第7章表面涂覆技术

1、7.1 涂料与涂装涂料与涂装7.2 外表粘结外表粘结7.3 堆焊堆焊7.4 热喷涂热喷涂7.5 电火花外表涂敷电火花外表涂敷7.6 热浸镀热浸镀第七章第七章 外表涂敷技术外表涂敷技术 外表粘结技术是指以高分子聚合物与功能填料外表粘结技术是指以高分子聚合物与功能填料如石墨、二硫化钼、金属粉末、陶瓷粉末和如石墨、二硫化钼、金属粉末、陶瓷粉末和纤维组成的复合材料胶粘剂涂敷于零件外表纤维组成的复合材料胶粘剂涂敷于零件外表，以赋予零件外表特殊功能如耐磨损、耐腐，以赋予零件外表特殊功能如耐磨损、耐腐蚀、绝缘、导电、保温、防辐射等的一项外蚀、绝缘、导电、保温、防辐射等的一项外表新技术。是在零件外表形成功能涂

2、层。表新技术。是在零件外表形成功能涂层。 室温固化、应力分布均匀、能粘涂不同的材料；室温固化、应力分布均匀、能粘涂不同的材料；工艺简便，不需要专门设备，只需将胶黏剂涂敷工艺简便，不需要专门设备，只需将胶黏剂涂敷于待修外表，室温操作，不会使零件产生热影响于待修外表，室温操作，不会使零件产生热影响和变形；和变形；可根据需要使零件外表获得耐磨、耐蚀、绝缘、可根据需要使零件外表获得耐磨、耐蚀、绝缘、导电等性能，是一种快速而价廉的修复和预保护导电等性能，是一种快速而价廉的修复和预保护工艺。工艺。 可粘涂各种不同的材料，如金属、陶瓷、塑料、水可粘涂各种不同的材料，如金属、陶瓷、塑料、水泥、橡胶等；泥、橡胶

3、等；尤其适用于特殊材料和特殊工况零件的修复：尤其适用于特殊材料和特殊工况零件的修复：难以或无法焊接的材料制成的零件；难以或无法焊接的材料制成的零件；薄壁零件，用热修复方法如堆焊修复时容易变形薄壁零件，用热修复方法如堆焊修复时容易变形和产生裂纹，用外表黏涂修复可以防止这些问题的产和产生裂纹，用外表黏涂修复可以防止这些问题的产生；生；结构形状复杂的零件内外沟槽、内孔磨损、难以焊补结构形状复杂的零件内外沟槽、内孔磨损、难以焊补，采用外表黏涂技术修复十分方便；，采用外表黏涂技术修复十分方便；某些特殊工况和特殊部件；某些特殊工况和特殊部件；需现场修复的零部件。需现场修复的零部件。 外表粘涂层在湿热、冷热

4、交变、冲击条件下，以及外表粘涂层在湿热、冷热交变、冲击条件下，以及其他复杂环境条件下的工作寿命是有限的；其他复杂环境条件下的工作寿命是有限的；有机胶粘剂构成的外表粘涂层耐温性不高，一般不有机胶粘剂构成的外表粘涂层耐温性不高，一般不超过超过350，无机胶粘剂可耐，无机胶粘剂可耐1000高温，陶瓷胶高温，陶瓷胶粘剂耐高温达粘剂耐高温达2000以上，但较脆以上，但较脆 ；外表涂层有较高的抗拉、剪切强度，但抗剥离强度外表涂层有较高的抗拉、剪切强度，但抗剥离强度较低；较低；使用有机胶粘剂，尤其是溶剂型胶粘剂存在易燃、使用有机胶粘剂，尤其是溶剂型胶粘剂存在易燃、有毒等平安和环境问题。有毒等平安和环境问题。

5、 粘结剂粘合剂的组成与分类粘结剂粘合剂的组成与分类粘结剂粘结剂基料基料固化剂固化剂填料填料辅助材料辅助材料基料基料(粘料或胶料粘料或胶料) 主要为主要为热固性树脂、合成橡胶热固性树脂、合成橡胶等，如环氧酚醛、等，如环氧酚醛、聚氨酯弹性体、不饱和聚酯、丙稀酸酯等，具有三聚氨酯弹性体、不饱和聚酯、丙稀酸酯等，具有三向交联结构，尤其经改性处理后，强度、韧性、耐向交联结构，尤其经改性处理后，强度、韧性、耐介质性、耐水、耐热性大大高于一般聚合物材料。介质性、耐水、耐热性大大高于一般聚合物材料。 固化剂硬化剂或熟化剂固化剂硬化剂或熟化剂 填料填料(增强材料增强材料) 增强材料的选择对复合材料涂层的性能至关

6、重增强材料的选择对复合材料涂层的性能至关重要，从化学角度讲，选用的增强材料要，从化学角度讲，选用的增强材料性能性能为：为：中性或弱碱性，不含结合水，与粘料亲合性好，中性或弱碱性，不含结合水，与粘料亲合性好，对液体及气体无吸附性；对液体及气体无吸附性；纯度高、耐热性好，如混入杂质，会引起树脂纯度高、耐热性好，如混入杂质，会引起树脂降解；降解；密度小，分散性好，在树脂中无沉降。密度小，分散性好，在树脂中无沉降。 包括增塑剂、增韧剂、稀释剂、固化促进剂、包括增塑剂、增韧剂、稀释剂、固化促进剂、偶联剂、消泡剂、抗老化剂等。偶联剂、消泡剂、抗老化剂等。 辅助材料辅助材料：大大改善涂层的韧性、抗老化性以及

7、降低胶：大大改善涂层的韧性、抗老化性以及降低胶的粘度、提高涂敷质量、改善施工工艺性等。的粘度、提高涂敷质量、改善施工工艺性等。粘结剂的种类粘结剂的种类外表粘结工艺及涂层加工外表粘结工艺及涂层加工用粘结剂进行涂敷非常简便，根本工艺步骤为：用粘结剂进行涂敷非常简便，根本工艺步骤为：外表预处理外表预处理配制修补剂配制修补剂涂敷涂敷固化固化机加工机加工u 外表预处理外表预处理 外表粘涂材料与基体的结合主要靠物理及化学结合，所以外表预处理的好坏在很大程度上决定能否成功地完成涂敷。待涂敷的工件外表绝对不能有油脂、锈迹、尘土及水分，这些污物使修补剂与待涂外表的局部粘结性能下降，即使在不高的压力下也会引起涂层

8、局部脱落和碎裂。u 外表预处理外表预处理 不同的工况有不同的外表处理要求，相应地也就有不同的处不同的工况有不同的外表处理要求，相应地也就有不同的处理方法。理方法。(1)常规外表处理：常规外表处理： 严重的油污必须用清洗剂或化学纯丙酮清洗；严重的油污必须用清洗剂或化学纯丙酮清洗； 所有的游离物、铁锈及外表污染物，包括原有的涂层必须要去所有的游离物、铁锈及外表污染物，包括原有的涂层必须要去除掉；除掉； 不要在除锈剂清理后的外表未经枯燥处理就直接涂敷修补剂；不要在除锈剂清理后的外表未经枯燥处理就直接涂敷修补剂； 清洗后的外表应尽快涂敷外表粘涂材料，以免清洗后的外表再清洗后的外表应尽快涂敷外表粘涂材料

9、，以免清洗后的外表再次生锈，氧化或污染；次生锈，氧化或污染； 修补时不得有任何液体进入待修外表。修补时不得有任何液体进入待修外表。u 外表预处理外表预处理(2)油面修复的外表处理油面修复的外表处理 工作状态的油箱、油罐、油管产生泄漏，修复时要工作状态的油箱、油罐、油管产生泄漏，修复时要做到彻底除油往往非常困难，但修复前外表必须经过以做到彻底除油往往非常困难，但修复前外表必须经过以下步骤：下步骤： 擦去待修位的油泥；擦去待修位的油泥； 用断锯片、砂布或磨轮等除去外表油漆露出金属基体；用断锯片、砂布或磨轮等除去外表油漆露出金属基体； 如果不能关闭作业系统，必须首先止漏；如果不能关闭作业系统，必须首

10、先止漏； 止漏后用干净的棉布有清洗剂更好擦去修复部位止漏后用干净的棉布有清洗剂更好擦去修复部位外表的浮油。外表的浮油。u 外表预处理外表预处理(3)湿面修复的外表处理湿面修复的外表处理 外表潮湿的原因很多，有天气外表潮湿的原因很多，有天气 、冷凝水、泄漏或渗、冷凝水、泄漏或渗漏，用一般的外表粘涂材料必须使外表枯燥，外表处理漏，用一般的外表粘涂材料必须使外表枯燥，外表处理步骤如下：步骤如下： 必须止住泄漏或渗漏，有时只需关掉阀门即可，如果必须止住泄漏或渗漏，有时只需关掉阀门即可，如果不允许关闭作业系统，必须首先止漏；不允许关闭作业系统，必须首先止漏； 如果泄漏是由腐蚀引起的，漏点边的内壁变得很薄

11、、如果泄漏是由腐蚀引起的，漏点边的内壁变得很薄、很疏松，此时可先将孔扩大到原壁厚处，然后再堵；很疏松，此时可先将孔扩大到原壁厚处，然后再堵； 用吸水材料擦去外表的冷凝水、湿迹及污物，余下的用吸水材料擦去外表的冷凝水、湿迹及污物，余下的湿气可通过加热吹干；湿气可通过加热吹干； 后续步骤同常规外表处理后续步骤同常规外表处理1-7。u 配制外表粘结材料配制外表粘结材料 1准确配比准确配比 A+B 2混合均匀混合均匀 3其他其他 对于紧急修补类产品，尤其在夏季施工时，配制量不对于紧急修补类产品，尤其在夏季施工时，配制量不宜超过宜超过20g，以防施工前产生硬化；，以防施工前产生硬化； 配制过程中有时空气

12、会混进修补剂中产生气泡，可在配制过程中有时空气会混进修补剂中产生气泡，可在塑料板上用胶刀将修补剂摊开，放慢搅拌速度将气泡排塑料板上用胶刀将修补剂摊开，放慢搅拌速度将气泡排出去。出去。u 涂敷涂敷 1糊状粘结材料在使用时应选择宽度适合于修补面的刮刀，糊状粘结材料在使用时应选择宽度适合于修补面的刮刀，将混合后的修补材料用力反复在待修外表来回涂抹，以确保该外将混合后的修补材料用力反复在待修外表来回涂抹，以确保该外表完全被修补剂浸润；表完全被修补剂浸润； 2液体粘结材料应选用硬鬃毛刷子或橡胶刷涂器；液体粘结材料应选用硬鬃毛刷子或橡胶刷涂器； 3修补过程中如有多余物被挤出，应立即在其固化之前去修补过程中

13、如有多余物被挤出，应立即在其固化之前去除掉；除掉； 4为提高修复层的力学性能或弥补大的缺陷，应使用补强为提高修复层的力学性能或弥补大的缺陷，应使用补强带；带； 5假设外表粘结材料涂层固化后需涂敷另一种外表粘结材假设外表粘结材料涂层固化后需涂敷另一种外表粘结材料来补强，应先打磨粗化底层的涂层外表。料来补强，应先打磨粗化底层的涂层外表。u 固化过程固化过程 1固化反响及影响因素： 固化反响：A+B 从顺滑的泥状或液态到涂层开始硬化的交界点，称为初硬点，在此之前的时间段为粘涂材料的初硬阶段，又称适用期； 温度对固化过程的影响: 温度 固化速度 配制量对固化过程的影响： 配制量 反响热 固化反响 适用

14、期 低温工况和高温工况固化 u 固化过程固化过程 2涂敷层固化后处理： 后固化-外表粘结材料在常温下到达完全固化后，分子间反响根本完全停止。如果此时将涂层加温到100并保持恒温35h，分子反响还将有所继续，分子密度将不断增加，这一过程称为后固化； 后固化通常可以提高修复层综合性能的20%30%。外表黏涂技术的应用及实例外表黏涂技术的应用及实例 外表粘涂技术已广泛应用于航空航天、机械、电子、交通、外表粘涂技术已广泛应用于航空航天、机械、电子、交通、建筑、纺织、石化、医疗等行业，不仅用于密封、堵漏、绝缘、建筑、纺织、石化、医疗等行业，不仅用于密封、堵漏、绝缘、导电，还广泛应用于机械零件的耐磨损、耐

15、腐蚀修复和预保护导电，还广泛应用于机械零件的耐磨损、耐腐蚀修复和预保护层，也用于修补零部件的缺陷，如裂纹、划伤、尺寸超差、铸层，也用于修补零部件的缺陷，如裂纹、划伤、尺寸超差、铸造缺陷等。造缺陷等。 外表黏涂技术的应用及实例外表黏涂技术的应用及实例p 铸造缺陷的修补铸造缺陷的修补p 铸造缺陷铸造缺陷气孔、缩孔气孔、缩孔p 零件磨损、划伤的修复零件磨损、划伤的修复p 恢复尺寸简单易行，既无热影响，涂层厚度又不受限制，恢复尺寸简单易行，既无热影响，涂层厚度又不受限制，同时涂层还有很好的耐磨性。同时涂层还有很好的耐磨性。p 渗漏、泄漏紧急修补和带压堵漏渗漏、泄漏紧急修补和带压堵漏p “ “滴、冒、漏

16、、渗等问题滴、冒、漏、渗等问题p 受腐蚀、气蚀、冲蚀设备的修复和预保护涂层受腐蚀、气蚀、冲蚀设备的修复和预保护涂层p 高温、绝缘、导电特殊工况零件缺陷修补高温、绝缘、导电特殊工况零件缺陷修补p 机件联接、裂纹、破裂的修补机件联接、裂纹、破裂的修补 外表黏涂技术的应用及实例外表黏涂技术的应用及实例p 可视性铸造缺陷的修补可视性铸造缺陷的修补 铸造缺陷铸造缺陷主要有缩孔、疏松、气孔、裂纹等，缺陷尺寸大小不一。1填补法填补法2镶嵌法镶嵌法外表清理配 料涂 敷固 化用砂布、砂轮打磨孔洞处，去除孔洞内锈迹，并打磨出新鲜金属根据孔洞大小、形状选择金属块柱并把外表打磨粗糙配制修补剂，按说明书比例称取并搅拌均

17、匀孔洞内及金属块柱都涂一层修补剂，然后将之镶入孔洞内室温20以上固化812h后可修磨平整。镶嵌金属块修整外表黏涂技术的应用及实例外表黏涂技术的应用及实例p 修补发动机气缸的腐蚀及锈蚀修补发动机气缸的腐蚀及锈蚀外表预处理腐蚀坑的修补形成法修冷却水口外表黏涂技术的应用及实例外表黏涂技术的应用及实例p 加强船舱底部的强度加强船舱底部的强度由于海水冲蚀、盐雾气氛及舱内化学介质泄漏造成舱底钢板发生腐蚀而降低强度，用粘涂材料可以修复钢板的腐蚀和增加钢板的强度和厚度，其维修方法：材料准备外表准备修补工艺不需要增强的部位需要增强的部位外表黏涂技术的应用及实例外表黏涂技术的应用及实例p 修复损坏的传动轴修复损坏

18、的传动轴 传动轴后轴承接触部位受微动磨损、粘着磨损或由于化学介质作用发生腐蚀或锈蚀，采用钛合金粘涂材料可以成功地修复磨损部位，修复后的耐磨性与耐腐蚀性完全到达甚至超过原材质的性能。7.3 堆焊堆焊 堆焊：是借用焊接的手段对金属材料外堆焊：是借用焊接的手段对金属材料外表进行厚膜改质。对本来是用一般材料表进行厚膜改质。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。堆焊使其性能得到明显的改善或提高。堆焊也是修复的方法。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，原那么上已有的熔焊方法

19、都可以用于堆焊。 堆焊技术的进步是希望采用的堆焊方法有较小的母材稀释、较高的熔敷速度和优良的堆焊层性能，即优质、高效、低稀释率的堆焊技术。 金属外表堆焊的特点 1.堆焊的目的是用于外表改质，因此，堆焊材料与基体往往差异很大，因而具有异种金属焊接的特点。 2.与整个基体相比，堆焊层仍是很薄的一层，因此，其本身对整体强度的奉献小，只要能承受外表耐磨等要求即可。堆焊层与基体的结合力也无很高要求，一般冶金结合即可满足。 3.要保证堆焊层自身的高性能，要求尽可能低的稀释率。 4.堆焊用于强化某些外表，因而希望焊层尽可能平整均匀。这要求堆焊材料与基体应有尽可能好的润湿性和尽可能好的流平性。 堆焊较其它外表

20、处理方法的优点 1堆焊层与基体金属的结合为冶金结合，结合强度高，抗冲击性能好。 2堆焊层金属的成分和性能调节方便，可以设计出各种合金体系，以适应不同的工况条件。 3堆焊层厚度较大，一般堆焊层厚度可在23内调节，更适合于严重磨损的工况条件。 4堆焊方法具有高的性能价格比，当工件的基体采用普通材料制造，外表采用高合金堆焊层时，不仅降低了制造本钱，而且还节约许多贵重金属。 二、堆焊的应用1恢复工件尺寸 2抗磨损 3抗腐蚀堆焊异种金属熔焊堆焊理论异种金属熔焊堆焊理论 一、熔合区的形成与结构 1. 熔合区 所谓熔合区一般包括熔合线和具有结晶层与扩散层的过渡区段 。焊缝完全冷却以后，熔合区一局部由基体金属

21、组成，另一局部由焊缝金属组成。2熔合区的结构特点 两种金属尽管合金化特性彼此差异很大，但只要它们的晶格相同，基体金属与焊缝金属的熔合区就有相容性。 对于组织类型不同的钢，熔合区的形成过程就比较复杂。根据结晶方向和尺寸相适应的规律，被焊金属晶格的相差不超过9才会产生共同的结晶。这时在熔合区内就出现从一种晶格过渡到另一种晶格的单原子层，此过渡层总是受到一定的应力。 一般说来，用手工电弧焊时，过渡层的平均厚度约为0.40.6，而用埋弧时，约为0.250.5。 二、扩散过渡层 在堆焊过程中，固态基体金属和液态金属互相作用必定会引起熔合区内某种程度的异扩散。异扩散速度的大小取决于温度、接触时间、浓度梯度

22、和原子的迁移率。异扩散形成的扩散过渡层往往会损害焊层的性能。 当基体金属与堆焊金属的成分相差很大时，在焊缝金属熔合线附近，会形成一个成分变化不定的区域，即扩散过渡层。 熔合区内形成扩散过渡层 ,在钢中这种扩散运动能力最强的是碳 。 堆焊合金的类型及性能堆焊合金的类型及性能 一 堆焊合金的类型 1.低碳低合金钢: 性能特点是含碳量小于0.3，合金元素总量少于5，Mn、Cr、Si为主，冲击韧性好，易于机械加工，用于金属间磨损的零件，如轴类、齿轮等。2. 中碳低合金钢：性能特点是含碳量0.30.6，合金元素总量少于5，Cr、Mn、Mo、Si为主，抗压强度高，适合于受中等冲击的磨损零件。3. 高碳低合

23、金钢：性能特点是含碳量0.71.0，合金总量约5，Mn、Cr、Si为主。硬度较高，用于不受冲击或弱冲击的低应力磨料磨损零件，如推土机铲刃等。4. 铬-钼、铬-钨热稳定钢：性能特点是含碳量0.5左右，Cr、W、Mo、V为主要合金元素，红硬性好，高温耐磨性好，用于热模具堆焊。5. 高铬钢：性能特点是Cr13系，含碳0.10.4，Cr12系，含碳0.91.5，含Cr大于12。组织为马氏体铁素体。有良好的耐磨及耐腐蚀性，用于有腐蚀介质的磨料磨损或金属间磨损。6. 奥氏体高锰钢和铬锰钢：性能特点是Mn含量大于12，铬锰钢有较好的耐腐蚀性，Mn13可以冲击相变。用于严重冲击条件下的零件，如矿石铲斗、碎石机

24、等。7. 奥氏体镍铬钢：性能特点是在Cr18Ni8根底上，参加S、Mo、V、Mn、W等元素，提高耐腐蚀及耐热性能。用于阀门、阀座、石油化工工业中的反响器、容器等防腐或耐热堆焊。8. 高速钢：性能特点是含碳量0.71.0左右，Cr 3.84.5；W1719、V1.01.5为主要合金元素，用于刀具修复堆焊。9. 马氏体合金铸铁：性能特点是含碳量2%4%,以白口铸铁为基,参加W、Cr、Mo、Mn、Ni等元素。合金总量15%20%。用于低应力磨料磨损的场合。 10高铬合金铸铁：性能特点是含碳1.5%4.5%,铬22%32%,参加Si、Mn、Ni、Mo、B等合金。用于抗低应力和高硬度磨料磨料腐损场合。1

25、1. 碳化钨合金：性能特点是含WC45%以上，粒状WC在堆焊中应防止熔化，到达最正确抗磨损性能.基体可以是铁基，镍基或钴基。12. 钴基合金：性能特点是含钴30%70%，Cr2533，W3%25%，钴基合金具有最正确综合性能。主要用于重要的耐高温、冲击、热疲劳、搞磨损的工件。13. 镍基合金：性能特点是Ni-Cr-B-Si堆焊合金堆焊时，湿润性好，流动性好，堆焊金属硬度HRC5060。用于抗磨损堆焊；Ni-Cr-Mo-W具有抗强硫腐蚀能力，用于防腐堆焊14. 铝基合金铝青铜、锡青铜、硅青铜、黄铜、白铜、紫铜等 堆焊材料的选择 工作条件堆焊用合金高应力金属间磨损亚共晶钴基合金、含金属间化合物钴基

26、合金低应力金属间磨损堆焊用低合金钢金属间磨损腐蚀或氧化大多数钴基或镍基合金低应力磨料磨损、冲击浸蚀、磨料浸蚀高合金铸铁低应力严重磨料磨损、切割刃碳化物气蚀浸蚀钴基合金严重冲击高合金锰钢严重冲击腐蚀氧化亚共晶基合金高温下金属间磨损亚共晶、含金属间化合物钴基合金凿削式磨料磨损奥氏体锰钢热稳定性、高温蠕变强度（540）钴基合金、碳化物型镍基合金堆焊方法堆焊方法 一、手工电弧堆焊 1为降低稀释率应采用小电流、短弧长、慢速度的方法，焊接电流应比普通焊条小1015。 2为防止堆焊层开裂，对于一些用于与泥沙、粉尘、矿石直接磨损的工件，堆焊金属一般选用高铬合金铸铁堆焊条，如基体为低碳、低合金钢，韧性较好，可以

27、允许堆焊层存在密集的小裂纹时，应采取相应的工艺措施。主要措施有：在保证堆焊层性能的前提下，选择与基体材料线膨胀系数相近的堆焊合金，以减小由于膨胀系数不同造成的热应力；采取预热，中间消氢热处理，焊后缓冷的工艺方法，预热温度可以根据堆焊金属的碳当量确定 (3)当堆焊金属或母材硬度很高时，可先基体上堆焊一层高塑性材料作为堆焊过渡层，如不锈钢或镍基合金，然后在过渡层上堆焊，这种方法对防止裂纹很有效。 (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，在基体外表堆焊成网格状焊道，就可以获得很高的抗磨损性能，这样即可以降低本钱

28、，又可以防止变形过大。二、氧-乙炔堆焊 (1)焊前去除工件外表上的油、锈。 (2)将工件放平防止铁水流出。 (3)用碳化焰将工件外表加热至半熔化温度，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复原焰的保护中，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23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。 氧乙炔火焰温度较低30503100，火焰加热面积大，可获得较低的稀释率110，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

29、，这样才能最好地发挥WC的耐磨性。 几种堆焊方法特点比较 堆焊方法堆焊方法稀释率（稀释率（）熔数速度（熔数速度（kg/h）最小堆焊厚度最小堆焊厚度（）熔数效率熔数效率（）氧氧-乙炔焰堆乙炔焰堆焊焊手工送丝手工送丝自动送丝自动送丝粉末堆焊粉末堆焊1101101100.51.80.56.80.51.80.80.80.81001008595手工电弧堆焊手工电弧堆焊10200.55.43.265钨极氩弧堆焊钨极氩弧堆焊10200.54.53.298100熔化极气体保护电弧堆熔化极气体保护电弧堆焊焊自保护电弧堆焊自保护电弧堆焊104015400.95.42.311.33.23.290958085埋弧堆焊

30、埋弧堆焊单丝单丝多丝多丝串联电弧串联电弧单带极单带极多带极多带极30601525102510208154.511.311.327.211.315.9123622683.24.84.83.04.09595959595等离子弧堆等离子弧堆焊焊自动送粉自动送粉手工送丝手工送丝自动送丝自动送丝双热丝双热丝5155155155150.55.80.53.60.53.613270.82.42.42.48595981009810098100电渣堆焊电渣堆焊101415751595100定义：采用气体、液体燃料或电弧、等离子弧、激光定义：采用气体、液体燃料或电弧、等离子弧、激光等作热源，使金属、合金、金属陶瓷、

31、氧化物、碳等作热源，使金属、合金、金属陶瓷、氧化物、碳化物、塑料以及它们的复合材料等喷涂材料加热到化物、塑料以及它们的复合材料等喷涂材料加热到熔融或半熔融状态，通过高温气流使其雾化，然后熔融或半熔融状态，通过高温气流使其雾化，然后喷射、沉积到经过预处理的工件外表，从而形成附喷射、沉积到经过预处理的工件外表，从而形成附着牢固的外表层的加工方法。着牢固的外表层的加工方法。按涂层加热和结合方式，可分为按涂层加热和结合方式，可分为喷涂喷涂和和喷熔喷熔两种；两种；u 喷涂时基体不熔化，涂层与基体形成喷涂时基体不熔化，涂层与基体形成机械结合机械结合；u 喷熔是涂层经再加热重熔，涂层与基体互溶并喷熔是涂层经

32、再加热重熔，涂层与基体互溶并扩散形成扩散形成冶金结合冶金结合；u 喷涂与堆焊的根本区别在于母材基体不熔化或喷涂与堆焊的根本区别在于母材基体不熔化或者极少熔化。者极少熔化。u 热喷涂的种类u 热喷涂的种类按加热喷涂按加热喷涂材料时的热材料时的热源种类分源种类分电弧喷枪电弧喷枪电弧喷涂设备电弧喷涂设备123 4 567891. 进口 2. 冷却水出口 3. 氩气进口 4. 冷却水入口5. 送粉 6. 铜阳极 7. 钨阴极 8. 绝缘体 9. 电极调节等离子喷枪等离子喷枪等离子喷涂设备等离子喷涂设备自动化等离子喷涂系统自动化等离子喷涂系统爆炸喷涂设备爆炸喷涂设备 热喷涂方法多热喷涂方法多u 热喷涂的

33、特点 但目前该技术仍存在着操作环境较差、结合力低，孔隙率但目前该技术仍存在着操作环境较差、结合力低，孔隙率较高，均匀性差等缺点，有待于进一步开展。较高，均匀性差等缺点，有待于进一步开展。 取材范围广取材范围广 基体材料使用范围广基体材料使用范围广 基体材料受热影响小基体材料受热影响小 涂层厚度可以控制涂层厚度可以控制 工效高：操作程序少，速度快，如对同样厚度的膜层，工效高：操作程序少，速度快，如对同样厚度的膜层，时间比电镀用的少得多；本钱低，经济效益显著时间比电镀用的少得多；本钱低，经济效益显著 被喷涂物件的大小一般不受限制：既可对大型设备进行大被喷涂物件的大小一般不受限制：既可对大型设备进行

34、大面积喷涂，也可对工件的局部进行喷涂；既可喷涂零件，面积喷涂，也可对工件的局部进行喷涂；既可喷涂零件，又可对制成后的结构物进行喷涂；又可对制成后的结构物进行喷涂；预处理预处理热喷涂热喷涂后处理后处理清清 洗洗粗糙化粗糙化对不喷涂部位的保护对不喷涂部位的保护外表精加工外表精加工改善涂层质量改善涂层质量u 热喷涂工艺u 喷涂层的形成机理喷涂过程喷涂材料的熔化粒子的喷涂阶段熔化的喷涂材料的雾化粒子的飞行阶段喷涂喷涂过程过程喷涂喷涂材料材料热源热源喷涂粒喷涂粒子束子束喷涂喷涂层层基体基体加热熔化喷涂材料的喷涂材料的加热熔化加热熔化阶段阶段 在粉末喷涂时，喷涂粉末在热源所产生的高温区被加热到熔化状态或软

35、化状态； 在线材喷涂时，线材的端部进入热源所产生的温度场的高温区时很快被加热熔化，熔化的液体金属以熔滴状存在于线材端部。喷涂喷涂过程过程喷涂喷涂材料材料热源热源喷涂粒喷涂粒子束子束喷涂喷涂层层基体基体加热熔化雾化溶滴的雾化阶段溶滴的雾化阶段 在粉末喷涂时，被熔化或软化的粉末在外加在粉末喷涂时，被熔化或软化的粉末在外加压缩气流或者热源本身的射流的推动下向前喷压缩气流或者热源本身的射流的推动下向前喷射，不发生粉末的破碎细化和雾化过程；射，不发生粉末的破碎细化和雾化过程； 在线材喷涂时，线材端部的熔滴在外加压缩在线材喷涂时，线材端部的熔滴在外加压缩气流或者热源自身射流的作用下，克服外表张气流或者热源

36、自身射流的作用下，克服外表张力脱离线材端部，并被雾化成细小的熔粒随射力脱离线材端部，并被雾化成细小的熔粒随射流向前喷射。流向前喷射。喷涂喷涂过程过程喷涂喷涂材料材料热源热源喷涂粒喷涂粒子束子束喷涂喷涂层层基体基体加热熔化雾化飞行粒子的飞行阶段粒子的飞行阶段 离开热源高温区的熔化态或软化态的细小粒子离开热源高温区的熔化态或软化态的细小粒子在气流或射流的推动作用下向前喷射，在到达基体在气流或射流的推动作用下向前喷射，在到达基体外表之前的阶段均属粒子的飞行阶段。外表之前的阶段均属粒子的飞行阶段。 在飞行过程中，粒子的飞行速度随着粒子离喷嘴在飞行过程中，粒子的飞行速度随着粒子离喷嘴距离的增大而发生如下

37、的变化：粒子首先被气流或距离的增大而发生如下的变化：粒子首先被气流或射流加速，飞行速度从小到大，到达一定距离后飞射流加速，飞行速度从小到大，到达一定距离后飞行速度逐渐变小。这些具有一定温度和飞行速度的行速度逐渐变小。这些具有一定温度和飞行速度的粒子到达基体外表时即进入喷涂阶段。粒子到达基体外表时即进入喷涂阶段。喷涂喷涂过程过程喷涂喷涂材料材料热源热源喷涂粒喷涂粒子束子束喷涂喷涂层层基体基体加热熔化雾化飞行喷涂粒子的喷涂阶段粒子的喷涂阶段 到达基体外表的粒子具有一定的温度和速度，到达基体外表的粒子具有一定的温度和速度，粒子的尺寸范围为几十微米到几百微米，速度高粒子的尺寸范围为几十微米到几百微米，

38、速度高达每秒几十到几百米。达每秒几十到几百米。 未碰撞前粒子温度为粒子成分所决定的熔未碰撞前粒子温度为粒子成分所决定的熔点温度。点温度。 在产生碰撞的瞬间，粒子将其动能转化为在产生碰撞的瞬间，粒子将其动能转化为热能传给基体。粒子在碰撞过程中发生变形，成热能传给基体。粒子在碰撞过程中发生变形，成为扁平状粒子，并在基体外表迅速凝固而形成涂为扁平状粒子，并在基体外表迅速凝固而形成涂层。层。涂层的形成过程 在基体或已形成的涂层外表不断地发生着粒子的碰撞变形冷凝收缩的过程，变形的颗粒与基体或涂层之间互相交错而结合在一起。 研究发现，粒子在与基体撞击直到冷凝的过程中，冷却速度极高。金属喷涂时为106108

39、C/sec，陶瓷喷涂时为104106C/sec，该过程在10-710-6sec内完成。冲击冲击 碰撞碰撞 变形变形 凝固凝固-收缩收缩涂层的结合机理涂层的结合涂层与基体的结合涂层之间的结合物理结合机械结合扩散结合冶金结合-以机械结合为主机械结合机械结合 被热源升温到熔融状态且被气流加速的快速飞行的喷涂被热源升温到熔融状态且被气流加速的快速飞行的喷涂材料粒子与经过粗化处理的基体外表碰撞时，发生变形，成材料粒子与经过粗化处理的基体外表碰撞时，发生变形，成为扁平状，并随基体外表的凸凹不平而起伏，这些覆盖并紧为扁平状，并随基体外表的凸凹不平而起伏，这些覆盖并紧贴基体外表的液态薄片，在冷却凝固时收缩咬住

40、凸出点而形贴基体外表的液态薄片，在冷却凝固时收缩咬住凸出点而形成机械结合。成机械结合。p 涂层与基体的结合涂层与基体的结合 机械结合与基体外表的粗糙度有关。采用喷砂、粗车、车螺纹或化学腐蚀等方法来粗化基体外表，以提高涂层与基体的机械结合，可以到达提高涂层与基体的结合强度的目的。 另外，基体外表粗化使粉末凝固时的收缩应变分布在局部区域，减少了内应力，也有利于提高涂层与基体的结合强度。扩散结合扩散结合 高速运动的高温状态的喷涂粒子与基体外表碰撞而形成高速运动的高温状态的喷涂粒子与基体外表碰撞而形成紧密接触时，在变形和高温的同时作用下，基体外表的原子紧密接触时，在变形和高温的同时作用下，基体外表的原

41、子得到足够的能量，涂层材料与基体外表间会发生原子的相互得到足够的能量，涂层材料与基体外表间会发生原子的相互扩散。扩散的结果增加了涂层与基体的结合强度，也会在结扩散。扩散的结果增加了涂层与基体的结合强度，也会在结合面上形成一层固溶体或金属间化合物层。合面上形成一层固溶体或金属间化合物层。p 涂层与基体的结合涂层与基体的结合物理结合物理结合 当高速运动的高温状态的喷涂粒子与基体外表碰撞后，当高速运动的高温状态的喷涂粒子与基体外表碰撞后，假设二者之间紧接触的程度，使界面两侧原子之间到达原假设二者之间紧接触的程度，使界面两侧原子之间到达原子晶格常数范围时，在涂层与基体间形成范德华力子晶格常数范围时，在

42、涂层与基体间形成范德华力( (物理结物理结合合) )而提高结合强度。而提高结合强度。p 涂层与基体的结合涂层与基体的结合 基体外表的清洁程度和喷涂粒子的氧化情况都会影响界面两侧原子间距离，从而影响物理结合。喷砂能使基体呈现异常清洁的高活性的新鲜金属外表，喷砂后立即喷涂可以增强物理结合程度。冶金结合冶金结合 在使用放热型喷涂材料或采用高温热源喷涂时，基体外在使用放热型喷涂材料或采用高温热源喷涂时，基体外表某些区域的温度到达基体的熔点，熔融态的喷涂材料的粒表某些区域的温度到达基体的熔点，熔融态的喷涂材料的粒子会与熔化态的基体之间发生子会与熔化态的基体之间发生“焊合现象，形成微区冶金焊合现象，形成微

43、区冶金结合，从而提高涂层与基体的结合强度。结合，从而提高涂层与基体的结合强度。 一般认为在涂层与基体之间机械结合起主要作用，同时，其它几种结合机理也在不同程度地起作用，其程度受粉末的成分、外表状态、温度、热物理性能等因素的影响。 p 涂层与基体的结合涂层与基体的结合 喷涂层内喷涂粒子间的结合以喷涂层内喷涂粒子间的结合以机械结合机械结合为主，而扩为主，而扩散结合、物理结合、冶金结合等也起一定作用。散结合、物理结合、冶金结合等也起一定作用。p 涂层间的结合涂层间的结合 喷涂粒子在飞行过程中会发生外表反响，所生成的氧化物、氮化物的热膨胀系数会影响涂层间的结合强度。这些生成物的热膨胀系数一般小于金属。

44、二者相差越大，涂层间结合强度越低。涂层的结构涂层是由无数变形的粒子互相交错而呈波浪式堆迭在一起涂层是由无数变形的粒子互相交错而呈波浪式堆迭在一起的层状组织结构，或者说涂层是由熔融粒子撞击后的扁平的层状组织结构，或者说涂层是由熔融粒子撞击后的扁平状的变形粒子组成。状的变形粒子组成。123 451. 粒子间互 相熔融区2. 氧化膜3. 不完全熔融 粒子4. 气孔5. 基材涂层断面构造示意涂层断面构造示意夹杂夹杂: :由于喷涂时飞行中的高温粒子与喷涂工作气体或进入喷由于喷涂时飞行中的高温粒子与喷涂工作气体或进入喷涂气氛的空涂气氛的空 气发生反响，使熔融粒子的外表不可防止地存在气发生反响，使熔融粒子的

45、外表不可防止地存在着氧化物夹杂。着氧化物夹杂。熔合区：在局部粒子之间会形成小区域的熔合区，即粒子间的熔合区：在局部粒子之间会形成小区域的熔合区，即粒子间的界面消失而形成类似焊合的冶金结合，在粒子间的相互熔合区界面消失而形成类似焊合的冶金结合，在粒子间的相互熔合区域不存在氧化膜。域不存在氧化膜。不完全熔融粒子：在涂层中可能存在因碰撞时未到达完全熔融不完全熔融粒子：在涂层中可能存在因碰撞时未到达完全熔融状态而没有发生变形的圆形粒子。状态而没有发生变形的圆形粒子。气孔：在变形粒子之间还可能存在着孔洞。气孔：在变形粒子之间还可能存在着孔洞。由于喷涂工艺不当还可能引起其它缺陷。由于喷涂工艺不当还可能引起

46、其它缺陷。涂层结构中的缺陷涂层结构中的缺陷气孔形成的几种类型气孔形成的几种类型(a)(b)(c)(a) 在喷涂过程中，一些熔融粒子在同方向上平行地到达基体外表时因阴影效果而形成气孔。(b) 扁平状粒子之间不完全堆积会形成气孔。(c) 在基材待喷涂外表的凹陷处假设含有空气或其它气体时也会形成气孔。由上述可知，喷涂层是由变形颗粒、氧化物夹杂、未变形颗粒及气孔组成。涂层的结构特点取决于喷涂热源、材料及工艺等因素。选用高温热源选用高温热源( (如激光热源、等离子弧如激光热源、等离子弧) )、超音速喷涂、以及、超音速喷涂、以及保护气氛或低压下喷涂，都可以减少涂层中的氧化物夹杂和保护气氛或低压下喷涂，都可

47、以减少涂层中的氧化物夹杂和气孔，改善涂层的结构和性能。气孔，改善涂层的结构和性能。喷涂层的结构还可以通过重熔处理来改善喷涂层的结构还可以通过重熔处理来改善，涂层中的氧化物夹杂和孔隙会在重熔中消除，涂层的层状结构会变成均质结构，与基体的结合强度也会提高。改善涂层结构的方法获得良好结合性能的方法获得良好结合性能的方法由上面的分析得出： 喷涂粒子尺寸适宜，到达基体外表时应保持液态，以保证粒子与基体的良好接触。 喷涂粒子的飞行速度足够大，以使碰撞时产生足够大的动能。 基体外表洁净并具有一定的粗化度，以提高物理结合、扩散结合和机械结合强度。 尽量提高碰撞时的接触温度和高温停留时间，以提高扩散结合强度和冶

48、金结合强度。 防止扁平粒子与基体外表产生剩余变形，以防止涂层开裂。 方法 项目 火焰喷涂(氧乙炔焰)喷涂材料 金属丝及 各种粉末(熔点2700C) 金属丝 合金丝各种粉末各种粉末(无熔点限制)工件材质金属和陶瓷金属和陶瓷金属和陶瓷金属和陶瓷微粒温度(C)800 2500 30004000微粒速度(m/sec)50 270100 220140 750800工件温度(C)260 320 120 200 200涂层结合 机械的 机械的 机械的机械的(强化)喷涂件直径(mm)1.5 0.655 1500涂层厚度(mm)0.13 5.0 0.0750.05 2. 5 0.0250.025 0.03 0.

49、025表面粗糙度(m)150 30075 125125喷涂热效率(%)135712等离子喷涂电喷涂 爆炸喷涂几种喷涂方法的比较几种喷涂方法的比较热喷涂的一些应用事例 (1) “探险者号人造卫星外壳前部，用热喷涂等间隔地制成八条纵向条探险者号人造卫星外壳前部，用热喷涂等间隔地制成八条纵向条状氧化铝涂层，涂层占总外表积状氧化铝涂层，涂层占总外表积25%。卫星每。卫星每118分钟绕地球一周要经历分钟绕地球一周要经历一次温度从一次温度从100 315C的变化，由于氧化铝涂层的隔热性和热辐射性交的变化，由于氧化铝涂层的隔热性和热辐射性交替地进行热的保持和辐射，使仪器仓内的温度得以保持在替地进行热的保持和

50、辐射，使仪器仓内的温度得以保持在10 30C。 (2) 火箭发动机燃烧室、尾喷管、喷嘴等部件喷涂保护层。如阿吉纳火箭发动机燃烧室、尾喷管、喷嘴等部件喷涂保护层。如阿吉纳B火火箭发动机出口燃烧室喷涂氧化铝涂层；冲压式发动机尾喷管喷涂氧化铝或箭发动机出口燃烧室喷涂氧化铝涂层；冲压式发动机尾喷管喷涂氧化铝或氧化锆；石墨制造的氧化锆；石墨制造的“北极星导弹第一级的喷嘴喷涂钨涂层，可经受北极星导弹第一级的喷嘴喷涂钨涂层，可经受3315C的固体推进剂高速排气的浸蚀，寿命提高的固体推进剂高速排气的浸蚀，寿命提高100倍以上。倍以上。 (3) 飞机喷气式发动机飞机喷气式发动机DC-8上多处需要进行热喷涂。用钛

51、制成的压缩机叶上多处需要进行热喷涂。用钛制成的压缩机叶片轮觳的轴磨损后，利用爆炸喷涂获得片轮觳的轴磨损后，利用爆炸喷涂获得0.08 0.13mm的碳化钨的碳化钨(30%Co作作粘接剂粘接剂)的涂层，经研磨后复原使用。此件价值的涂层，经研磨后复原使用。此件价值3000美元，而修复费只需美元，而修复费只需200美元。美元。 (4) 波音波音737双涡扇式飞机局部蒙皮采用玻璃纤维强化塑料以提高比强度双涡扇式飞机局部蒙皮采用玻璃纤维强化塑料以提高比强度减轻躁声疲劳和降低制造本钱，但由于静电荷的积累而产生放电，以致造减轻躁声疲劳和降低制造本钱，但由于静电荷的积累而产生放电，以致造成气孔并对通讯产生干扰。

52、现喷涂铝涂层有效地防止高速雨滴对塑料的水成气孔并对通讯产生干扰。现喷涂铝涂层有效地防止高速雨滴对塑料的水点腐蚀和静电积累，而且颜色也与整体保持一致。点腐蚀和静电积累，而且颜色也与整体保持一致。 (5) 600液压机所用青铜轴承改用铸铁，轴套内外表机械加工后，车削液压机所用青铜轴承改用铸铁，轴套内外表机械加工后，车削螺纹、预热、喷涂螺纹、预热、喷涂0.1mm的钼涂层打底，再喷涂青铜涂层，精加工。寿的钼涂层打底，再喷涂青铜涂层，精加工。寿命为原轴承的命为原轴承的3 4倍，而本钱降低倍，而本钱降低35%。 (6) 英国煤矿粉别离场用的大型鼓风机的叶片，在其机械磨损最剧烈的英国煤矿粉别离场用的大型鼓风

53、机的叶片，在其机械磨损最剧烈的靠近叶片根部喷涂一层靠近叶片根部喷涂一层0.08 0.13mm的钼涂层。经的钼涂层。经1500小时运转后，小时运转后，涂层部位几乎看不出磨损；而没有涂层的局部受磨损而变薄。矿山、炼涂层部位几乎看不出磨损；而没有涂层的局部受磨损而变薄。矿山、炼钢、化工、水泥等工厂中的高温腐蚀性气体排气鼓风机叶片，喷涂镍铬钢、化工、水泥等工厂中的高温腐蚀性气体排气鼓风机叶片，喷涂镍铬系自熔性合金后，寿命可达系自熔性合金后，寿命可达36个月，为原来的个月，为原来的4倍。倍。 (7) 水下泵套筒外外表受到急剧的腐蚀磨损，喷涂水下泵套筒外外表受到急剧的腐蚀磨损，喷涂1.0mm(其中加工余其中加工余量量0.4mm)的自熔性合金，比经高频感应加热淬火电镀硬铬的方法寿命提的自熔性合金，比经