热喷涂技术原理及应用

1、热喷涂技术原理及应用2106.11.16热喷涂技术原理什么是热喷涂?是一种表面强化和防护技术。利用高温热源（电弧、等离子弧.燃烧）将喷涂材料（粉末状或丝状的金属和非 金属涂层材料）加热成熔融或是液态,然后利用热流 本身的动力或是外加高速气流使喷涂材料汽化后喷射至 预处理过的材料表面形成涂层,以此改善材料表面的物 理化学性能FlamePlasmaArcWire Powder DropletW，T,d)SSubstrate丿ImpactFlattening SolidaficationoatingSubstrateAccelerati ngHeati ngk丿Particle or Droplet

2、gen eratio nSplat formation:Impact, flatteningSolidificatio nJ丿热喷涂技术原理o2热喷涂技术分类电热法:高频喷涂.线材电爆喷涂激光热源:激光喷涂、激光喷熔热源种类温度（C ）丙烷-氧气2640天然气-氧气2735氢气-氧气2690乙块-氧气3100电弧5000-6000等离子电弧 10000线材火焰喷涂.棒材火焰喷涂 宅体燃烧火焰法粉末火焰喷涂.爆炸喷涂I超音速火焰喷涂.粉末火焰喷熔（电弧喷涂大气等离子喷涂真空等离子喷涂气体放电法等离子喷涂保护气体等离子喷涂水稳等离子喷涂超音速等离子喷涂i等离子喷熔3热喷涂枪粉末等离子喷涂高速火焰喷

3、涂粉末火焰丝材电弧喷涂 丝材火焰喷涂3丄等离子体热喷涂枪2 1/3/66等离子喷涂枪示意图1-喷涂粉末；2工作气;齐阴极；牛阳极;5-等离子射流；6-基体:7-喷涂层；31等离子体热喷涂枪特点：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；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、而寸磨、隔热、绝缘、抗高温和 特殊功能涂层。3.2粉末火焰热喷涂枪38粉末火焰喷涂原理示意图氧

4、4鋼做盒瞬瞬末；3.2粉末火焰热喷涂枪特点：小；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lOWOMPa。应用:粉棗火焰喷涂广泛用于机械部件和化工容器、辗筒表面制备 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。3.3电弧热喷涂枪2 K11015i5推拉式电弧喷涂机电弧喷涂原理7F意图1 直流电源；2金属丝;3送丝滚轮;牛导电块；5-导电嘴; 6空气喷嘴；7电弧；&喷涂射流;9涂层;10基体3.3

5、电弧热喷涂枪电弧热喷涂枪的应用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、锯钢、青铜、巴氏合金等材料，用于修 复零件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3.4爆炸热喷涂枪38爆炸喷涂原理示意图氮气；2-粉末；3-火花塞；4-喷涂射流;5 涂层;6基体;7氧气;8乙焕3.4爆炸热喷涂枪爆炸喷涂特点及应用1)2)3)4)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； 涂层硬度高:喷涂WCCo涂层的断面硬度比等离子喷 涂高50%以上；气孔率低:喷涂

6、WC-Co涂层气孔率一般只有0.5% ; 目前爆炸喷涂主要用于制备优质耐磨涂层。3.5超音速热喷涂枪54Jet- 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;超音速热喷涂特点及应用1)2)3)4)5)6)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5 50 800 m/s ;鐸豔備黠停齬離幡廳籍:黑集中的喷射束流；31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; 喷涂粉末细微,涂层光滑：粉末粒度为5-45pm ,可获得表面光 滑的涂层；涂层致密,结合强度高：涂层的孔隙率可小于0.1% ,结合力

7、可大T100N/mm2 ;气体耗量夫、喷涂噪声大：目前喷枪所消耗的气体远大于一般火 焰喷涂被产宦筱用来制备碳化物（WC-Co、NiCr-Cr3C2 ）涂层和耐蚀 涂层。4热喷涂材料热喷涂的目的是什么?1抗氧化,抗腐蚀2抗磨3抗咼温4修复装饰5改变电磁光性能c 常见的热喷涂材料金属及其合金Fe. AL Zm Nk Cu. M。等各种金属及其合金 Ni3AL TiNi等金属间化合物;Ti、Zr和Hf （系元素）碳化物;Cr. M。和W （系元素）硼化物；V. Nb和Ta （系元素）氮化物Ni/Co/Fe基合金 + AI2O3. ZrO2 等金属基复合材料Ni/Co/Fe基合金 + WCf TiCf

8、 Cg等Al/Ni基材料+磨料陶瓷AI2O3% ZrO2. TiO2% CQ氧化物；有机材料聚醛.聚丙烯类共聚物 AI-S1+聚醴等5热喷涂涂层性能材料在基底上的沂积示结构意图5热喷涂涂层性能5热喷涂涂层性能OOLayer lines (between passes)Splat thicknessTO pmUnmetted particleOxide inclusions5热喷涂涂层性能4$740 C单个粒子表面形貌530 C5热喷涂涂层性能涂层断面形貌（层状结构）5热喷涂涂层性能1. 化学成分由于涂层材料在熔化和喷射过程中,在高温下会与周围介质发生作用生成氧化物、 氮化物，以及在高温下会发生

9、分解,因而涂层的成分与涂层材料的成分是有一定的差异 的，并在一定程度上影响涂层的性能。如MCrAlY氧化后会影响其耐蚀性，而WC - Co 经氧化和高温分解后其耐磨性会降低。通过喷涂方法的选择可以避免和减轻这一现象的 发生。如采用低压等离子喷涂可大大减少涂层材料的氧化”而高速火焰喷涂则可以防止 碳化物的高温分解。2. 孔隙度热喷涂涂层中不可避免地存在着孔隙,孔隙度的大小与颗粒的温度和速度以及喷涂 距离和喷涂角度等喷涂参数有关。V来说,温度及速度都低的火焰喷涂和电弧喷涂涂 层的孔隙度都比较高，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 涂层及高速的超音速火焰喷涂涂层则孔隙度较低。最

10、低可达0.5 %以下。3. 硬度由于热喷涂涂层在形成时的激冷和高速撞击,涂层晶粒细化以及晶格产生畸变使涂 层得到强化，因而热喷涂涂层的硬度比一般材料的硬度要高一些，其大小也会因喷涂方 法的不同而有所差异。Hui|rn帚一壬4X昨-V必蛊重壬吹Se o7热喷涂的实际应用机械当中的应用对于一些不便拆卸安装的大型轴类零件可以在现场修复,如发电机转子和汽轮机转子的轴颈有划伤,可制造专用工装在现场进行修复。13 08 2004 16 227热喷涂的实际应用机械当中的应用汽轮机、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。采用热喷涂对各破坏处进 行喷涂填补、打磨，恢复平面的尺寸精度。7热喷涂的实际应用发电