热喷涂技术及应用

热喷涂技术及应用2011-111热喷涂是利用热源将喷涂材料加热到熔化或半熔化状态，借助于焰流或外加的推力将熔滴雾化或推动熔粒成喷射的粒束，以一定速度喷射到经过制备的基体表面形成某种功能的涂层。什么是热喷涂？2ParticleorDropletgenerationAcceleratingHeatingSplatformation:Impact,flatteningSolidification热喷涂原理3典型热喷涂系统4涂层结构5单个粒子表面形貌530oC740oC涂层断面形貌（层状结构）6热喷涂分类

线材火焰喷涂、棒材火焰喷涂

气体燃烧火焰法

粉末火焰喷涂、爆炸喷涂

超音速火焰喷涂、粉末火焰喷熔

电弧喷涂

大气等离子喷涂热真空等离子喷涂喷

气体放电法等离子喷涂

保护气体等离子喷涂涂水稳等离子喷涂超音速等离子喷涂等离子喷熔

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

7几种主要热喷涂方法和设备8粉末火焰喷涂喷枪通过气阀分别引入燃料气（主要采用乙炔）和氧气，经混合后从喷咀喷出，产生燃烧火焰。合金粉末在高速氧气流的带动下由喷嘴射、、出，穿过燃烧火焰时被加热到熔化或半熔化状态，并高速撞击在已预处理的基体表面上，沉积为喷涂层。

粉末火焰喷涂原理示意图1-氧、乙炔混合气；2-送粉气；3-喷涂粉末；4-喷嘴；5-火焰；6-涂层；7-基体9火焰喷涂特点及应用特点：a.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10-30MPa。应用：粉末火焰喷涂广泛用于机械部件和化工容器、辊筒表面制备耐蚀、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。10等离子喷涂在阴极和阳极（喷嘴）之间产生一直流电弧。该电弧把导入的工作气体加热电离成高温等离子体并从喷嘴喷出形成等离子焰。粉末由送粉气体送入等离子射流后被熔化、加速、喷射到以预处理的基体材料表面形成涂层。

等离子喷涂原理示意图1-喷涂粉末；2-工作气；3-阴极；4-阳极；5-等离子射流；6-基体；7-喷涂层;11APS设备组成12APS涂层特点及应用特点:

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、耐磨、隔热、绝缘、抗高温和特殊功能涂层。13

电弧喷涂是将两根被喷涂的金属丝作为自耗性电极，利用其端面产生的电弧作热源来熔化金属丝材，用压缩空气进行雾化的热喷涂方法。电弧喷涂原理示意图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；9-涂层；10-基体电弧喷涂14电弧喷涂设备151)

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、铬钢、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涂层等。电弧喷涂典型应用16爆炸喷涂

将一定比例和流量的乙炔和氧气引入内径为25mm的水冷枪筒内，与同时引入的喷涂粉末混合，通过火花塞瞬间引爆，枪筒内的温度突然上升到3300℃以上,气体燃烧的速度超过音速的十倍，形成冲击波,爆炸的热能将喷涂粉末加热到熔融或半熔融状态，并使熔粒加速到2倍音速喷出，撞击到基体表面形成涂层，此后将氮气引入枪筒内置换，直到下一个爆炸过程开始，喷涂频率可达每秒4-8次。17爆炸喷涂原理示意图1-氮气；2-粉末；3-火花塞；4-喷涂射流；5-涂层；6-基体；7-氧气；8-乙炔18爆炸喷涂设备19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WC-Co涂层的断面硬度比等离子喷涂高50%以上；气孔率低：喷涂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。爆炸喷涂特点及应用20燃料气体（氢气、丙烷、丙烯或MAPP）和助燃剂（O2)以一定的比例导入燃烧室内混合，爆炸式燃烧，高温燃气经燃烧室上部燃烧头内的四根倾斜喷管进入铜喷咀，粉末由送粉气（Ar或N2）定量沿燃烧头内碳化钨中心套管送入高温燃气中，由高温高速燃气带出喷咀，高速喷射到工件上形成涂层，整个喷枪由循环水冷却。

超音速火焰喷涂21Jet-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；

22超音速火焰喷涂设备23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550~800m/s；粉粒在火焰中加热时间长：喷涂粉末以中心轴式方法供给，这种供粉方式使粉末在火焰中停留时间长，能均匀地受热熔融，产生集中的喷射束流；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5-45μm，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%，结合力可大于100N/mm2；气体耗量大、喷涂噪声大：目前喷枪所消耗的气体远大于一般火焰喷涂；被广泛使用来制备碳化物（WC-Co、NiCr-Cr3C2）涂层和耐蚀涂层。特点及应用24热喷涂的应用范围航天航空、机械、电子、冶金、能源、交通、石油、化工、食品、轻纺等，并在高新技术领域也得到了应用。251．抗腐蚀/氧化涂层

1)抗化学腐蚀涂层：涂层材料主要有Ni、NiCr、NiAl、Al2O3、TiO2、Y2O3、Ta、Mo、塑性等；2)抗大气/电化学腐蚀涂层：涂层材料主要有：Al、Zn、AlZn、青铜、不锈钢、蒙乃尔合金、镍基合金；3)抗氧化涂层：涂层材料主要有：NiCr、MCrAlY（M为Ni、Co或Fe）、Mo、镍基合金和铝化物等。涂层应用分类262．抗磨损涂层:抗滑动磨损、磨料磨损、冲蚀磨损、微动磨损、气蚀磨损等，其涂层材料主要有：Al2O3/TiO2、Cr2O3、WC/Co、TiC/NiCr、高碳钢、不锈钢、NiCrBSi、CoCrW、Cr3C2/NiCr、Mo等。3．热障涂层：

热喷涂材料主要有ZrO2/Y2O3、、ZrO2/MgO、ZrO2/CeO2、MCrAlY、NiAl等。4．可磨密封涂层：涂层材料主要有Al/聚酯、Ni/石墨、NiCr/Al2O3、NiCr/TiC、NiCr/SiC、ZrO2等。27修复/装饰涂层

涂层材料主要有Ni、Al、Cu、铝青铜、不锈钢、碳钢、NiAl、NiCr、Mo等。6．电/磁/光涂层:电/磁/光涂层包括绝缘涂层、导电涂层、半导体与超导体涂层、压电涂层、电致伸缩涂层、辐射、吸收及反射涂层、光-电涂层等。7．