扩散形成冶金结合。它们与堆焊的根本区别在于 母材基体不熔化或极少溶化。
根据热源分类
3.1 火焰喷涂
• 原理：利用燃气(乙炔、丙烷等)及助燃气体(氧)混合燃烧 作为热源，喷涂粉末从料斗通过，随着输送气体在喷嘴出 口处遇到燃烧的火焰被加热熔化，并随着焰流喷射在零件 表面，形成火焰粉末喷涂工艺。
设备轻便简单、可移动，价格低。 温度：3000℃，多为氧化性气氛。
2.涂装工序
①被涂物件底材表面处理：为与涂膜的粘结创造条 件，提高和改善涂膜性能。
②涂布（涂饰、涂漆、涂装）：用不同的方法、工 具和设备将涂料均匀地涂覆在被涂物件表面。
③涂膜干燥（涂膜固化）：将涂在被涂物件表面的 涂料（湿涂膜）固化成为固体的、连续的干涂膜， 以达到涂饰的目的。
3.涂料的组成
3.1 成膜物
成本低，收效大； ⑥ 工序较少，时间短、效率高，比较经济、易于推广； ⑦ 基体材料的受热程度可控制，因此，基体变形小，对基材
组织几乎无影响； ⑧ 喷涂层耐磨性很高，硬度可根据所使用的材料类型调整到
比较高的范围；
3、热喷涂的分类及其原理
• 按涂层加热和结合方式，热喷涂有喷涂和喷熔两 种。
• 喷涂：基体不熔化，涂层与基体形成机械结合； • 喷熔：是涂层经再加热重熔，涂层与基体互溶并
是使涂料牢固附着在被涂物表面上形成 连续薄膜的主要物质，是构成涂料的基础， 决定着涂料的基本特性，一般为无色透明。
3.2 有机溶剂和水
又称稀释剂，作为分散介质，使成膜物 分散而形成粘稠液体，调整体系粘度，使涂 料粘度适合贮存和施工应用。施工后能从薄 膜中挥发至大气中，从而使液态薄膜形成固 态的涂膜。不同涂料有不同溶剂。
热喷涂材料-按用途分类
ห้องสมุดไป่ตู้
2、热喷涂工艺的特点
① 可在各种材料上喷涂； ② 可喷涂的材料极为广泛，几乎包括所有的固态工程材料； ③ 采用复合涂层等工艺，可将性能截然不同的两种以上的材
料制成具有优异综合性能的涂层以及各种功能涂层； ④ 一般不受被喷涂工件尺寸的限制和施工场所的限制； ⑤ 喷涂层厚度可以控制，从几十微米到几个毫米，耗材少，
3.6 激光喷涂
把高强度能量的激光束，朝着接近于零件基体表面的方向直 射，基体同时被一个辅助的激光加热器加热；这时，细微的 粉末以倾斜的角度被吹送到激光束中熔化、粘结到基体表面， 形成了一层薄的表面涂层，与基体之间形成良好的结合。
激光发生器
光轴
激光束
透镜保护气体 粉末
高压气体
喷涂用喷嘴
高压气体喷嘴 激光束聚焦点 主喷嘴
• 采用热喷涂，可使基材在耐磨、耐蚀、隔热、抗氧化、绝 缘、导电、防辐射等各方面性能得到改善。目前，包括航 空、航天、原子能设备、电子等尖端技术在内的几乎所有 领域内，热喷涂技术部得到了广泛的应用，并取得了良好 的经济效益。热喷涂成为金属表面科学领域中一个十分活 跃的学科。
热喷涂原理图 喷涂层结构示意图
第三讲
本节主要内容
一、热喷涂新技术 二、涂料与涂装新技术 三、堆焊及其它涂覆技术
一、热喷涂新技术
1、概述
• 利用一种热源，如电弧、离子弧或燃烧的火焰等将粉末状 或丝状的金属或非金属喷涂材料加热熔融或软化，并用热 源自身的动力或外加高速气流雾化，使喷涂材料的熔滴以 一定的速度喷向经过预处理干净的基体(零件)表面，依靠 喷涂材料的物理变化和化学反应，与基体(零件)形成结合 层的工艺方法。
二、涂料与涂装新技术
1.概述
• 将有机涂料通过一定方法涂覆于物体表面形成涂膜的过程 称之为涂装。有机涂料又简称为“涂料”或俗称“油漆”。
• 广泛应用。民用汽车、电器、钢制家具、办公用具等的表 面装饰防护，工业领域采矿、舰船、采油设备、海洋设施、 飞机、军事装备等的防腐、装饰、伪装、隔热、防火、防 污等等，几乎每个领域都离不开涂装技术。近十年来，雷 达吸收反射涂料、声纳吸收涂料、高温涂料、瞬间光固化 涂装技术、人工智能机械人喷涂技术等高新技术研究发展， 并部分进入实用阶段，使涂装技术这门传统的表面技术进 入高新技术时代。
3.2 电弧喷涂
• 原理：将两根金属丝端部送到某一点，在两丝端部间加 以维持直流电弧(或交流电弧)，使丝材熔化，再用压缩 空气穿过电弧和熔化的液滴使之雾化，以一定的速度喷 向基体(零件)表面而形成连续的涂层。
颗粒：180-335 m／s 温度：5000度。
高性能电弧喷涂设备及喷涂枪
3.3 等离子喷涂
• 原理：当粉末材料被径向送入等离子体焰流后， 立即被熔化、并高速喷射到预先处理好的零件表 面上形成了涂层，可喷涂几乎所有固态工程材料， 包括各种金属和合金、陶瓷、非金属矿物及复合 粉末材料等。
阴极
阳极
焰流：1000m/s以上
温度：10000℃以上
喷粉：180－600m／s
3.4 爆炸喷涂
• 原理：将氧气及乙炔气按一定的比例混合，点燃、造成气 体膨胀而产生爆炸，释放热能和冲击波，使混入的粉末材
3.3颜料和填料
颜料：着色、防锈、耐 晒、耐水、耐化学品性 （装饰、防护）。一般 为微细的粉末状有色物 质，是有色涂料的一个 主要组分，它使涂膜呈 现色彩，并具有一定遮 盖被涂物件表观的能力， 以发挥其装饰和保护作 用。
基体移动方向
线材或粉末 送进装置
涂层 基体
综合比较
4、热喷涂技术的发展方向
① 工艺。提高结合强度和致密度，开发新设备和新材料。 ② 系统工程。表面预处理，热喷涂材料及工艺，后处理等。 ③ 理论研究。高温、高速、非均匀性等高温动态过程。 ④ 经济效益。 ⑤ 喷涂材料品种。 ⑥ 新领域。 ⑦ 计算机的应用。自动化、无人化车间及生产线、动态测量和控制。
料熔融并被加速冲击枪口，撞击在零件表面形成涂层。
• 喷涂速度快；
• 温度4000度以上；
• 涂层非常致密； 结合力强；
表面平整；
粉末
• 爆炸噪声大，超150dB。 氮气
• 设备价高、氧化性气氛。
火花塞
基体
氧气
乙乙烯 炔
3.5 超音速火焰喷涂
上世纪80年代，最初美国发明，替代爆炸喷涂，也叫高速火 焰热喷涂。 气体压力高，消耗量大 焰流速度快 涂层结合力好，气孔率小于1％，表面光滑； 粉末高温停留时短，空气中暴露时短，氧化少 温度：低于等离子弧高。 燃气：乙炔、丙烷、煤油、酒精。