材料成形技术基础 第8章 表面成形及强化技术

第八章表面成形及强化技术一、热喷涂技术

1.热喷涂方法分类：§8-1表面涂层技术热喷涂火焰喷涂等离子喷涂电弧喷涂其它喷涂方法粉末火焰喷涂线材火焰喷涂爆炸火焰喷涂超音速火焰喷涂大气等离子喷涂低气压等离子喷涂高频等离子喷涂水稳等离子喷涂激光喷涂线爆喷涂2.火焰喷涂（1）线材火焰喷涂：将线材（或棒材）从喷涂枪中心孔送出，并使线材（或-棒材）端部进入氧－燃气火焰熔化，周围的压缩空气流（雾化气）将熔化的金属微粒化，并喷射到基材表面沉淀为涂层§8-1表面涂层技术线材火焰喷涂原理示意§8-1表面涂层技术（2）粉末气体火焰喷涂：粉末材料由送料罐内自然落下而进入，或由自动送给粉末装置将粉末送入喷枪内部的气流中，随气流从喷嘴端部的燃烧火焰喷出，在飞行中加热和加速，成为熔融粒子，高速地撞击到基体表面上成为扁平状粒子，形成所需涂层（3）超音速火焰喷涂：当一定压力的氧气与气体燃料在燃烧室内燃烧产生的压力使得燃气流在喷枪出口处的排泄达到阻塞条件时，从出口处排出的火焰流可达到超音速粉末气体火焰喷涂原理示意超音速火焰喷涂枪原理示意3.等离子弧喷涂将粉末送进高温、高速等离子弧中加热熔化并使其高速撞击于基体表面形成涂层4.电弧喷涂送入喷枪的两根喷涂用线材彼此绝缘，在喷枪端部分别接直流电源的正、负极，两根线材在喷嘴端部形成电弧。利用电弧热熔化线材，通过高压气体或压缩空气雾化成小颗粒并加速使其向基体表面喷去，在表面形成涂层§8-1表面涂层技术等离子弧喷涂原理示意电弧喷涂原理示意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-喷涂射流二、涂层结合机理、结构特点及喷涂材料1.热喷涂层与基体结合机理●机械结合●金属键结合●微扩散结合●微熔合§8-1表面涂层技术2.涂层结构特点涂层平行和垂直于表面的两个方向性能不一致，表现为涂层结构不均匀性涂层是由撞击基体表面的熔融粒子堆积而成，因此必然会存在许多没有完全填满的部位，表现为涂层的多孔性一般情况下（低压等离子喷涂和惰性气体中喷涂除外），熔融颗粒表面都覆盖有氧化膜，因此涂层中含有大量氧化膜，表现为涂层化学不均匀性由于熔融粒子的快速冷却和收缩，会产生内应力，表现为涂层中存在有较大内应力3.热喷涂材料自熔合金：含有一定量B、Si的镍基、铁基、钴基和铜基合金，为了提高涂层性能，除了B、Si外还有Cr、C等元素陶瓷材料：Al2O3、TiO2、Cr2O3、ZrO2等氧化物为最常用的一类陶瓷喷涂材料。ZrO2主要用作热障涂层，其他的常用于耐磨损零件金属陶瓷：碳化物由于高温稳定性差，一般用金属作粘接剂制成金属陶瓷粉末自粘结喷涂粉末：常用的自粘结性粉末有Ni-Al和NiCr-Al复合粉末这种复合粉末常采用包覆形式

§8-1表面涂层技术三、电镀、化学镀及堆焊1.电镀：在含有欲镀金属的盐溶液中，以被镀工件为阴极，通过电解作用，使镀液中欲镀金属的阳离子在工件表面上还原成金属（或合金）的过程随着电镀技术的广泛应用，开发了许多电镀工艺，主要包括合金电镀、复合电镀、电刷镀等§8-1表面涂层技术合金电镀：是在一个镀槽中同时沉积含有两种或两种以上金属元素形成合金镀层的技术复合电镀：是在金属电沉积过程中，将悬浮在电镀液中的一种或数种不溶性的固体颗粒，与金属一起均匀地沉积夹杂到金属镀层，形成复合镀层的方法电刷镀：浸满镀液的毛刷或镀笔作阳极，工件作阴极。镀笔在工件表面上移动，两者之间镀液中的金属离子在电场作用下移到工件表面，获得电子后还原成金属原子，在表面沉淀结晶，形成镀层§8-1表面涂层技术电刷镀：浸满镀液的毛刷或镀笔作阳极，工件作阴极。镀笔在工件表面上移动，两者之间镀液中的金属离子在电场作用下移到工件表面，获得电子后还原成金属原子，在表面沉淀结晶，形成镀层电刷镀原理示意§8-1表面涂层技术2.化学镀：又称为无电解镀。是采用某种还原剂，把溶液中的金属离子还原为金属，沉积在经过处理，具有催化活性的金属或非金属基体表面通过化学镀可镀的金属有Ni、Co、Pt、Cu、Ag、Au等金属及其合金3.堆焊：堆焊是用焊接方法在零件表面堆敷一层金属的工艺过程，其目的不是为了连接零件，而是为了使零件获得具有耐磨、耐热、耐蚀等特殊性能的熔敷金属材料，或是为了恢复或增加零件的尺寸四、表面沉积1.物理气相沉积：真空蒸镀：真空蒸镀常在1×10-2