熔射(热喷涂工艺)

2.热喷涂的形成过程 2.3 涂层成分与结构
一般情况下，涂层成分中的合金元素含量 与原喷涂材料是有所差异的，其原因在于：
① 粒子在高温下蒸发 ② 粒子在高温下烧损 ③ 粒子在高温下表面发生反应
2.4 热喷涂层的结合机理
热喷涂的结合方式可分为：机械结合和冶金化学结合 1.机械结合 熔化或接近熔化的粒子在喷涂时撞击到基体 表面产生变形、镶嵌、咬合和填塞，最后冷凝收缩，形成 机械的结合，这是涂层结合的主要形态。 2.冶金-化学结合 涂层结合的次要形态，当涂层与基体表 面出现扩散和合金化时的一种结合类型，但其结合力比机 械结合大的多，由三部分组成：
粒子的尺寸、粒子的飞行距离等因素有关。
黄铜、钼及锌的线材气体火焰喷涂时，在粒子的飞行 距离为100mm处，三种粒子的平均飞行速度分别为120， 65，140m/s。
爆炸喷涂时粒子的飞行速度更大，可高达1000m/s。
飞行速度的大小影响粒子与基体表面碰撞时转换能量 的大小、粒子的变形程度以及结合强度。
主要内容
1 热喷涂的定义与特点 2 热喷涂的基本原理 3 热喷涂工艺 4 热喷涂材料的工艺性能及分类 5 热喷涂层的后处理
1.热喷涂的定义与特点
★ 定义 采用一定的热源，将喷涂材料加热到熔融或半熔融状态，
通过高速气流使其雾化，然后喷射、沉积到工件表面，形成 喷涂沉积层的一种表面覆盖方法。
1.热喷涂的定义与特点
4.热喷涂材料的工艺性能及分类
4.2 热喷涂材料分类 热喷涂材料按形态可分为：
粉末：等离子喷涂、爆炸喷涂和气体火焰喷涂。 线材及棒材：主要用于气体火焰喷涂，电弧喷涂和线爆喷 涂。
热喷涂材料按材质可分为： 金属及其合金陶瓷、金属间化合物、塑料、玻璃和陶瓷等。
热喷涂材料按用途分类
目的 耐蚀
耐热 耐磨损
激光喷涂 激光喷焊
5.热喷涂层的后处理
常用的后处理方法: 封孔处理：采用封孔剂，提高耐蚀性 重熔处理：加热到液－－固相线附近 强化处理：喷丸、滚压的机械方法 扩散处理：表面薄铝层通过高温扩散的方式， 形成表层冶金结合。
封孔处理
由于热喷涂涂层是多孔隙的，孔隙率可从小于1％到大于 15％，可以储存油，在使用上具有一定的使用价值。但是对 要求具有防腐蚀性能的涂层表面来说，孔隙是极为有害的， 特别是那些互相连接并且从表面延伸到基体的孔隙，会使腐 蚀介质透过这些孔隙腐蚀基体材料。
☆ 范德华力 ☆ 化学键力 ☆ 微扩散力
3.热喷涂工艺
工艺流程：工件的表面准备（表面净化﹑宏观粗化﹑喷砂） →预热 →喷打底层→喷工作层→喷涂后处理。
预处理
热喷涂
后处理
清粗 洗糙
化
对不 喷涂 部位 的保 护
表
改
面
善
精
涂
加
层
工
质
量
4.热喷涂材料的工艺性能及分类
4.1 工艺性能 ① 热稳定性； ② 涂层的热膨胀系数应尽可能与基体材料一致； ③ 粉末材料应具有良好的流动性； ④ 良好的湿润性。
★ 特点 ⑴ 适用范围广。 ⑵ 工艺灵活，设备结构简单，有利于现场作业。 ⑶ 涂层厚度可调范围广。 ⑷ 基体材料性能不受影响。 ⑸ 喷涂面积小时经济性差。
2.热喷涂的形成过程 2.1 热喷涂的沉积过程和原理
喷涂材料
加热熔化
热源
雾化
喷涂粒子束
飞行
喷涂层 基体
喷涂
2.热喷涂的形成过程 2.1 热喷涂的沉积过程和原理
◆ 粒子流的特点
（3）喷涂粒子的最小尺寸 在一定的喷涂条件下，喷涂粒子的尺寸存在着最小
的临界尺寸。 粒子质量越小，
则其轨迹偏离初始 流速直线方向就越 多。
小颗粒被气流卷走
2.1 热喷涂的沉积原理
◆ 涂层组织结构
涂层是由无数变形粒子 相互交错呈波浪式堆叠在一 起的层状组织结构，颗粒之 间存在孔隙或空洞，孔隙率 一般在4%~20%之间。
超音速喷涂Ni-Cr-Fe-Ta-Mo-Ti合金涂层的表面形貌
2.热喷涂的形成过程 2.2 飞行中熔融粒子的表面反应
* 粉末火焰喷涂和等离子弧喷涂时，粒子虽在设定气 氛中飞行，但该气氛中不可避免地卷入空气。
* 电弧喷涂时，因采用压缩空气输送粒子，使粒子在 飞行中不断与O2和N2发生反应。
* 喷涂不同材质的金属或合金时，虽然抗氧化性有差 异但在熔融粒子表面都发生了氧化反应和其他反应产物， 并使其随粒子一起夹杂在涂层中。
喷涂材料 非金属材料 陶瓷，塑料
金属材料 锌，铝，Zn-Al，不锈钢，Ni及合金，Cu 及Cu合 金，钛，镁，Sn , Pb, Cd
非金属材料 陶瓷，金属基陶瓷 金属材料 耐热钢（含不锈钢系列），耐热合金（含Ni-Cr），
自熔性合金，MCrAlY系列合金 非金属材料 陶瓷
金属材料 碳钢、低合金钢、不锈钢（主要是马氏体钢）， 硬金属
◆ 粒子流的特点
（2）粒子的温度 ◆ 线状喷涂材料 被加热到熔化或熔融状态，若不考虑粒子与基体碰撞 时动能转换为热能所引起的粒子自身温度的升高，那么粒 子到达基体时的温度为其熔点。
◆ 粉末喷涂材料
粉末的热物理性能和粉末粒度所决定的粉末尺寸影响 着加热和飞行中粒子内部的温度高低。
为了获得高结合强度和高质量的涂层，粉末内部离表 面90%的深度处应处于熔融状态。
热喷涂层的形成过程：
喷涂材料被 加热，达到 熔化或半熔 化状态；
熔化的喷 涂材料被 雾化；
熔融或软化 的微细颗粒 向前喷射的 飞行阶段；
粒子在基材表 面发生碰撞、 变形、凝固和 堆积。
冲击
碰撞
变形
凝固--收缩
◆ 粒子流的特点
（1） 粒子的飞行速度 喷涂过程中粒子的飞行速度与喷涂方法、喷涂材料的密度和形状、
气体燃烧热源
线材火焰喷涂 棒材火焰喷涂 粉末火焰喷涂 超音速火焰喷涂 粉末火焰喷焊
电弧喷涂
大气等离子喷涂
热
真空等离子喷涂
喷 涂
气体放电热源
等离子喷涂
保护气氛等离子喷涂 水稳等离子喷涂
方Hale Waihona Puke 超音速等离子喷涂法
等离子喷焊
的
种 类
电热热源
电容放电喷焊 感应加热喷涂
爆炸热源
燃气重复爆炸喷涂 线材电爆喷涂
激光热源
封孔的作用
A、防止或阻止腐蚀介质浸入到基材表面； B、延长锌、铝及合金涂层的防护寿命； C、用于密封的涂层防止液体和压力泄漏； D、防止污染或研磨屑碎片进入涂层； E、保持陶瓷涂层的绝缘性能。
含有硼和(或)硅元素的助熔剂，当加
重热到熔熔点时处，合金理本身就具有脱氧、造渣、
除气和良好的润滑性等性能的合金粉末。