第五章-热喷涂技术PPT课件
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熔射(热喷涂工艺)
21
第五章 热喷涂技术
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。
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。
热喷涂材料按用途分类
目的 耐蚀
耐热 耐磨损
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
31
第五章 热喷涂技术
思考题
1、什么是热喷涂工艺？技术特点是什么？ 2、热喷涂涂层组织的基本特点是什么？ 3、试述热喷涂粒子与基体表面的结合机理。 4、热喷涂后为什么要对涂层进行后处理？分
别有哪些后处理方法其工作原理是什么？
32
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。
10料锌铝zna1不锈钢ni及合金cu及cu合金钛镁snpbcd耐热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nicr自熔性合金mcraly系列合金耐磨损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jct联昌涂层unitedcoatingstechnologies第五章热喷涂技术气体燃烧热源1热喷涂方法的种类r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l粉末火焰喷焊r电弧喷涂r气体放电热源电热热源爆炸热源激光热源等离子喷涂j等离子喷焊电容放电喷焊感应加热喷涂大气等离子喷涂真空等离子喷涂保
第五章 热喷涂技术
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。
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。
热喷涂材料按用途分类
目的 耐蚀
耐热 耐磨损
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
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第五章 热喷涂技术
思考题
1、什么是热喷涂工艺？技术特点是什么？ 2、热喷涂涂层组织的基本特点是什么？ 3、试述热喷涂粒子与基体表面的结合机理。 4、热喷涂后为什么要对涂层进行后处理？分
别有哪些后处理方法其工作原理是什么？
32
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。
10料锌铝zna1不锈钢ni及合金cu及cu合金钛镁snpbcd耐热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nicr自熔性合金mcraly系列合金耐磨损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jct联昌涂层unitedcoatingstechnologies第五章热喷涂技术气体燃烧热源1热喷涂方法的种类r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l粉末火焰喷焊r电弧喷涂r气体放电热源电热热源爆炸热源激光热源等离子喷涂j等离子喷焊电容放电喷焊感应加热喷涂大气等离子喷涂真空等离子喷涂保
热喷涂课程ppt
热喷涂技术
1、前言
定 义 ：热喷涂是指采用氧——乙炔焰、电弧、 等离子弧、爆炸波等提供不同热源的喷涂装置， 产生高温高压焰流或超音速焰流，将要制成涂层 的材料如各种金属、陶瓷、金属加陶瓷的复合材 料、各种塑料粉末的固态喷涂材料，瞬间加热到 塑态或熔融态，高速喷涂到经过预处理（清洁粗 糙）的零部件表面形成涂层的一种表面加工方法。 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”，它是采用各种热源进 行喷涂和喷焊的总称。
热喷涂技术
5、热喷涂材料涂层
2)机械嵌合。机械嵌合是指具有具有一定动能的 熔滴在碰撞到经过粗糙处理的基材表面后与表面 上的凸起和凹陷处形成的机械咬合。涂层的微粒 与表面、微粒与微粒之间靠相互嵌镶而连在一起。 在粗糙度较大的表面(如经过粗粒喷砂的表面或 有机制沟槽和螺纹的表面)上热喷涂时，机械嵌 合具有重要作用。实验证明，当在Ra=0.63μm 的表面上喷涂镍包铝时，结合强度为36～ 41MPa，如果表面经过喷砂粗糙化处理后，则 结合强度可达到45MPa。这在一定程度上反映 了机械嵌合的作用。表面越粗糙，机械嵌合的效 果越大。所以，在热喷涂工艺中，表面粗化已成 为必不可少的重要的预处理工序。 热喷涂技术
热喷涂技术
5、热喷涂材料涂层
喷涂材料可以做成丝状或粉末状，丝状材料只 有一定塑性的材料才能加工出来，而粉末材料 可根据需要任意配制，所以成份及比例范围非 常灵活。
热喷涂技术
5、热喷涂材料涂层
涂层形成过程 涂层的形成过程为：涂层材料经加热熔化和加 速→撞击到基体→冷却凝固→形成涂层。其中 涂层材料的加热、加速和凝固是最主要的三个 过程。
热喷涂技术
6、喷涂工艺流程
热喷涂工艺方法 1.火焰喷涂工艺：是线材火焰喷涂(Wire Flame Spray)和粉末火焰喷涂(Powder Flame Spray) 的总称。是最早的喷涂工艺。用乙炔、丙烷、 氢气或天然气等作燃料，以压缩空气、氧气或 惰性气体作动力，使熔融材料雾化并加速，喷 射到基体形成喷涂层。粉末、线材、棒材、带 材等都可以用火焰喷涂工艺进行术特点
1、前言
定 义 ：热喷涂是指采用氧——乙炔焰、电弧、 等离子弧、爆炸波等提供不同热源的喷涂装置， 产生高温高压焰流或超音速焰流，将要制成涂层 的材料如各种金属、陶瓷、金属加陶瓷的复合材 料、各种塑料粉末的固态喷涂材料，瞬间加热到 塑态或熔融态，高速喷涂到经过预处理（清洁粗 糙）的零部件表面形成涂层的一种表面加工方法。 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”，它是采用各种热源进 行喷涂和喷焊的总称。
热喷涂技术
5、热喷涂材料涂层
2)机械嵌合。机械嵌合是指具有具有一定动能的 熔滴在碰撞到经过粗糙处理的基材表面后与表面 上的凸起和凹陷处形成的机械咬合。涂层的微粒 与表面、微粒与微粒之间靠相互嵌镶而连在一起。 在粗糙度较大的表面(如经过粗粒喷砂的表面或 有机制沟槽和螺纹的表面)上热喷涂时，机械嵌 合具有重要作用。实验证明，当在Ra=0.63μm 的表面上喷涂镍包铝时，结合强度为36～ 41MPa，如果表面经过喷砂粗糙化处理后，则 结合强度可达到45MPa。这在一定程度上反映 了机械嵌合的作用。表面越粗糙，机械嵌合的效 果越大。所以，在热喷涂工艺中，表面粗化已成 为必不可少的重要的预处理工序。 热喷涂技术
热喷涂技术
5、热喷涂材料涂层
喷涂材料可以做成丝状或粉末状，丝状材料只 有一定塑性的材料才能加工出来，而粉末材料 可根据需要任意配制，所以成份及比例范围非 常灵活。
热喷涂技术
5、热喷涂材料涂层
涂层形成过程 涂层的形成过程为：涂层材料经加热熔化和加 速→撞击到基体→冷却凝固→形成涂层。其中 涂层材料的加热、加速和凝固是最主要的三个 过程。
热喷涂技术
6、喷涂工艺流程
热喷涂工艺方法 1.火焰喷涂工艺：是线材火焰喷涂(Wire Flame Spray)和粉末火焰喷涂(Powder Flame Spray) 的总称。是最早的喷涂工艺。用乙炔、丙烷、 氢气或天然气等作燃料，以压缩空气、氧气或 惰性气体作动力，使熔融材料雾化并加速，喷 射到基体形成喷涂层。粉末、线材、棒材、带 材等都可以用火焰喷涂工艺进行术特点
第五章-热喷涂技术PPT课件
18几种常用的热喷涂技术及常用表面工程技术的比较见表1等离子喷涂法火焰喷涂电弧喷涂法爆炸喷涂法熔粒速度ms4001502001500温度值12000300050004000典型涂层孔隙率11010151015典型结合强度mpa3070510102080100优点孔隙率低结合性好多用途基材温度低污设备简单工艺灵活成本低效率高污染低基材温度低孔隙率非常低结合性好基材温度低缺点成本较高孔隙率高结合性差对工件要预只应用于导电喷涂材料通常孔隙率较高成本高效率1953待喷涂表面的制备热喷涂的基本工艺流程图如图2所示工件表面制备201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
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
2021
19
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。
镍合金中用作喷涂材料的主要为镍铬合金，这类合金具有非 常好的抗高温氧化性能，可在880℃高温下使用，是目前应用很 广的热阻材料。
2021
26
5） 钼
钼在喷涂中常作为结合底层材料使用，还可以用作摩擦表面的 减摩工作涂层，如活塞环、刹车片、铝合金气缸等。
6）碳钢和低合金钢
碳钢和低合金钢是广泛应用的电弧喷涂材料。它具有强度较高、 耐磨性好、价格低廉等特点。
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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19
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。
镍合金中用作喷涂材料的主要为镍铬合金，这类合金具有非 常好的抗高温氧化性能，可在880℃高温下使用，是目前应用很 广的热阻材料。
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5） 钼
钼在喷涂中常作为结合底层材料使用，还可以用作摩擦表面的 减摩工作涂层，如活塞环、刹车片、铝合金气缸等。
6）碳钢和低合金钢
碳钢和低合金钢是广泛应用的电弧喷涂材料。它具有强度较高、 耐磨性好、价格低廉等特点。
热喷涂与堆焊.ppt
线 火爆超 火 常
材 焰炸音 焰 压
火 粉喷速 粉 电
焰 末涂喷 末 弧
喷喷 涂喷喷
涂涂
焊涂
减常气水低反 压压体稳压应 电等隧等等等 弧离道离离离 喷子等子子子 涂喷离喷喷喷
涂子涂涂涂
可 控 气 氛 等 离 子
高 速 等 离 子 喷 涂
喷
喷
涂
涂
火焰线材喷涂
❖ 线材火焰喷涂法是最早发明的喷涂法。它是 把金属线以一定的速度送进喷枪里，使端部 在高温火焰中熔化，随即用压缩空气把其雾 化并吹走，沉积在预处理过的工件表面上。
爆炸喷涂
❖ 爆炸喷涂：利用氧气和乙炔气点火燃烧，造 成气体膨胀而产生爆炸，释放出热能和冲击 波,热能使喷涂粉末熔化,冲击波则使熔融粉末 以700～800m/s的速度喷射到工件表面上形 成涂层。
❖ 优点： ①涂层和基体的结合强度高。 ②涂层致密，气孔率很低。 ③涂层表面加工后粗糙度低。 ④工件表面温度低。
激光喷涂
❖ 把高密度能量的激光束朝着接近于零件的基 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（喷涂环境可选择大气气 氛或惰性气体气氛，或真空下进行）。
热喷涂材料
粉末火焰喷涂
❖ 粉末火焰喷涂法：它与丝材火焰喷涂的不同之处是 喷涂材料不是丝材而是粉末。
❖ 优点：火焰喷涂可喷涂金属，陶瓷，塑料等材料， 应用非常灵活，喷涂设备轻便简单，可移动，价格 低于其他喷涂设备，经济型好，是目前喷涂技术中 使用较广泛的一种方法。
❖ 缺点：喷出的颗粒速度较小，火焰温度较低,涂层的 粘结强度及涂层本身的综合强度都比较低,且比其他 方法得到的气孔率都 大。
表面工程技术__热喷涂技术
IWE training
热喷涂技术特点
（1） 工艺灵活，适应范围广。 ） 工艺灵活，适应范围广。 （2） 基体及喷涂材料广泛。 ） 基体及喷涂材料广泛。 （3） 除去火焰喷熔及等离子弧粉末堆焊外， ） 除去火焰喷熔及等离子弧粉末堆焊外， 用热喷涂工艺加工的工件受热较少， 用热喷涂工艺加工的工件受热较少，工件 产生的应力变形很小。 产生的应力变形很小。 （4） 生产效率高。 ） 生产效率高。 （5） 应用范围广。 ） 应用范围广。
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2.5 常用喷涂材料
形式：粉末、线材、棒材、带材、 形式：粉末、线材、棒材、带材、柔性丝 等； 成分：金属、非金属、陶瓷、碳化物、 成分：金属、非金属、陶瓷、碳化物、紫 熔合金、复合粉、塑料、非晶体等。 熔合金、复合粉、塑料、非晶体等。 应用目的：耐磨损材料、耐腐蚀材料、 应用目的：耐磨损材料、耐腐蚀材料、耐 高温材料、隔热热障材料等。 高温材料、隔热热障材料等。
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2.4.2 涂层后处理和后加工
涂层后处理包括后热处理（重熔处理和扩散处理） 涂层后处理包括后热处理（重熔处理和扩散处理） 及封孔处理。 及封孔处理。 涂层后加工包括切削和磨削价格，切削热喷涂涂 涂层后加工包括切削和磨削价格， 层较好的刀具有以下3类：（1）添加碳化钽、碳 层较好的刀具有以下 类：（ ）添加碳化钽、 化铌的超细晶粒硬质合金；（ ；（2）陶瓷刀具材料； 化铌的超细晶粒硬质合金；（2）陶瓷刀具材料； （3）立方氮化硼（CBN）。 ）立方氮化硼（ ）。 热喷涂涂层的精加工通常采用磨削方法， 热喷涂涂层的精加工通常采用磨削方法，因为它 可以获得更高的精度与更好的表面粗糙度。 可以获得更高的精度与更好的表面粗糙度。
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热喷涂技术特点
（1） 工艺灵活，适应范围广。 ） 工艺灵活，适应范围广。 （2） 基体及喷涂材料广泛。 ） 基体及喷涂材料广泛。 （3） 除去火焰喷熔及等离子弧粉末堆焊外， ） 除去火焰喷熔及等离子弧粉末堆焊外， 用热喷涂工艺加工的工件受热较少， 用热喷涂工艺加工的工件受热较少，工件 产生的应力变形很小。 产生的应力变形很小。 （4） 生产效率高。 ） 生产效率高。 （5） 应用范围广。 ） 应用范围广。
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2.5 常用喷涂材料
形式：粉末、线材、棒材、带材、 形式：粉末、线材、棒材、带材、柔性丝 等； 成分：金属、非金属、陶瓷、碳化物、 成分：金属、非金属、陶瓷、碳化物、紫 熔合金、复合粉、塑料、非晶体等。 熔合金、复合粉、塑料、非晶体等。 应用目的：耐磨损材料、耐腐蚀材料、 应用目的：耐磨损材料、耐腐蚀材料、耐 高温材料、隔热热障材料等。 高温材料、隔热热障材料等。
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2.4.2 涂层后处理和后加工
涂层后处理包括后热处理（重熔处理和扩散处理） 涂层后处理包括后热处理（重熔处理和扩散处理） 及封孔处理。 及封孔处理。 涂层后加工包括切削和磨削价格，切削热喷涂涂 涂层后加工包括切削和磨削价格， 层较好的刀具有以下3类：（1）添加碳化钽、碳 层较好的刀具有以下 类：（ ）添加碳化钽、 化铌的超细晶粒硬质合金；（ ；（2）陶瓷刀具材料； 化铌的超细晶粒硬质合金；（2）陶瓷刀具材料； （3）立方氮化硼（CBN）。 ）立方氮化硼（ ）。 热喷涂涂层的精加工通常采用磨削方法， 热喷涂涂层的精加工通常采用磨削方法，因为它 可以获得更高的精度与更好的表面粗糙度。 可以获得更高的精度与更好的表面粗糙度。
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热喷涂技术原理及应用课件PPT
2. 孔隙度 粉末的球化程度越高和粉末的颗粒大小
通过喷涂方法的选择可以避免和减轻这一现象的发生。
对东喷方枪 明喷珠咀电部视分塔作钢适结当构变天热动线喷后喷，铝涂可涂用于层喷中涂塑不料可粉末避。免地存在着孔隙，孔隙度的大小与颗粒的温度和速度以及喷涂 例如，如果是陶瓷涂距层，离则和最好喷选涂用等角离度子喷等涂喷； 涂参数有关。一般来说，温度及速度都低的火焰喷涂和电弧喷涂涂 电Sp热la法t fo：rm高a频tio喷n:涂、层线材的电孔爆喷隙涂度都比较高，一般达到百分之几，甚至可达百分之十几。而高温的等离子喷涂 汽轮机、压缩机汽缸涂在长层期及的使高用速中其的中超分面音由速于微火振焰、热喷汽涂流腐涂蚀层及热则变孔形等隙而度发生较变低形状。、最面积低不可等及达深0浅.5各％异的以表下面破。坏，引起泄漏。
3) 熔粒与周围大气接触时间短：这可避免碳化物材料分解和脱碳； 4) 喷涂粉末细微，涂层光滑：粉末粒度为5-45μm，可获得表面光
滑的涂层； 5) 涂层致密，结合强度高：涂层的孔隙率可小于0.1%，结合力可大
于100N/mm2； 6) 气体耗量大、喷涂噪声大：目前喷枪所消耗的气体远大于一般火
焰喷涂； 7) 被广泛使用来制备碳化物（WC-Co、NiCr-Cr3C2）涂层和耐蚀
涂层断面形貌（层状结构）
7热喷涂的实际应用-钢结构防腐当中的应用
汽轮机、压缩机汽缸在长期的使用中其中分面由于微振、热汽流腐蚀及热变形等而发生变形状、面积不等及深浅各异的表面破坏，引起泄漏。
40mm 厚的热障陶瓷涂层，就能使金属零件表面的温度降低 200~300 ℃，并使热端部件免受燃气腐蚀和冲蚀。
它能把高温部件与高温燃气隔离开来，仅 0.
汽轮机、压缩机汽缸在长期的使用中其中分面由于微振、热汽流腐蚀及热变形等而发生变形状、面积不等及深浅各异的表面破坏，引起泄漏。
通过喷涂方法的选择可以避免和减轻这一现象的发生。
对东喷方枪 明喷珠咀电部视分塔作钢适结当构变天热动线喷后喷，铝涂可涂用于层喷中涂塑不料可粉末避。免地存在着孔隙，孔隙度的大小与颗粒的温度和速度以及喷涂 例如，如果是陶瓷涂距层，离则和最好喷选涂用等角离度子喷等涂喷； 涂参数有关。一般来说，温度及速度都低的火焰喷涂和电弧喷涂涂 电Sp热la法t fo：rm高a频tio喷n:涂、层线材的电孔爆喷隙涂度都比较高，一般达到百分之几，甚至可达百分之十几。而高温的等离子喷涂 汽轮机、压缩机汽缸涂在长层期及的使高用速中其的中超分面音由速于微火振焰、热喷汽涂流腐涂蚀层及热则变孔形等隙而度发生较变低形状。、最面积低不可等及达深0浅.5各％异的以表下面破。坏，引起泄漏。
3) 熔粒与周围大气接触时间短：这可避免碳化物材料分解和脱碳； 4) 喷涂粉末细微，涂层光滑：粉末粒度为5-45μm，可获得表面光
滑的涂层； 5) 涂层致密，结合强度高：涂层的孔隙率可小于0.1%，结合力可大
于100N/mm2； 6) 气体耗量大、喷涂噪声大：目前喷枪所消耗的气体远大于一般火
焰喷涂； 7) 被广泛使用来制备碳化物（WC-Co、NiCr-Cr3C2）涂层和耐蚀
涂层断面形貌（层状结构）
7热喷涂的实际应用-钢结构防腐当中的应用
汽轮机、压缩机汽缸在长期的使用中其中分面由于微振、热汽流腐蚀及热变形等而发生变形状、面积不等及深浅各异的表面破坏，引起泄漏。
40mm 厚的热障陶瓷涂层，就能使金属零件表面的温度降低 200~300 ℃，并使热端部件免受燃气腐蚀和冲蚀。
它能把高温部件与高温燃气隔离开来，仅 0.
汽轮机、压缩机汽缸在长期的使用中其中分面由于微振、热汽流腐蚀及热变形等而发生变形状、面积不等及深浅各异的表面破坏，引起泄漏。
热喷涂、喷焊与堆焊技术PPT演示文稿
涂层材料必须满足设计特性；
被喷涂的材料必须满足对热喷涂涂层使用 功能特性的基本要求，如耐磨、耐蚀、耐 高温、抗氧化、可磨耗密封、自润滑、热 辐射、导电、绝缘及超导等。
2 涂层材料具有良好的物理性能；
与基体或结合底层有良好的性能匹配。 27
3 涂层材料具有良好的稳定性；
17
火焰粉末喷涂设备
④ 爆炸喷涂
这是一种将燃气和助燃 气按一定比例进行混合 后，送入燃爆室内点燃 爆炸，产生的高温、高 速气流将粉末喷射到工 作表面形成涂层的方法
19
⑤ 高速火焰喷涂
该方法将燃烧火 焰约束在枪体内 部，火焰温度高， 对粒子加热时间 长，焰流速可达 1050 m/s。因此 涂层甚至比等离 子喷涂层更细密， 氧化物含量更低， 涂层结合强度约 为70 Mpa。噪 音大。
原因
1）喷焊材料需能够润湿基材；
2）必须与基材相容，即它们在液相和固 相下必须有一定的溶解度；
3）基材的熔点应高于喷焊材料的熔点， 否则易导致基材塌陷或损坏；
4）喷焊材料在凝固结晶过程中应不会产 生热裂纹，或使基材热影响区产生裂纹。
因此，热喷焊工艺只能适合于一些特定的金属材料（包
括基材和粉末）
35
C) 热喷焊工艺中基材的变形比热喷涂大得多；
３. 涂层材料
•热喷涂材料最好有较宽的液相区；
较宽的液相区可以使熔滴在较长时间内保持液相。
•对喷涂材料的形状与尺寸也有要求；
一般是线材或粉末材料。线材的规格一般在 φ1~3mm，而粉末1~100μm之间。
7
4. 涂层形成过程
涂层材料经加热熔化和加速→撞击基体→冷却 凝固→形成涂层。
其中涂层材料的加热、加速和凝固 过程是三个最主要的方面。
被喷涂的材料必须满足对热喷涂涂层使用 功能特性的基本要求，如耐磨、耐蚀、耐 高温、抗氧化、可磨耗密封、自润滑、热 辐射、导电、绝缘及超导等。
2 涂层材料具有良好的物理性能；
与基体或结合底层有良好的性能匹配。 27
3 涂层材料具有良好的稳定性；
17
火焰粉末喷涂设备
④ 爆炸喷涂
这是一种将燃气和助燃 气按一定比例进行混合 后，送入燃爆室内点燃 爆炸，产生的高温、高 速气流将粉末喷射到工 作表面形成涂层的方法
19
⑤ 高速火焰喷涂
该方法将燃烧火 焰约束在枪体内 部，火焰温度高， 对粒子加热时间 长，焰流速可达 1050 m/s。因此 涂层甚至比等离 子喷涂层更细密， 氧化物含量更低， 涂层结合强度约 为70 Mpa。噪 音大。
原因
1）喷焊材料需能够润湿基材；
2）必须与基材相容，即它们在液相和固 相下必须有一定的溶解度；
3）基材的熔点应高于喷焊材料的熔点， 否则易导致基材塌陷或损坏；
4）喷焊材料在凝固结晶过程中应不会产 生热裂纹，或使基材热影响区产生裂纹。
因此，热喷焊工艺只能适合于一些特定的金属材料（包
括基材和粉末）
35
C) 热喷焊工艺中基材的变形比热喷涂大得多；
３. 涂层材料
•热喷涂材料最好有较宽的液相区；
较宽的液相区可以使熔滴在较长时间内保持液相。
•对喷涂材料的形状与尺寸也有要求；
一般是线材或粉末材料。线材的规格一般在 φ1~3mm，而粉末1~100μm之间。
7
4. 涂层形成过程
涂层材料经加热熔化和加速→撞击基体→冷却 凝固→形成涂层。
其中涂层材料的加热、加速和凝固 过程是三个最主要的方面。
材料表面工程第五章 堆焊与热喷涂技术
第五章 堆焊及热喷涂技术
5.1 一 概述
堆焊：是借用焊接的手段对金属材料表面进行厚膜改质。 对本来是用一般材料制成的零件，通过堆焊一层高合金， 可使其性能得到明显的改善或提高。堆焊也是修复的方法
堆焊是一种熔焊工艺 ，堆焊就其物理本质和冶金过程 而言，具有焊接的一般规律，原则上已有的熔焊方法都可 以用于堆焊。
• (4)为防止工件变形，对批量较大的工件，应采用 专用工卡具，以防止变形。也可以采用预制反变 形法。对于工况条件为低应力磨料磨损的工件， 在基体表面堆焊成网格状焊道，就可以获得很高 的抗磨损性能，这样即可以降低成本，又可以防 止变形过大。
氧-乙炔堆焊
氧－乙炔火焰温度较低（3050～3100℃），火焰加热面 积大，可获得较低的稀释率（1﹪～10﹪），堆焊层厚度 较小，可在1㎜左右。氧-乙炔火焰尤其适用于堆焊碳化钨 管状焊丝，这种合金要求在堆焊时WC颗粒不熔化，这样 才能最好地发挥WC的耐磨性。
线材火焰喷涂
棒材火焰喷涂
气体燃烧热源
粉末火焰喷涂 超音速火焰喷涂
粉末火焰喷焊
热 喷 涂 方 法 的
气体放电热源
电弧喷涂 等离子喷涂
大气等离子喷涂
真空等离子喷涂 保护气氛等离子喷涂 水稳等离子喷涂 超音速等离子喷涂
种
等离子喷焊
类
电热热源
电容放电喷焊 感应加热喷涂
爆炸热源 激光热源
燃气重复爆炸喷涂 线材电爆喷涂
• (1)焊前清除工件表面上的油、锈。 • (2)将工件放平防止铁水流出。 • (3)用碳化焰将工件表面加热至半熔化温度，即呈现＂出
汗＂状态，此时添入堆焊材料进行堆焊。注意堆焊时不要 使母材完全熔化形成熔池。 • (4)堆焊时，焊丝和熔化区应处于还原焰的保护中，不得将 火焰急速移开，以防止堆焊金属氧化。 • (5)单层堆焊一般在2～3㎜厚，厚度不够时可用多层堆焊， 必要时可用火焰重熔堆焊层，以消除堆焊缺陷。
5.1 一 概述
堆焊：是借用焊接的手段对金属材料表面进行厚膜改质。 对本来是用一般材料制成的零件，通过堆焊一层高合金， 可使其性能得到明显的改善或提高。堆焊也是修复的方法
堆焊是一种熔焊工艺 ，堆焊就其物理本质和冶金过程 而言，具有焊接的一般规律，原则上已有的熔焊方法都可 以用于堆焊。
• (4)为防止工件变形，对批量较大的工件，应采用 专用工卡具，以防止变形。也可以采用预制反变 形法。对于工况条件为低应力磨料磨损的工件， 在基体表面堆焊成网格状焊道，就可以获得很高 的抗磨损性能，这样即可以降低成本，又可以防 止变形过大。
氧-乙炔堆焊
氧－乙炔火焰温度较低（3050～3100℃），火焰加热面 积大，可获得较低的稀释率（1﹪～10﹪），堆焊层厚度 较小，可在1㎜左右。氧-乙炔火焰尤其适用于堆焊碳化钨 管状焊丝，这种合金要求在堆焊时WC颗粒不熔化，这样 才能最好地发挥WC的耐磨性。
线材火焰喷涂
棒材火焰喷涂
气体燃烧热源
粉末火焰喷涂 超音速火焰喷涂
粉末火焰喷焊
热 喷 涂 方 法 的
气体放电热源
电弧喷涂 等离子喷涂
大气等离子喷涂
真空等离子喷涂 保护气氛等离子喷涂 水稳等离子喷涂 超音速等离子喷涂
种
等离子喷焊
类
电热热源
电容放电喷焊 感应加热喷涂
爆炸热源 激光热源
燃气重复爆炸喷涂 线材电爆喷涂
• (1)焊前清除工件表面上的油、锈。 • (2)将工件放平防止铁水流出。 • (3)用碳化焰将工件表面加热至半熔化温度，即呈现＂出
汗＂状态，此时添入堆焊材料进行堆焊。注意堆焊时不要 使母材完全熔化形成熔池。 • (4)堆焊时，焊丝和熔化区应处于还原焰的保护中，不得将 火焰急速移开，以防止堆焊金属氧化。 • (5)单层堆焊一般在2～3㎜厚，厚度不够时可用多层堆焊， 必要时可用火焰重熔堆焊层，以消除堆焊缺陷。
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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
2021
19
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。
2021
11
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
2021
凝固-收缩
12
热喷涂原理示意图
2021
13
涂层形成示意图
2021
14
涂层的结构
涂层结构示意图
2021
15
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。
2021
8
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：
（1） 热喷涂的种类：热喷涂细分有十几种，根据工件的要求 在应用时有较大的选择余地。
（2）涂层的功能多：适用于热喷涂的材料有金属及其合金、陶 瓷、塑料及它们的复合材料。
（3）使用热喷涂的零件范围宽。 （4）设备简单、生产率高 。 （5）操作环境较差，需加以防护。
2021
பைடு நூலகம்
5
热喷涂种类及特点
2021
6
1） 定义：热喷涂是利用一种热源将喷涂材料加热至熔融状态， 并通过气流吹动使其雾化高速喷射到零件表面，以形成喷涂层的 表面加工技术。
2）特点：喷涂层与基体之间，以及喷涂层中颗粒之间主要是通过 镶嵌，咬合、填塞这种机械形式连接，其次是微区冶金结合以及化 学键结合。在自熔性合金粉末，尤其是放热性自粘结复合粉末问世 以后，出现了喷涂层与基体之间以及喷涂层颗粒之间的微区冶金结 合的组织，使结合强度明显提高。
2021
9
热喷涂的一般原理
喷涂材料在热源中被加热的过程和颗粒与基体表面结合的过程 是热喷涂制备涂层的关键环节。尽管热喷涂的具体方法很多，且各 具特点，但无论哪种方法，其喷涂过程、涂层形成原理和涂层结构 基本相同。
从喷涂材料进入热源到形成涂层，喷涂过程一般经历四个阶段 ：
（1）喷涂材料的加热、熔化：对于线材，当端部进入热源高温区域 时，全部被加热熔化；对于粉末，进入热源高温区域，在行进的过程 中被加热熔化或软化。
（2）熔化的喷涂材料被雾化：现材端部熔化形成的熔滴在外加压缩 气流或热源自身射流的作用下脱离线材并成微小熔滴向前喷射，粉末 一般不存在熔粒破碎和雾化的过程，而是被气流成热源射流推着向前 喷射 。
2021
10
（3）熔融或软化的微细颗粒的喷射飞行：在飞行过程中，颗粒 首先被加速形成粒子流，随着飞行距离增加，粒子运动速度逐渐 减小。
从而形成涂层的表
热喷涂的发展
种类与特点
2021
3
热喷涂的发展
• 20世纪初：喷涂锌、铝等低熔点的金属 • 二战期间：线材火焰喷涂用于零件的修复－》
火焰粉末喷涂 • 50 年代：研制出自熔性合金粉末和放热型复合
粉末 • 爆炸喷涂、等离子喷涂——陶瓷涂层、复合梯
度涂层
2021
4
热喷涂技术的发展
Sulzer Metco 公司热喷涂设备、材料销售和热喷涂技术发展。
2021
17
几种常用的热喷涂技术及常用表面工程技术的比较见表1
等离子喷涂法
火焰喷涂
电弧喷涂法
爆炸喷涂法
熔粒速度/(m/s) 温度值 典型涂层孔隙率（％）
400 12000 1～10
150 3000 10～15
200 5000 10～15
1500 4000 1～2
典型结合强度/MPa
30～70
5～10
第五章 热喷涂技术
2021
1
5.1 概述
热喷涂技术以其方法的多样性、涂层种 类的广泛性和良好的经济性在机械制造 和设备维修中有广阔的应用前景。
2021
2
• 是使用某种方式的热源， 使喷涂材料加热至熔融或
半熔融状态， 用高压气流将其雾化， 并以一定速度
热喷涂
喷射到经过预处理的零件表面， 面加工技术。
2021
16
涂层的结合
1）机械结合。撞成扁平状并随基材表面起伏的颗粒，由于凹凸 不平的表面互相嵌合（即紧缩效应），形成机械的键而结合。
2）冶金-化学结合，这是当涂层和基材表面出现扩散和微区合金 化时的一种结合类型。包括在结合面上生成金属间化合物或固溶 体。
3） 物理结合。颗粒对基材表面的结合，是由范德华力或价键 形成的结合。
（4）粒子在基材表面发生碰撞、变形、凝固和堆集：当具有一 定温度和速度的微细颗粒与基材表面接触时，颗粒与基体表面 产生强烈的碰撞，颗粒的动能转化为热能并部分传递给基材， 同时微细颗粒沿凹凸不平表面产生变形，变形的颗粒迅速冷凝 并产生收缩，扁平状黏结在基材表面。喷涂的粒子束仍需不断 地运动并冲击表面，产生碰撞-变形-冷凝收缩的过程，变形的颗 粒与基材表面之间，以及颗粒与颗粒之间互相黏结在一起，从 而形成涂层。
10～20
80～100
优点 缺点
孔隙率低，结合 性好，多用途， 基材温度低，污 染低
成本较高
设备简单， 工艺灵活
成本低，效率 高，污染低， 基材温度低
孔隙率高， 结合性差， 对工件要预 热
只应用于导电 喷涂材料，通 常孔隙率较高
孔隙率非常低， 结合性好，基 材温度低
成本高，效率 低
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18
5.3 待喷涂表面的制备
喷涂材料需要热源加热和喷涂层与零件基材之间主要是机械结合， 这是热喷涂技术最基本的特征。
2021
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热喷涂的分类，应以热源形式为主，在此基 础上必要时可再冠以喷涂材料的形态（粉材、丝 材、棒材）、材料的性质（金属、非金属）、能 量级别（高能、高速）、喷涂环境（大气、真空、 负压）等。
热喷涂可简明分为四大类，火焰喷涂、电弧 喷涂、等离子喷涂和特种喷涂。
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。
2021
11
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
2021
凝固-收缩
12
热喷涂原理示意图
2021
13
涂层形成示意图
2021
14
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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8
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：
（1） 热喷涂的种类：热喷涂细分有十几种，根据工件的要求 在应用时有较大的选择余地。
（2）涂层的功能多：适用于热喷涂的材料有金属及其合金、陶 瓷、塑料及它们的复合材料。
（3）使用热喷涂的零件范围宽。 （4）设备简单、生产率高 。 （5）操作环境较差，需加以防护。
2021
பைடு நூலகம்
5
热喷涂种类及特点
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6
1） 定义：热喷涂是利用一种热源将喷涂材料加热至熔融状态， 并通过气流吹动使其雾化高速喷射到零件表面，以形成喷涂层的 表面加工技术。
2）特点：喷涂层与基体之间，以及喷涂层中颗粒之间主要是通过 镶嵌，咬合、填塞这种机械形式连接，其次是微区冶金结合以及化 学键结合。在自熔性合金粉末，尤其是放热性自粘结复合粉末问世 以后，出现了喷涂层与基体之间以及喷涂层颗粒之间的微区冶金结 合的组织，使结合强度明显提高。
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9
热喷涂的一般原理
喷涂材料在热源中被加热的过程和颗粒与基体表面结合的过程 是热喷涂制备涂层的关键环节。尽管热喷涂的具体方法很多，且各 具特点，但无论哪种方法，其喷涂过程、涂层形成原理和涂层结构 基本相同。
从喷涂材料进入热源到形成涂层，喷涂过程一般经历四个阶段 ：
（1）喷涂材料的加热、熔化：对于线材，当端部进入热源高温区域 时，全部被加热熔化；对于粉末，进入热源高温区域，在行进的过程 中被加热熔化或软化。
（2）熔化的喷涂材料被雾化：现材端部熔化形成的熔滴在外加压缩 气流或热源自身射流的作用下脱离线材并成微小熔滴向前喷射，粉末 一般不存在熔粒破碎和雾化的过程，而是被气流成热源射流推着向前 喷射 。
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10
（3）熔融或软化的微细颗粒的喷射飞行：在飞行过程中，颗粒 首先被加速形成粒子流，随着飞行距离增加，粒子运动速度逐渐 减小。
从而形成涂层的表
热喷涂的发展
种类与特点
2021
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热喷涂的发展
• 20世纪初：喷涂锌、铝等低熔点的金属 • 二战期间：线材火焰喷涂用于零件的修复－》
火焰粉末喷涂 • 50 年代：研制出自熔性合金粉末和放热型复合
粉末 • 爆炸喷涂、等离子喷涂——陶瓷涂层、复合梯
度涂层
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热喷涂技术的发展
Sulzer Metco 公司热喷涂设备、材料销售和热喷涂技术发展。
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几种常用的热喷涂技术及常用表面工程技术的比较见表1
等离子喷涂法
火焰喷涂
电弧喷涂法
爆炸喷涂法
熔粒速度/(m/s) 温度值 典型涂层孔隙率（％）
400 12000 1～10
150 3000 10～15
200 5000 10～15
1500 4000 1～2
典型结合强度/MPa
30～70
5～10
第五章 热喷涂技术
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5.1 概述
热喷涂技术以其方法的多样性、涂层种 类的广泛性和良好的经济性在机械制造 和设备维修中有广阔的应用前景。
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2
• 是使用某种方式的热源， 使喷涂材料加热至熔融或
半熔融状态， 用高压气流将其雾化， 并以一定速度
热喷涂
喷射到经过预处理的零件表面， 面加工技术。
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16
涂层的结合
1）机械结合。撞成扁平状并随基材表面起伏的颗粒，由于凹凸 不平的表面互相嵌合（即紧缩效应），形成机械的键而结合。
2）冶金-化学结合，这是当涂层和基材表面出现扩散和微区合金 化时的一种结合类型。包括在结合面上生成金属间化合物或固溶 体。
3） 物理结合。颗粒对基材表面的结合，是由范德华力或价键 形成的结合。
（4）粒子在基材表面发生碰撞、变形、凝固和堆集：当具有一 定温度和速度的微细颗粒与基材表面接触时，颗粒与基体表面 产生强烈的碰撞，颗粒的动能转化为热能并部分传递给基材， 同时微细颗粒沿凹凸不平表面产生变形，变形的颗粒迅速冷凝 并产生收缩，扁平状黏结在基材表面。喷涂的粒子束仍需不断 地运动并冲击表面，产生碰撞-变形-冷凝收缩的过程，变形的颗 粒与基材表面之间，以及颗粒与颗粒之间互相黏结在一起，从 而形成涂层。
10～20
80～100
优点 缺点
孔隙率低，结合 性好，多用途， 基材温度低，污 染低
成本较高
设备简单， 工艺灵活
成本低，效率 高，污染低， 基材温度低
孔隙率高， 结合性差， 对工件要预 热
只应用于导电 喷涂材料，通 常孔隙率较高
孔隙率非常低， 结合性好，基 材温度低
成本高，效率 低
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5.3 待喷涂表面的制备
喷涂材料需要热源加热和喷涂层与零件基材之间主要是机械结合， 这是热喷涂技术最基本的特征。
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热喷涂的分类，应以热源形式为主，在此基 础上必要时可再冠以喷涂材料的形态（粉材、丝 材、棒材）、材料的性质（金属、非金属）、能 量级别（高能、高速）、喷涂环境（大气、真空、 负压）等。
热喷涂可简明分为四大类，火焰喷涂、电弧 喷涂、等离子喷涂和特种喷涂。