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文档简介

1、6热喷涂、喷焊与堆焊技术教学目的和要求学习热喷涂.喷焊与堆焊技术的工艺流程,主要工艺方法 及其基本原理与主要特点;热喷涂层的组织特征及涂层应力 特点。重点:热喷涂技术的技术原理与特点.工艺流程.涂层 形成过程.喷涂层的组织特征及涂层应力特点。热喷涂、喷焊、堆焊技术都是利用热能(如氧乙烘火焰、电弧、等 离子火焰等)将具有特殊性能的涂层材料熔化后涂敷在工件上形成涂 层的技术。重要特点:可以制备比较厚的涂层(O.l-lOmm)o 主要应用:制造复合层零件修复6.1热喷涂技术、热喷涂技术原理与特点1. 热喷涂原理定义:釆用各种热源使涂层材料加热熔化或半熔化,然后用高速气体使涂层材料分散细化并高速撞击到

2、基体表面形成涂层的工艺过程。图6-1热喷涂技术原理示意图图6-1热喷涂技术原理示意图涂层图6-1热喷涂技术原理示意图分类:图6-3常用热喷涂工艺的分类各I喷涂方法的fl I ;/L温度和米i r速度不同。250V/m s5007501 000一般火培啖涂(粉末)一般火焰喷涂(线材)电弧咦涂大气等高子安涂超音速火焰畋涂爆炸熨涂EZZJ2 500L】温度MB速度5 000f/r7 50010 000图54各种热喷涂法的加热温度及火焰流速的概值分布2. 热喷涂技术的特点涂层及基体材质广泛基体温度低 操作灵活喷涂效率高、涂层厚度范围宽(不足)热效率低、材料利用率低、涂层与基体结合强度较低。(三低)3.

3、 涂层材料有较宽的液相区,在喷涂方必须是线材或粉末材料孟度下不易分解或挥发;热喷涂材料按材料的形态分线材、棒材和粉末三大类。热喷涂线材和棒材分类类别分类品种金屈 线材有色金属(1) 纯金属:Zn Al、Cu Ni、Mo(2) 合金:Zn-Al, Pb-Sn Cu合金、巴氏合金、Ni合金普通钢及 低合金钢碳钢、低合金钢咼合金钢不锈钢、耐热钢棒材陶瓷棒材A12O3, TiO?, Cr2O3 ZrO2 Al2O3+MgO Al2O3+SiO2复合 线材金属包金屈铝包鎳、鎳包合金金屈包陶瓷金属包碳化物、金属包氧化物塑料包覆塑料包金屈、塑料包陶瓷热喷涂材料的要求(1) 热稳定性好,在高温焰流中不升华,不

4、分解(复合粉末)O(2) 有较宽的液相区,使熔滴在较长时间内保持液相。(3) 与基材有相近的热膨胀系数,以防止因膨胀系数相差过 大产生较大的热应力。(4) 喷涂材料在熔融状态下应和基材有较好的浸润性,以保 证涂层与基材之间有良好的结合性能。热喷涂材料的选材原则(1) 要把实用性、工艺性和经济性结合起来考虑,尽量选择 合理的喷涂材料。(2) 对于重要的部件以获得最优涂层性能为准则;不十分重 要的部件则以获得最大的经济效益为准则。(3) 根据工件的工作环境选择合适的工作涂层。(4) 为满足喷涂工件的使用要求,可采用复合涂层和梯度涂 层。4. 涂层形成过程涂层材料经加热熔化和加速一撞击基体冷却凝固形

5、成涂层基体涂层图6-1热喷涂技术原理示意图涂层形成过程(1) 喷涂材料被加热到熔融状态。(2) 喷涂材料被雾化成微小熔滴并高速撞击基体表面,撞击 基体的颗粒动能越大和冲击变形越大,形成的涂层结合越好。熔融的高速粒子在冲击基材表面后发生变形,冷凝后形成涂层。图涂层形成过程示蕙图图6-5等离子喷涂钳涂层微观结构5.涂层结构基氏PorositySubstrateUnmelted particle冬3 -熬费涂涂层原理示恚燮热喷涂涂层结构示意图i 涂层;2氧化物夹杂;3 孔隙或空洞;4 颗粒间 的粘接;5 变形颗粒;6 基体粗糙度;7 涂层与基体结合面组成:由大小不一的扁平颗粒、未熔化的球形颗粒、孔隙

6、产生原因:未熔化颗粒的低冲击动能;喷涂角度不同时造成的遮蔽效应; 凝固收缩和应力释放效应。孔隙的影响:(不利)将损坏涂层的耐腐蚀性能,增加涂层表面加工后的粗糙度,降低涂层的结 合强度、硬度、耐磨性。(有利)孔隙可以储存润滑剂,提高涂层的隔热性能,减小内应力并因此增加涂层 厚度,以及提畜涂层抗热震性能。此外,孔隙还有助于提高涂层的可磨耗性能,特别 适用于可磨耗易严涂层中。6. 热喷涂中的相变高冷速一亚稳相一使用时相变或分解相变应力涂层受张应力由于涂层颗粒收缩基体使涂层产生张应力涂层颗粒收缩使基体受压应力F7TT门门TTn涂层应力大于结合强度涂层受张应力图6-6涂层中的残余应力7. 涂层应力喷涂完

7、成后,在涂层内部会产生残余张应力而在基体表面产生压 应力。其大小与涂层厚度成正比。薄涂层一般比厚涂层更加经久耐用。涂层结构和喷涂方法影响涂层的应力水平。残余应力限制了涂层的厚度。减少涂层残余应力措施:(1) 调整喷涂工艺参数;(2) 致密涂层的残余应力要比疏松涂层大;(3) 釆用梯度过渡层缓和涂层内应力。8. 涂层的结合强度结合强度较差。结合机理:冲击图斑搶变形收绍4J 涂层形成过程示意图微冶金结合:局部扩散和焊合机械结合(抛锚作用):机械咬合结合强度只相当于母体材料的5-30% (10 - 90MPa )。9-热喷涂工艺流程和质量控制工艺流程:基体表面预处理、热喷涂、后处理、精加工等过程。图

8、6-7热喷涂工艺流程图清洗与粗化是两个非常重要工艺步骤,直接影响涂层的结合质量。粗化表面可使涂层与基体之间、涂层颗粒之间的结合得到强化: 提供表面压应力; 提供涂层颗粒互锁的结构; 增大结合面积; 净化表面。粗化处理一般釆用喷砂加粘结底层的办法。涂层(质量分数)温度/T钳31580%Ni-20%Al62095%Ni-5%Al101080%Ni-20%Cr126094%NiCr-6%Al980Ni (Co) CrAlY1316表6-2粘结底层材料及最高 使用温度采用喷砂加粘结底层的粗化处理方法,可粘结底层:能够在很宽的条件下喷涂并粘 结在清洁、光滑的表面上的涂层,且其表 面粗糙度适中,对随后喷涂

9、的其它涂层有 良好的粘结作用。粘结底层适用于太薄或太硬的基体材料。明显提高结合强度。气体成分气体温度 气流速度喷涂距离嘴率流 喷功气喷涂质量控制:送粉(粉末或线材)粉末粒度和形状或线材尺寸输送速度输送方法和位置载气成分和速度物理化学性质基体 u 表面清洗 表面粗化 基体温度 冷却 移动速度 物理化学性质图6-8热喷涂过程影响因数热能的产生热能与喷涂材料交互作用颗粒与基体交互作用图6-7热喷涂工艺流程图图4J涂层形成过程示意图3)增大结合面积;基材表面预处理(1) 净化处理:清除表面污垢。(2) 粗化处理:提高涂层与基体之间的结合牢度。粗化处理可提高涂层结合强度的理由是:1) 提供表面压应力;2

10、) 提供与涂层颗粒互锁机会;4) 净化表面。粗化处理的方法1)表面喷砂,使其粗糙度为Ra3212.5屮m表6-1达到所要求粗糙度的喷砂条件磨料粒度 /目磨料材质喷砂压力/kPa喷嘴孔径/mm设备类型基体材质粗糙度/p m246080氧化铝 氧化铝 碳化硅 氧化铝4144144147.97.97.9压力式 虹吸式压力式钢 不锈钢塑料12.56.36.32)开槽;图3-9车沟橹示意图图3-9车沟橹示意图D4(h53060 /沟槽两侧尺=05接近垂直图3-9车沟橹示意图图3-12平面边缘开槽3)电火花拉毛;4)喷涂粘结底层。图3-6电拉毛原理示意图1工件;2镣棒;3电刷夹具;4-电缆F 5电源粘结底

11、层材料及最高使用温度涂层(质量分数)温度/c钳31580%Ni20%Al62095 % Ni5 % Al101080%Ni20%Cr126094%Ni6%Al980Ni(Co)CrY1316表6-3常用封孔剂类型封 孔剂1非干燥型石蜡,油脂,油空气干煤型油漆,氯化橡胶,空气干燥型酚醛,乙烯树脂,硅树脂,煤焦油,聚氨酯, 亚麻子油,聚酯烘烤型烘烤酚醛,酚醛树脂,环氮树脂,聚酣,聚酰胺树脂催化型环魚树脂,聚酯,聚氨酣无机封孔剂硅酸钠,磷酸盐涂层的后处理包括封孔处理和致密化处理。多孔隙是热喷涂层的固有缺陷(孔隙度可大于15%)。封孔处理的作用: 防止或阻止涂层界面处的腐蚀; 延长铝和锌防护涂层的寿命

12、;封孔处理是在喷涂之 后、机加工之前进行。 在某些机械部件中防止液体和压力的密封泄露; 防止污染或研磨碎屑碎片进入涂层;保持陶瓷涂层的绝缘强度。致密化处理的方法及技术:“两步法”热喷焊1.重熔致密化处理:火焰重熔,炉内重熔,感应重熔,激光束重熔, 电子束重熔等;2.高温致密化合金化处理:热等静压,热扩散,高温烧结等;3.复合工艺处理:喷涂-电镀工艺,喷涂一轧制工艺等。机加工对热喷涂层是必要的,也是较困难的。质量控制质量控制要素(4M ):设备(Machine )、材料 (Materials)、丨艺(Methods)和人员(Man)。二、热喷涂工艺方法比较项目火焰喷涂和弧喷小g离子咙)爆炸喷涂超

13、音速火焰喷涂热源电颯加热电弧产生高 船低压等离子 体煤油、乙烯、丙烯、氢气Cg流岐)850-2000电弧本身20000.熔滴温度6003800 20000未知1400-2500焰锻速度/(m*7)50- 10030-500200 1200800-1200300-1200血典速度/(nrrj)20-8020-30030-800*800100-1000热效率()60-809035-55未知50-70沉积效率()50-8070*9050-80未知70-90喷涂材料形恋粉末、线材线材粉末粉末粉末结合强度/MPa710358570址小扎隙率()121020.11.火焰喷涂工艺种类:线材火焰喷涂粉末火焰喷

14、涂历史悠久,且目前仍广泛使用。热源:氧乙烘、丙烷、氢气、天然气等特点:气化 空净器r(优点)设备投资少,无电力要求,操作容易,沉积效率高等(缺点)涂层氧含量较高,孔隙较多,焰流温度较低,涂层种类较少,涂层结合强度偏低,涂层质量不高O表6-5最常用的火焰喷涂涂层材料及应用火焰喷涂主 要用于低熔 点金属和塑 料的喷涂。涂层材料应用锌、铝钢结构的阴极保护防腐涂层镣-铝粘结底层钳粘结底层;优异的抗粘着磨损性能,用于活塞环、同步齿轮环和轴颈离借钢耐磨保护涂层冑铜、巴氏合金轴承修复不锈钢、傑、蒙乃儿合金耐腐蚀涂层铝、操铝抗热氧化涂层刻料防廊蚀涂层(1)线材火焰喷涂线材火焰喷涂原理图。线材火焰喷涂设备示意图

15、和喷涂枪。Fueigas空气W? Air cap做气空气迪道Oxy-genAir pa&sagenNC22le涂层Coating工佇VJorkpieceComprefegdd AirWire FlameWire Source(2)粉末火焰喷涂(2)粉末火焰喷涂粉末火焰喷涂的基本原理和喷涂枪。易末Compressed AirPawda Fs&der火焰喷涂工艺工艺流程工件表面预处理-预热I喷涂打底层-喷涂工作层I后处理。a) 预热目的:1)去除工件表面的水分;2)提高工件表面与熔粒的接触温度;3)降低涂层冷却速度,减小涂层内应力。预热温度一般控制在150300C为宜。可直接用喷枪预热。扌 需打底

16、层时,可在喷涂工作层之前用 钮或放热型的鎳包铝、铝包鎳粉末先喷涂一层厚度约010015m m的打底层。严格控制喷涂材料的供给速度、喷涂距离(100 150mm)、每道涂层的厚 度(0.10.15mm)、喷枪与工件的移 动速度(718m/min)和层间温度(2.电弧喷涂工艺压缩空气压缩空气等喷涂大面积涂层(防腐锌、铝涂层)。大型零件的修复和表面强化。工作电压:1U0V直流电压 特点:(优点)涂层密度及结合强度较高,喷涂速度和 沉积效率高,运行费用较低。(缺点)只能用于具有导电性能的金属线材。应用:1)热效率高:电弧喷涂热能利用率高达60%70%。2)涂层密度(7090%)比火焰喷涂涂层致密,结合

17、强度比火 焰喷涂高。3020102UW.N/独如绘2010锌荃材种类碟3)电弧喷涂可以利用两根成分不同的金属丝 制备假合金涂层。4)由于电弧喷涂是两丝同时送进,所以喷涂 效率高。5)火焰喷涂消耗的燃料费是电弧喷涂电费的 几十倍。(2)电弧喷涂工艺电弧喷涂主要工艺参数有:1)电弧电压:取决于喷涂材料的熔点,一般不低于1525Vo2)电弧电流:电弧电流有自调节作用,调节电流可维持电弧的 长度和稳定性。3)送丝速度:取决于电参数和线材的性质,决定了电弧喷涂速 度。4)压缩空气压力和流量:影响喷涂材料的雾化效果和熔粒的飞 行速度,对涂层的质量有很大的影响。5)喷涂距离应控制在100200mm,喷涂角不

18、应小于45(3)电弧喷涂的用途(3)电弧喷涂的用途用于修复零部件。1)在钢铁构件上喷涂锌、铝涂层,对构件进行长效防护。2)在钢铁件上喷铝可防止高温氧化。3)在钢铁件上喷不锈钢或其它耐磨金属,用于耐磨蚀防护。4)在机械零件上喷涂碳钢、青铜等材料,5)在塑料制品上喷涂屏蔽涂层等。6)用电弧喷铝或喷锌生产复合钢板。粉末输送3.等离子喷涂工艺粉末输送特点:(优点)焰流温度高,喷涂材料适应面广,特别适合喷涂高熔点材料;涂层密度及 结合强度高。(缺点)热效率低、沉积效率较低,设备相对复杂、价格较贵,喷涂成本高。粉末输送粉末输送a)图 6-15 Ni8OCr2O 涂层)火焰喷涂b)大气等离子喷涂b)等离子喷

19、涂设备包括电源、供粉系统、水冷系统等。电气控制系统*喷枪.气源和气路、送粉器等离子喷涂喷枪及喷嘴。粉末送入方式:外送式和内送式。外送粉式内送粉式1) 输入功率和电参数:确保粉末熔化良好,防止出现生粉。2) 等离子气体的选择:A氮气:热恰高,价格低廉,是等离子喷涂主要工作气体。A氮气:易于引弧,等离子弧稳定,有很好的气体保护作用。氢气:可作为辅助气体起到提高热焙和防氧化的作用。3)供粉速率:速率过大使熔化不良的粉粒增多,涂层组织 疏松、气孔率增大;速率过低则降低喷涂效率。4)喷涂距离和喷涂角:喷涂金属粉末时喷距为75130mm; 喷涂陶瓷粉末时喷距为50lOOmmo喷涂角度以90为最佳。5)喷枪

20、与工件的相对移动速度:移动速度快些为好,可防 止一次喷涂过厚导致涂层内应力过大,还可避免局部过热。(3)等离子喷涂的应用图517爆炸喷枪示意图图 6 巧劇g 的WC,寿命提高10倍;2)燃烧室的定位卡环上喷一层0.12mm厚寿命提高7倍。Fuel gas Oxygen扩駁形礁聘Expansen nozzle压粥空气窃末号我气 Compressed a ifPc-vAler and earner gasVAtorkpieGe衿却水甄气f 紛末 窓气f涂层Coating 菱莊冲击波 5hockvavsffl 3-18高速火焰唄涂设备原理035. 超音速火焰喷涂(High Velocity Oxyg

21、en FueL 简称HVOF)(1) 超音速火焰喷涂原理超音速火焰喷涂原理图。(3)超音速喷涂的特点1)焰流速度高但温度相对较低,适合喷涂含碳化物材料。2)涂层致密(99.9%),表面粗糙度低。3)结合强度略低于爆炸喷涂,达70MPa以上。4)喷涂效率高,但燃料消耗大,喷涂成本比较高。;5)噪音大(120dB),需有隔音和防护装置。(4) 涂层性能及应用超音速喷涂的涂层质量优于等离子喷涂的涂层。表5-11等离子和超音速法喷J-800CO涂层性能对比项II等离子法超音速法硬度/HRC82 8787 91结合强度/Mpa平均58.7平均79组织氧化物多、空隙率高氧化物少、空隙率低热振试验(加热到1

22、093C,淬人液态Freon中)涂层完好粗糙度中等低喷嘴距工件距离710358570最小孔隙()121020.13.塑料热喷涂材料热喷涂塑料涂层具有成本低、投资少,涂层厚度与工作场地无限 制,不含溶剂,符合环保要求等特点。塑料热喷涂材料熔化温度范围应较宽、粘度较低、热稳定性应好;一般为粉末形式(适合火焰喷涂)O4.热喷涂用复合粉末材料(主要)为适应热喷涂工艺而制备的复合材料通过增强相增强涂层性能的复合材料表6-9四、热喷涂技术的应用1喷涂耐腐蚀涂层(1) 铝、锌及其合金涂层:锌、铝的腐蚀电极电位高于铁, 涂层有保护作用,可用于桥梁、铁塔等大型部件的防腐处理 (在锌中加铝可提高涂层的耐蚀性能,若

23、铝的质量分数为30%, 则耐蚀性最佳)。(2) 不锈钢涂层:不锈钢电极电位比铁高,易在涂层孔隙处 产生电化学腐蚀,所以喷涂后必须封孔处理。(3) 塑料涂层:用于化工、食品等行业。2喷涂耐磨涂层(1) 用于耐磨的涂层:1)涂层硬度超过磨料硬度:如氧化铝 陶瓷涂层或银基、钻基碳化钩涂层。 用于轧车昆、螺旋送料器等部件。丽右殊碳化粵钻涂层的F5 它唐方鬲更 前起落槊Ctnt ttrr 彳 *4 A X rw cc n r n# m m U*U *TIrw w i * ry A ILr 广V(2) 用于修复的涂层:喷涂铁基或银基 耐磨合金涂层。3喷涂耐高温涂层3喷涂耐高温涂层(1) 抗高温氧化的涂层:

24、如超音速火 焰喷涂Cr2C3-NiCr涂层;用等离子喷 涂氧化铝陶瓷涂层。第24 燃烧室Figure 24 Combustion Chamber热障涂层:使金属基体与高温环 境隔离,保持金属构件的力学性能。4喷涂功能涂层(1)生物相容性涂层:在种植体(不锈 钢等)表面用等离子喷涂一层生物相容 性好的轻基磷灰石涂层,生物组织可以 长入涂层中的孔隙中,与种植体形成牢 固的结合。hit H4/S15斥汎最人掏凶兵有性魏和寧科泊SUMEKV 丁如云亠El 3 7S各种人丄骨5喷涂成型6汽车制造傅21 反旋转等惠子喷涂I C cfc C fcr r*mc W:图3-74汽下中热喷涂部件示例7航空航天闱7

25、7 涂层的燃2涡轮机館Figure 77 Coated gas turbine vanes图26 技术钱先高产能的处乐等寢子蔚涂系统(LPPS /遼涂撚代涡疑叶片Figure 26 A mcdem LPPS high-volume production system fcr coating gas turbine blades热喷涂技术的应用领域和市场工业机械冶金纺织诲纸第五、热喷涂的涂层质量评定1外观涂层应无剥离、裂纹、大的变形等宏观缺陷。2涂层的硬度用布氏、洛氏、维氏和显微硬度法测量涂层硬度。$3涂层的厚度(1) 直接测量法:用卡尺或在显微镜下测量。(2) 测厚仪测量法:1)涡流法:利用高

26、频磁场引起金属内部涡流,涡流产生的磁 场又影响探头的阻抗,测量其阻抗值就可确定涂层的厚度。2)磁性法:根据非磁性涂层对探头磁通量的变化值来测量。4涂层结合强度(1)涂层拉伸结合强度:制备试样,涂层厚度大于038nmi。 用粘结剂把试样粘结在一起,然后将其拉断,拉伸结合强度:式中,为涂层结合强度;F为试样断裂载荷;A。为试样涂层面积。图3 47黏结拉伸结合强度试样(2)涂层剪切强度:用粘结剂将 涂层A粘在B(a),然后拉伸使涂 层与基材分离;或用(b)方法在材料 试验机上缓慢加压,直至涂层被剪 切剥离,此时涂层的剪切强度F/。ttDL式中,P涂层剪切剥离时的载荷;D- 试样末喷涂前的直径;L涂层

27、在试样上 的宽度。(3)涂层的弯曲强度:将涂层试样弯曲到一定角度时,涂层开 始出现龟裂的弯曲角度就是涂层的弯曲强度。ffi三总弯曲试验链并称重,涂层密度Pc:田3巧1宜接算堆测定涂层覆度试样 1诙样墓体,2亠用加工后的摩斥3-Mtax去悼的徐卑4涂层的孔隙度(1)计算法:按图351加工涂层试样Pc =式中G 试样重量;ps 基材密度;V$基材 体积;Vc涂层体积。根据Pc算出涂层孔隙度孔隙度=(1 - )x10吆式中,Pg 涂层材料密度(pm可从相关手册中查得)。(2)金相法:用金相显微镜中的栅格测定孔隙所占的格数, 与总视场格数的比值即为涂层的孔隙度。(3) 试剂法和高压放电法。5涂层的金相

28、检测用金相观察涂层的组织、涂层与基体的结合程度、涂层 中的微观缺陷等。六、热喷涂技术的发展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。60年代以来主要喷涂方法的应用比例15%15%70%I帧年枷驸潼应用币场firs?电罷瞬C3零漓子碣涂H和年掛嘴徐应用市场例9.火焰狀捞瞪廉火焰粉末I徐E3电弧蚁涂E3璋商子喷漁25%48%火焰丝材崛涿 田火焙粉末嚅徐电孤烦涂畀雋子喷涂2000年脸瑞徐应用珥场他StHYOF叩徐ffi 3 7主雯热喷徐方法空不同

29、时期的应用比例j 热喷涂技术主要发展动向(产功率高热焰等离子喷涂,提高喷涂效率,降低成本。(2) 精密喷涂技术。(3) 用热喷涂法部分代替镀硬縮的工艺。(4) 新型热障涂层,如喷涂0.3mm的MCrAlY热障涂层可使基材 温度降低200300 C o(5) 喷涂新材料,如纳米涂层材料、非晶态涂层材料。(6) 计算机自动控制,提高生产效率,减少工作强度。J(7) 在较低温度下具有高速飞行的喷 涂,如脉冲放电线爆喷涂)和冷喷涂 技术。图3-37脉冲放电线爆喷涂原理r充电装置,2金属丝;3-涂层;4一工件图3-38冷喷原理图-喷枪小一系统结构图C 一电容R-充电电阻点一放电开关严曾工艺与特点、热喷焊

30、工艺的一般特点定义:釆用热源使涂层材料在基体表面重新熔化或部分熔化,实现涂层与基体之间、涂层内颗粒之间的冶金结合,消除孔隙的表面处理技术。(喷焊)种类:氧一乙烘火焰喷焊等离子喷焊后洽化后阁12 -自熔檢层.Figure 12 Self-ffuxing coating(激光熔覆技术)第层(母材成分占创)KXXXXXXXXXXXK/第三层(母材成环占论.52)/第UM 母材成分占己3 %)/,母材在熔台比为50%时,母材溶入堆焊金属中所占的比例在喷焊过程中,合金粉末在基材表面有一个重熔并铺展的过程。喷焊的基本特点:(1) (最大优点)热喷焊层组织致密,冶金缺陷很少,与基材为冶金 结合、结合强度高;

31、涂层厚度大而不易开裂;(2) 喷焊材料与基材必须匹配;(3) 基材热变形大;喷焊适用范围的局限性(4) 喷焊层会被“稀释”稀释率 7 = 4TBxl00%喷焊层稀释率A:喷焊的金属质量B:基材熔化的金属质量II越大,涂层性能与原粉末性能偏差越大热喷焊工艺与热喷涂工艺的区别1)工件表面温度:喷涂时工件表面温度900 C o2)结合状态:喷涂层以机械结合为主;喷焊层是冶金结合。3)粉末材料:喷焊用自熔性合金粉末,喷涂粉末不受限制。4)涂层结构:喷涂层有孔隙,喷焊层均匀致密无孔隙。5)承载能力:喷焊层可承受冲击载荷和较高的接触应力。6)稀释率:喷焊层的r|约5%10%,喷涂层的q几乎为零。:、氧一乙

32、烘火焰喷焊7气接头螺母8粉糾开关9一中祁主体10乙缺开关阀II气开关阀12手抽13-后部接体14 一乙做接头15賢U接头喷焊:预热、喷粉、重熔特点:设备简单、工艺简单易学;结合强度高,耐冲蚀磨损性能好。工艺过程:预处后处理 被认为是介于热喷涂和堆焊技术之间的一项“中间”技术。1、等离子喷焊定义:采用等离子弧作为热源加热基体,使其表面形成熔池,同时将喷 焊粉末材料送入等离子弧中,粉末在弧柱中得到预热,呈熔化或半 熔化状态,被焰流喷射至熔池后,充分熔化并排出气体和熔渣,喷 枪移开后合金熔池凝固,形成喷焊层的工艺过程。与氧乙烘火焰喷焊相比:其工艺重复性好、材料范围宽。钙电极离子气高频粉末辆助电源屏蔽

33、气等离了体喷焊层基林-喷嘴 冷却水图6-21等离子喷焊示意图转移弧:主弧等离子喷焊一般采用双电源O非转移弧: 工作时首先引燃特点:(1)生产效率高、可喷焊难熔材料;(2)稀释率低;(3)工艺稳定性好,易实现自动化;(大批量加工)(4)喷焊层平整光滑,成分、组织均匀,厚度更大(0.25-8mm,火焰喷0.2-3mm)且可精确控制。工艺过程:与氧一乙烘火焰喷焊相同。:仝离子喷焊工艺已成为内燃机排气门表面喷焊耐磨涂层的专用工艺。等离子喷焊的应用Hardfacing Application四、常用热喷焊材料 一般为粉末材料的熔点要求比基体熔点低,有自脱氧造渣性能(也称为自熔 性)。(自熔性合金)自熔性

34、合金粉末:利用合金中B、Si元素的作用,获得高质量 的喷焊层。B、Si的作用是:(1) 降低合金熔点,扩大固液两相区(熔点9501200C) o(2) 起到脱氧还原作用。(3) 起到造渣作用。(4) 利用B、Si固溶强化、弥散强化、生成的金属间化合物以及 硼碳化合物等,提高合金的硬度和耐磨性。(5) 使自熔性合金有良好的喷焊工艺性能。热喷焊材料分类常用的热喷焊材料分为铁基、牒基、钻基和铜基四大类。表611常用热喷涂材料户S m 4几n血【“口 4-丄、八|工I虫常用热喷焊材料种类熔点/ C常用喷焊工艺功能镰基自熔 性合金NiCrBSi9501100火焰、等离子喷焊耐磨、耐热、耐蚀及耐气蚀焊层N

35、iCrBSi-WC火焰、等离子喷涂耐冲蚀焊层钻基自熔 性合金CoCrBSi10501150等离子喷焊高温耐磨焊层CoCrBSi-WC等离子喷焊耐高温冲蚀焊层铁基自熔 性合金不锈钢型11001200火焰、等离子喷焊耐磨、耐蚀、耐高温磨损, 阀门密封焊层铜基自熔 性合金硅镒青铜型9001050火焰、等离子喷焊耐磨减摩焊层及尺寸恢复磷青铜型850火焰、等离子喷焊耐磨减摩焊层及 低压阀门密封面焊层五、喷焊层质量评定喷焊层主要评定指标有涂层厚度、硬度、稀释率、结合强 度以及界面和涂层显微结构等。6.3堆焊工艺及特点定义:的課牛表面熔敷上一层耐磨、耐蚀、耐热等具有特殊性能合金层厚度:0.8-15mm目的:

36、为了发挥堆焊层的优良性能。用途:零件修复或制造特殊表面性能的新零件。團意义:本拿理使用材料、节约贵重金属、提高产品使用寿命、降低制造成其物理本质和冶金过程与一般的熔焊工艺基本相同。在堆焊时必须控制尽可能低的稀释率,有足够高的生产效 证焊层的冶金质量。常规堆焊般釆用线材或焊条。与热喷涂相比:优势:熔敷效率高,技术更成熟不足:稀释率大堆焊技术应用非常广泛。堆焊层的形成和控制1.堆焊层的形成堆焊时必定会产生过渡层。2-相容性冶金相容性:互溶性、金属间化合物是否产生物理相容性:熔化温度、热膨胀系数、热导率、比电阻等。图6-22在低碳钢上用Cr22Nil5多层堆焊的放射性同位索(Cu)示踪照片a)烬后状

37、态b) 640七何火4h3熔合区定义:堆焊层与基体之间的分界区, 包括:熔合线、过渡区段(过渡层) 熔合线:过渡层与基体之间的界线。注意控制过渡层中脆性金属间化合物的形成。堆焊过程中应尽量避免或控制过渡层的产生和长大。应根据基体材料合理 选用堆焊材料。4.稀释率稀释率的控制:(1)控制堆焊工艺参数 (2)向熔池中补加填充金属5-内应力减少堆焊层内应力的方法:(1)焊前预热 (2)焊后缓冷 (3)堆焊底层二、堆焊工艺方法各种焊接方法都可以用来进行堆焊O常用堆焊工艺方法: 氧一乙烘焰堆焊 手工电弧堆焊 磚极氮弧堆焊 熔化极气体保护电弧堆焊 埋弧堆焊等离子弧堆焊 电渣堆焊堆焊材料通常为棒状、管状、带

38、状。稀释率、熔敷速度和堆焊层厚度是最重要的指标。表6-12几种堆焊工艺方法比较堆悍工艺方法稀释率()熔敷連度/(kgh)最小堆焊层厚度/皿熔敷效率()氧-乙抉手工送丝0.5- 1.80.8 焰堆焊占动送丝rjo/0.5-6.80.8手工电弧堆悍30-500.5-5.43.265钩极畝弧堆焊10-200.5-4.52.498-100熔化极气体保护电弧堆焊10-400.95.43.290-95其中,自保护电弧堆焊15-402.3- 11.33.280-85单丝30-604.5-11.33.295多丝15-2511.3-27.24.895埋弧堆烬串联电弧10-2511.3 - 15.94.895单带极10-2012-363.095多带极8 - 1522-684.095手工送丝5-150.5 3.62.498 100等离子弧堆炸自动送丝5- 150.5-3.62.498 - 100双热丝5- 1513-272.498 100电渣堆焊10 1415 )95-100常用堆焊方法特点堆焊方法特点氧一乙块焰堆焊设备简驻,成本低。火焰温度较低,稀释率小。堆焊层 表而光滑,用于堆焊批量不大的零件。手工电弧堆焊设备简单,成本低,是种主要的堆焊力法。常用十小 型或复杂形状零件的全位置堆焊修复。

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