物理涂镀技术

物理涂镀技术第一页，共四十七页，2022年，8月28日复习：

第一节热喷涂的定义、分类及特点

第二节热喷涂原理、工艺及应用

第三节氧-乙炔火焰喷涂

一、原理及特点二、重熔

三、喷涂和喷熔设备四、喷涂用金属材料

五、喷涂（熔）用金属粉末

六、喷涂用非金属粉末

七、喷涂用复合材料

八、金属线材火焰喷涂工艺

第二页，共四十七页，2022年，8月28日八、金属线材火焰喷涂工艺

1、工件表面处理1）净化----同电镀、涂装。2）粗化（毛糙处理）（1）喷砂（2）机械加工①毛车螺纹②车（铇、铣）沟槽、压花。③车螺纹后压花车螺纹后压花④车（铇、铣）沟槽或车螺纹后压花（3）喷放热性能粉末（4）特殊形状毛糙处理第三页，共四十七页，2022年，8月28日八、金属线材火焰喷涂工艺

1、工件表面处理(净化、粗化)2、喷涂工艺（1）喷前检查（2）喷涂材料及参数选择-----参见教材第四页，共四十七页，2022年，8月28日第五页，共四十七页，2022年，8月28日八、金属线材火焰喷涂工艺

1、工件表面处理(净化、粗化)2、喷涂工艺（3）喷涂操作注意事项涂层是否均匀、尽量使枪与工件表面垂直以避免“虚喷”。3、涂层后处理------机加工，把工件加工成所需成分；封闭，如下。4、封闭处理1）由于涂层有空隙（如氧乙炔火焰线材喷铝涂层孔隙率为8-12%），影响防腐蚀效果。2）封闭效果---（涂层+封闭）的寿命>涂层寿命+封闭寿命3）封闭剂应具备的条件---良好的渗透性、耐腐蚀性。第六页，共四十七页，2022年，8月28日4）封闭剂的种类第七页，共四十七页，2022年，8月28日八、金属线材火焰喷涂工艺

1、工件表面处理2、喷涂工艺

3、涂层后处理4、封闭处理5、喷铝扩散工艺钢铁表面预处理----喷砂喷铝---厚0.25-0.5mm.涂料保护-----水玻璃涂三层，防止加热时铝流失与基体氧化。扩散退火---涂层表层形成氧化膜、内部形成铁铝合金扩散层，起到耐高温抗氧化。

第八页，共四十七页，2022年，8月28日第九页，共四十七页，2022年，8月28日新内容：九、金属粉末火焰喷涂工艺

1、表面预处理及预热1）预处理（净化和粗化）----提高涂层的附着力2）预热----令工件热膨胀，减小涂层与工件的温差，减小热应力；提高原子的扩散能力，增加涂层的附着力。温度100℃左右，太高工件表面氧化，减弱涂层的附着力。3）表面预处理及预热的次序-----从道理上讲，应先预热后表面预处理，实际上有一定的困难。第十页，共四十七页，2022年，8月28日九、金属粉末火焰喷涂工艺2、喷涂1）喷打底粉末（结合层）----采用镍铝复合放热型粉末，180-250目，过细会大量冒烟（氧化加剧）。2）喷工作涂层------注意火焰大小和送粉量大小的匹配。火焰大粉量小---粉末温度高；火焰小粉量大---粉末温度低。粉111或粉112为粉末牌号（具体参见相关手册）

第十一页，共四十七页，2022年，8月28日九、金属粉末火焰喷涂工艺3、涂层后处理（封闭）（前面已将）4、涂层缺陷分析1）剥落和裂纹-----工件不洁（氧化膜、油污、锈斑等）、工件预热不够造成热应力过大、打底层太薄且与基体结合不好等。2）分层和疏松-----喷距过大或与枪与工件表面太斜或热能不集中；乙炔中含水分或送粉量过大，涂层中产生“夹生”。

第十二页，共四十七页，2022年，8月28日十、火焰喷熔工艺

（采用自熔性合金粉末）1、“一步法”喷熔工艺①工件预处理（净化、粗化）---②预热（一般钢铁件200-300℃）----③预喷粉（0.2mm的喷熔粉末，防止预热的工件表面氧化）----④局部喷粉（至所需要厚度，一般不超过2mm）------⑤在该局部重熔-----⑥在另一局部喷粉（至所需要厚度）----⑦重熔-----⑧重复⑤⑥步骤直至整个工件表面完毕。“一步法”喷熔工艺是指在某个局部一次喷粉后（除预喷粉）就达到所需厚度。第十三页，共四十七页，2022年，8月28日十、火焰喷熔工艺2、“二步法”喷熔工艺①工件预处理（净化、粗化）---②预热（一般钢铁件200-300℃）----③预喷粉（0.2mm的喷熔粉末，防止预热的工件表面氧化）----④整体喷粉（一次一般不超过1.2mm）------⑤整体重熔-----⑥整体喷另一次粉----⑦整体重熔-----⑧重复⑤⑥步骤直至整个工件表面达到所需厚度。“二步法”喷熔工艺是指整个工件表面分多次喷粉后（除预喷粉）才达到所需厚度。第十四页，共四十七页，2022年，8月28日十、火焰喷熔工艺3、“一步法”与“二步法”的区别“一步法”-----局部一次喷粉。适于小工件或中小工件局部区域的喷粉。“二步法”-----整体多次喷粉。适于圆柱及回转件或大面积工件的喷粉。第十五页，共四十七页，2022年，8月28日十一、塑料粉末火焰喷涂工艺1、获取塑料涂层的比较

目前广泛采用流化床和静电喷粉，涂层质量好，但不能用于大型工件，仅在室内施工涂层较薄。所以，塑料粉末火焰喷涂工艺在某些场合是必要的。2、塑料粉末火焰喷涂的关键问题1）粉末通过火焰区加热，既要加热到熔融状态又不能过热而变质。2）均匀送粉。3）基体适当预热。

第十六页，共四十七页，2022年，8月28日十一、塑料粉末火焰喷涂工艺3、工艺特点1）涂层光滑无气孔，这是金属粉末、陶瓷粉末无法比的。2）涂层性能可控制，加金属粉末可提高涂层的耐磨和导热性；3）加陶瓷粉末可提高涂层硬度和耐磨性；4）加不同颜料以及改性剂可得到不同的装饰效果。第十七页，共四十七页，2022年，8月28日十一、塑料粉末火焰喷涂工艺4、工艺过程1）粉料准备：选粉（100-250目），烘烤（60℃2小时）2）工件前处理：净化、粗化，预热（150-250℃）3）喷粉（喷距200mm）4）淬火（可自然冷却，也可水淬令其晶粒细化，提高涂层结合强度和韧性）

第十八页，共四十七页，2022年，8月28日目是指每平方英吋筛网上的孔眼数目，1目就是指每平方英吋上的孔眼是1个。除了表示筛网的孔眼外，它同时用于表示能够通过筛网的粒子的粒径，目数越高，粒径越小。

下表为我国通常使用的筛网目数与粒径（μm）对照表目μm目μm目μm目μm2.5792512139760245325473588014116565220425334459916991801985002553962208331001656252063327247011101508001572794275891808312501082362324952007425005919813541725061325021016514035027053125001第十九页，共四十七页，2022年，8月28日十一、塑料粉末火焰喷涂工艺

5、塑料粉末火焰喷涂原理空气筒火焰筒粉末熔融态氧乙炔气压缩空气粉末工件第二十页，共四十七页，2022年，8月28日1、（涂层+封闭）复合的寿命>单独涂层寿命+单独封闭层寿命？主要是封闭剂堵塞了涂层中的空隙，切断了腐蚀介质腐蚀基体的通道，达到了涂层和封闭剂发挥各自优势，弥补它层缺点的效果。故寿命长。2、打底粉末的作用是什么？打底粉末----NiAl复合粉末，3Ni+Al=Ni3Al+Q，Ni+Al=NiAl+Q，产生瞬间高温，使Ni能向基体中扩散，形成冶金结合，提高涂层与基体的结合力。3、什么是喷熔的“一步法”、“二步法”？“一步法”喷熔工艺是指在某个局部一次喷粉后（除预喷粉）就达到所需厚度。适于小工件或中小工件局部区域的喷粉。“二步法”喷熔工艺是指整个工件表面分多次喷粉后（除预喷粉）才达到所需厚度。适于圆柱及回转件或大面积工件的喷粉。第二十一页，共四十七页，2022年，8月28日第四节超音速火焰喷涂和爆炸火焰喷涂（略）第二十二页，共四十七页，2022年，8月28日第五节电弧喷涂

一、原理及发展现状1、原理

其飞行时间只有几千分之一秒或更少通电后，两金属丝间产生电弧，金属丝一边熔化一边送进，压缩空气将熔化金属液雾化，高速飞向工件表面成涂层。第二十三页，共四十七页，2022年，8月28日一、原理及发展现状2、发展现状热喷涂技术是在1908年由瑞士的肖普（schoop）博士发明（首创）并用雾化装置进行喷涂试验的。在1913年制作出世界首台丝材喷枪，并在其后逐渐完善和得到应用。1920年，日本人去瑞士考察后，发明了以交流电为热源的电弧热喷涂装置，但因交流电不稳定，效率低，涂层质量差等原因，这种交流电弧热喷涂技术及装置未能得到实际的推广和应用。后来德国改用直流电源后，电弧喷涂才有了真正的实用价值，1938年，美国研制成功了电弧丝材喷枪，其后又研制出粉末氧－乙炔火焰喷枪。1953年，当时的西德研制出自熔性合金粉，这是喷涂材料发展的一次重大突破，（是粉末喷涂材料从单一金属向合金材料发展，从低熔点材料向高熔点材料发展，从低耐磨性向高耐磨性发展的里程碑）。第二十四页，共四十七页，2022年，8月28日一、原理及发展现状上世纪50年代后期，美国又相继研制出爆炸喷涂和等离子喷涂，满足了当时航空、导弹等尖端技术对涂层性能的需要。上世纪60～70年代，是喷涂材料发展十分活跃的时期，美国、加拿大、瑞士、西德、比利时等国分别研制生产出系列的复合粉、多种自熔合金粉、陶瓷粉、金属陶瓷粉和自粘结复合粉等，这其中包括以Ni-Al为基础的放热型复合粉，这些材料的出现以及材料生产技术的不断完善，使得喷涂材料更加齐备和商品化，满足了当时，直到今天人们在这方面的需求。第二十五页，共四十七页，2022年，8月28日二、电弧喷涂特点及应用1、特点1）涂层与基体结合强度高（180m/s，而火焰线材喷涂<160m/s，温度高，粒子含热量多，伪冶金结合倾向大。2）喷涂效率高，可达55kg/hZn，是火焰线材喷涂2-4倍。3）设备投资大，但使用费用低（效率高，电比气费用低）。4）可方便地制造“伪合金层”。

第二十六页，共四十七页，2022年，8月28日第二十七页，共四十七页，2022年，8月28日二、电弧喷涂特点及应用2、应用----与火焰线材喷涂相同防腐蚀、耐磨损、特殊涂层（耐热、导电、生物相容等）第二十八页，共四十七页，2022年，8月28日三、电弧喷涂设备1、结构

第二十九页，共四十七页，2022年，8月28日三、电弧喷涂设备2、主要技术参数枪重2-6kg，全套设备重50kg左右，喷丝直径1.5-3mm，工作电流100-300A，电压25-30V。压缩空气压力0.5-0.6MP，消耗量0.5-1.5m3/min，喷涂效率几kg致几十kg。送丝方式：推丝、送丝、推拉丝第三十页，共四十七页，2022年，8月28日四、电弧喷涂工艺1、一般工艺2、某公司工艺第三十一页，共四十七页，2022年，8月28日五、线爆喷涂解决小孔内壁的喷涂问题----上世纪50年代末，日本九州大学栖原教授研制。12第三十二页，共四十七页，2022年，8月28日第六节等离子喷涂

一、等离子喷涂原理1、原理

工作气体---Ar或N2或Ar+5%-15%H2或N2+5%-15%H2通电后钨极与壳体之间产生电弧等离子弧，温度可达20000K，加热喷涂材料至熔融或半熔融态，被高速焰流雾化并高速撞向工件涂层。第三十三页，共四十七页，2022年，8月28日一、等离子喷涂原理1、原理

2、等离子焰流的特性1）什么是等离子体等离子体可分为三大类：①高温高压等离子体，电离度100％，温度可达几亿度，用于核聚变的研究；②低温低压等离子体，电离度不足1％，温度仅为50～250度；③高温低压等离子体，约有1％以上的气体被电离，具有几万度的温度。离子、自由电子、未电离的原子的动能接近于热平衡。热喷涂所利用的正是这类等离子体。第三十四页，共四十七页，2022年，8月28日速度-----工作气体热膨涨压力下产生高速，可达1000～2000m/s温度-----温度可达20000K等离子体的焓值-----H2>N2>Ar电弧等离子体的静特性-----电弧电压与电弧电流之间的关系一、等离子喷涂原理1、原理

2、等离子焰流的特性1）什么是等离子体2）等离子焰流的速度和温度第三十五页，共四十七页，2022年，8月28日第三十六页，共四十七页，2022年，8月28日第三十七页，共四十七页，2022年，8月28日一、等离子喷涂原理

1、原理2、等离子焰流的特性3、等离子体喷涂的特点1）温度高，可喷材料广泛（几乎所有材料）2）工件不带电，基材范围广3）基体热损伤小（与喷熔和堆焊相比）4）涂层质量好（涂层致密、附着力大，因为温度、速度均高）5）缺点：有强光、强噪声、和有害蒸汽等，需采取防护措施。

第三十八页，共四十七页，2022年，8月28日我不认为在听音乐！第三十九页，共四十七页，2022年，8月28日作业题二1、画图说明电弧喷涂的原理。其特点是什么？

特点1）涂层与基体结合强度高。（180m/s，而火焰线材喷涂<160m/s，温度高，粒子含热量多，伪冶金结合倾向大）2）喷涂效率高，可达55kg/hZn，是火焰线材喷涂2-4倍。3）设备投资大，但使用费用低。（效率高，电比气费用低）。4）可方便地制造“伪合金层”。通电后，两金属丝间产生电弧，金属丝一边熔化一边送进，压缩空气将熔化金属液雾化，高速飞向工件表面成涂层。第四十页，共四十七页，2022年，8月28日作业题三特点1）温度高，可喷材料广泛（几乎所有材料）2）工件不带电，基材范围广3）基体热损伤小（与喷熔和堆焊相比）4）涂层质量好（涂层致密、附着力大，因为温度、速度均高）5）缺点：有强光、强噪声、和有害蒸汽等，需采取防护措施。工作气体---Ar或N2或Ar+5-15%H2或N2+5-15%H2通电后钨极与壳体之间产生电弧等离子弧，温度可达20000K，加热喷涂材料至熔融或半熔融态，被高速焰流雾化并高速撞向工件涂层。2、画图说明等离子喷涂的原理。其特点是什么？第四十一页，共四十七页，2022年，8月28日“863”计划(项目）1986年3月，王大珩、王淦（gan）昌、杨嘉墀（chi）、陈芳允四位老科学家给中共中央写信，提出要跟踪世界先进水平，发展我国高技术的建议。这封信得到了邓小平同志的高度重视，小平同志亲自批示：此事宜速决断，不可拖延。经过广泛、全面和极为严格的科学和技术论证后，中共中央、国务院批准了《高技术研究发展计划（863计划）纲要》。从此，中国的高技术研究发展进入了一个新阶段。15年来，在党中央和国务院的正确领导下，在有关部门的大力支持下，经过广大科技人员的奋力攻关，863计划取得了重大进展，为我国高技术发展、经济建设和国家安全做出了重要贡献。

863计划是在世界高技术蓬勃发展、国际竞争日趋激烈的关键时期，我国政府组织实施的一项对国家的长远发展具有重要战略意义的国家高技术研究发展计划，在我国科技事业发展中占有极其重要的位置，肩负着发展高科技、实现产业化的重要历史使命。第四十二页，共四十七页，2022年，8月28日根据中共中央《高技术研究发展计划（863计划）纲要》精神，863计划从世界高技术发展的趋势和中国的需要与实际可能出发，坚持“有限目标,突出重点”的方针，选择了生物技术、航天技术、信息技术、激光技术、自动化技术、能源技术和新材料7个高技术领域作为我国高技术研究发展的重点（1996年增加了海洋技术领域）。其总体目标是：集中少部分精干力量，在所选的高技术领域，瞄准世界前沿，缩小与发达国家的差距，带动相关领域科学技术进步，造就一批新一代高水平技术人才，为未来形成高技术产业准备条件，为20世纪末特别是21世纪初我国经济和社会向更高水平发展和国防安全创造条件。为此，国家每年都要为863计划投入千亿人民币以上的巨资。

863计划主要是由政府主导，同时鼓励企业的参与。其中国家级的科研机关和各高等院校是科学研究的主导力量，而企业要加入863计划必须通过政府和相关部门的严格筛选，更重要的是企业自身的实力和发展潜力，因此只有极少具有实力的企业才能作为该计划的