热喷涂技术及应用讲解

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等离子喷涂原理示意图 1-喷涂粉末；2-工作气；3-阴极；4-阳极；5-等离子射流；6-基体；7-喷涂层;
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冷却水源 主电源
APS设备组成
水冷器
直流电源
预热器 压力计
H2 N2
Ar
He
流量计
控制台 工 作 气
等离子枪
载粉气
送粉器
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APS涂层特点及应用
特点:
a. 喷涂材料范围广：制备难熔金属、陶瓷、金属陶 瓷复合材料涂层及其它特殊功能涂层；
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；
电弧喷涂原理示意图 1-直流电源；2-金属丝；3-送丝滚轮；4-导电块；5-导电嘴；
6-空气喷嘴；7-电弧；8-喷涂射流；9-涂层；10-基体
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电弧喷涂设备
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电弧喷涂典型应用
1) 钢铁构件上制备Zn、Al长效防护涂层； 2） 在钢铁件上喷涂不锈钢或其它耐磨金属，用于耐磨蚀防护； 3) 喷涂碳钢、铬钢、青铜、巴氏合金等材料，用于修复零件
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什么是热喷涂？
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。
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热喷涂原理
Particle or Droplet generation
Accelerating Heating
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爆炸喷涂原理示意图 1-氮气；2-粉末；3-火花塞；4-喷涂射流；5-涂层；
6-基体；7-氧气；8-乙炔
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爆炸喷涂设备
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爆炸喷涂特点及应用
1) 涂层结合强度高：它与基材的结合力比等离子喷涂高， 尤其是WC-Co涂层比等离子喷涂高2倍以上；
2) 涂层硬度高：喷涂WC-Co涂层的断面硬度比等离子喷 涂高50%以上；
b. 等离子弧温度高，能量集中，焰流速度高涂层结 合强度高，可达35-70MPa，气孔率可控制到2-5%；
c. 惰性气体等离子射流有保护气氛，加氢的射流有 还原气氛，避免或减少了喷涂粒子的氧化；
应用：
制备质量要求高的耐蚀、耐磨、隔热、绝缘、抗高 温和特殊功能涂层。
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电弧喷涂
电弧喷涂是将两根被喷涂的金属丝作为自耗性电极，利用其端面产 生的电弧作热源来熔化金属丝材，用压缩空气进行雾化的热喷涂方法。
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粉末火焰喷涂原理示意图
1-氧、乙炔混合气；2-送粉气；3-喷涂粉末；4-喷嘴；5-火焰；6-涂层；7-基体
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火焰喷涂特点及应用
特点：
a. 设备简单、轻便、初投资少，操作工艺简单，现场施工方便； b. 适于机械零部件的局部修复和强化，成本低，耗时少，效益高； c. 可以喷涂纯金属粉、合金、陶瓷、金属陶瓷和复合粉末等多种材料； d. 涂层孔隙率较高，涂层结合强度10-30MPa。
电弧喷涂
大气等离子喷涂
热
真空等离子喷涂
喷 气体放电法 等离子喷涂 保护气体等离子喷涂
涂
水稳等离子喷涂
超音速等离子喷涂
等离子喷熔
电热法：高频喷涂、线材电爆喷涂
激光热源：激光喷涂、激光喷熔
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几种主要热喷涂方法和设备
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Hale Waihona Puke Baidu
粉末火焰喷涂
喷枪通过气阀分别引入燃料气（主要采用乙炔）和氧气，经混合后从 喷咀喷出，产生燃烧火焰。合金粉末在高速氧气流的带动下由喷嘴射、、 出，穿过燃烧火焰时被加热到熔化或半熔化状态，并高速撞击在已预处 理的基体表面上，沉积为喷涂层。
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Jet-Kote超音速粉末火焰枪原理图 1-粉末及送粉气；2-冷却水；3-冷却水；4-氧气；5-燃料气；
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超音速火焰喷涂设备
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特点及应用
1) 火焰及喷涂粒子速度极高：燃气流速可达1500-2000m/s，粉 粒撞击到工件表面的速度为550~800 m/s；
2) 粉粒在火焰中加热时间长：喷涂粉末以中心轴式方法供给， 这种供粉方式使粉末在火焰中停留时间长，能均匀地受热熔 融，产生集中的喷射束流；
7) 被广泛使用来制备碳化物（WC-Co、NiCr-Cr3C2）涂层和 耐蚀涂层。
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热喷涂的应用范围
航天航空、机械、电子、冶金、能源、交通、 石油、化工、食品、轻纺等，并在高新技术领域 也得到了应用。
Splat formation: Impact, flattening
Solidification 3
典型热喷涂系统
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涂层结构
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单个粒子表面形貌
530 oC
740 oC
涂层断面形貌（层状结构）
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热喷涂分类
线材火焰喷涂、棒材火焰喷涂
气体燃烧火焰法 粉末火焰喷涂、爆炸喷涂
超音速火焰喷涂、粉末火焰喷熔
应用：
粉末火焰喷涂广泛用于机械部件和化工容器、辊筒表面制备耐蚀、耐磨 涂层。对喷枪喷咀部分作适当变动后，可用于喷涂塑料粉末。
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等离子喷涂
在阴极和阳极（喷嘴）之间产生一直流电弧。该电弧把导 入的工作气体加热电离成高温等离子体并从喷嘴喷出形成 等离子焰。粉末由送粉气体送入等离子射流后被熔化、加 速、喷射到以预处理的基体材料表面形成涂层。
已磨损或尺寸超差的部位； 4) 在电容器上喷涂导电涂层，在塑料制品上喷涂屏蔽涂层等。
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爆炸喷涂
将一定比例和流量的乙炔和氧气引入内径为25mm 的水冷枪筒内，与同时引入的喷涂粉末混合，通过火 花塞瞬间引爆，枪筒内的温度突然上升到3300℃以上, 气体燃烧的速度超过音速的十倍，形成冲击波, 爆炸的 热能将喷涂粉末加热到熔融或半熔融状态，并使熔粒 加速到2倍音速喷出，撞击到基体表面形成涂层，此后 将氮气引入枪筒内置换，直到下一个爆炸过程开始， 喷涂频率可达每秒4-8次。
3) 气孔率低：喷涂WC-Co涂层气孔率一般只有0.5%； 4) 目前爆炸喷涂主要用于制备优质耐磨涂层。
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超音速火焰喷涂
燃料气体（氢气、丙烷、丙烯或MAPP）和助燃剂（O2) 以一定的比例导入燃烧室内混合，爆炸式燃烧，高温燃气 经燃烧室上部燃烧头内的四根倾斜喷管进入铜喷咀，粉末 由送粉气（Ar或N2）定量沿燃烧头内碳化钨中心套管送 入高温燃气中，由高温高速燃气带出喷咀，高速喷射到工 件上形成涂层，整个喷枪由循环水冷却。