热喷涂概述与材料

第二节热喷涂技术概述一、热喷涂概念

热喷涂----利用某种热源，如电弧、等离子弧或燃烧火焰等将粉未状或丝状的金属或非金属材料加热熔化或软化形成熔滴、并以一定速度射向预处理过的基体表面、形成具有一定结合强度涂层的工艺方法。喷焊---是指用热源将喷涂层加热到熔化，使喷涂层的熔融合金与基材金属互溶、扩散，形成类似钎焊的冶金结合，这样所得到的涂层称为喷焊层。热喷涂技术的目的：

热喷涂的目的：是提高工件的耐蚀、耐磨、耐高温等性能，亦可用于修复因磨损或加工失误造成尺寸超差的零部件。热喷涂生产实例录相

热喷涂的工艺过程：喷涂材料加热熔化熔滴雾化粒子飞行粒子喷涂涂层形成二、热喷涂的原理

喷涂材料在热源中被加热的过程和颗粒与基体表面的结合过程是热喷涂涂层制备的关键环节。（一）涂层的形成过程及特点热源温度越高，熔滴冲击速度越大，形成的涂层越致密。涂层中颗粒与基体表面之间的结合以及颗粒之间的结合机理目前尚无定论，通常认为有三种结合：机械结合碰撞成扁平状并随基体表面起伏的颗粒，由于和凹凸不平的表面相互嵌合（即抛锚效应），形成机械钉扎而结合。一般来说，涂层与基体的结合以机械结合为主。冶金-化学结合这是当涂层和基体表面产生冶金反应的一种结合类型，如出现扩散和合金化，包括在结合面上形成金属化合物或固溶体。当喷涂后进行重熔即喷焊时，喷焊层与基体的结合主要是冶金结合。物理结合颗粒与基体表面间由范德华力或其他次价键力形成的结合。

范德华力是存在于分子间的一种吸引力，它比化学键弱得多。

（二）热喷涂涂层结构喷涂层的形成过程决定了涂层的结构，喷涂层是由无数变形粒子互相交错呈波浪式堆叠在一起的层状组织结构。涂层的特点：涂层的性能具有方向性垂直和平行涂层方向上的性能是不一致的。有孔隙或空洞涂层中颗粒与颗粒之间不可避免地存在一部分孔隙或空洞，其孔隙率一般在0.025％～20％之间，涂层中还伴有氧化物等夹杂。涂层结构可改变涂层经适当处理后，结构会发生变化。如涂层经重熔处理，可消除涂层中氧化物夹杂和孔隙，层状结构变成均质结构，与基体表面的结合状态也发生变化。涂层中存在残留应力残留应力是由于撞击基体表面的熔融态变形颗粒在冷凝收缩时产生的微观应力的累积造成的，涂层的外层受拉应力，而基体或涂层的内侧受压应力。Ni－Cr－B－Si火焰喷涂组织涂层的残留应力：

涂层中存在的残留应力会影响涂层的质量，残留应力的大小与涂层的厚度成正比，限制了涂层的厚度。因此，薄涂层一般比厚涂层具有更好的结合强度，受残留应力的限制，热喷涂层的最佳厚度一般不超过0.5mm。热喷涂层残留应力的大小可通过调整喷涂工艺参数进行控制，但更有效的方法是通过涂层结构设计，采用梯度过渡层缓和涂层残留应力。热源喷涂方法火焰线材火焰喷涂粉末火焰喷涂高速火焰喷涂爆炸喷涂自由电弧电弧喷涂等离子弧大气等离子弧喷涂(APS)低压等离子弧喷涂(LPPS)水稳等离子弧喷涂三、热喷涂技术分类及特点1.热喷涂技术的分类喷涂方法温度/℃粒子速度/m.s-1结合强度/MPa气孔率/（%）喷涂效率/kg·h－1相对成本火焰喷涂3000408～2010～152～61高速火焰喷涂3000800～170070～110＜0.51～52～3爆炸喷涂4000800＞701～214电弧喷涂500010012～251010～252等离子弧喷涂>10000200～40060～80＜0.52～104各种热喷涂技术的典型特征参数可喷涂的材料广泛几乎所有的金属、合金、陶瓷都可以作为喷涂材料，塑料、尼龙等有机高分子材料也可以作为喷涂材料。基体不受限制在金属、陶瓷器具、玻璃、石膏，甚至布、纸等固体上都可以进行喷涂。工艺灵活既可对大型设备进行大面积喷涂，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。室内或露天均可进行喷涂，工序少，功效高，大多数工艺的生产率可达到每小时喷涂数千克喷涂材料。如对同样厚度的涂层，时间比电镀用的少得多。工件受热温度可控在喷涂过程中可使基体保持较低温度，基体变形小，一般温度可控制在30～200℃，从而保证基体不变形、不弱化。涂层容易控制涂层厚度由几十微米到几毫米，涂层表面光滑，加工余量少。成本低2.热喷涂技术的特点但目前该技术仍存在着结合力低、孔隙率较高、均匀性差等缺点，有待于进一步发展。第三节热喷涂材料一、热喷涂材料的性能和分类

1.热喷涂材料必须满足的性能：稳定性好热喷涂材料在喷涂过程中，必须能够耐高温，具有良好的化学稳定性和热稳定性，即在高温下不发生有毒的化学反应及性能上的转变。使用性能好根据工件的要求，所得涂层应该满足各种使用要求，即喷涂材料也必须具有相应的性能，如耐磨、耐蚀、导电、绝缘等。润湿性好润湿性好，则得到的涂层与基体的结合强度高；自身密度好，且涂层平整。固态流动性好固体粉末的流动性与粉末形状、湿度和粒度有关。流动性好，才能保证送粉的均匀性。热膨胀系数合适若涂层与工件的热膨胀系数相差甚远，则可能导致工件在喷涂后的冷却过程中引起涂层龟裂。

2.热喷涂材料分类1）根据热喷涂材料的不同形状：线材棒材管材粉末由高分子材料做成的长柔性管中装有各种性能粉末和管材2）根据喷涂材料的成分：金属合金自熔性合金复合材料陶瓷塑料3）按涂层结构有纳米涂层材料、合金涂层材料、非晶态涂层材料以及由这些材料复合构成的复合涂层材料。二、热喷涂用金属及合金线材热喷涂用金属及合金线材包括：非复合喷涂线材复合喷涂线材用机械方法将两种或更多种材料复合压制成喷涂线材称复合喷涂丝。非复合喷涂线材是指只用一种金属或合金的材料制成的线材，这些线材是用普通的拉拔方法制造的。碳钢及低合金钢喷涂丝常用的是85优质碳素结构钢丝和T10A碳素工具钢丝。一般采用电弧喷涂，用于喷涂曲轴、柱塞、机床导轨等常温工作的机械零件滑动表面耐磨涂层及磨损部位的修复。（一）非复合喷涂线材不锈钢喷涂丝1Cr13、2Cr13、3Cr13等马氏体不锈钢丝主要用于强度和硬度较高、耐蚀性要求不太高的场合，其涂层不易开裂。1Cr17在氧化性酸类、多数有机酸、有机酸盐水溶液中有良好的耐蚀性。1Cr18Ni9Ti等奥氏体不锈钢丝有良好的工艺性能，在多数氧化性介质和某些还原性介质中都有较好的耐蚀性，用于喷涂水泵轴等。由于不锈钢涂层收缩率大，易开裂，适于喷涂薄层。

铝及铝合金喷涂丝铝和氧有很强的亲和力，铝在室温下大气中就能形成致密而坚固的Al2O3氧化膜，能防止铝进一步氧化。纯铝喷涂除大量用于钢铁保护涂层外，还可作为钢的抗高温氧化涂层、导电涂层和改善电接触的涂层。一般铝丝纯度（质量分数）应大于99.7％。铝丝直径2～3mm，喷涂时，表面不得有油污和氧化膜。锌及锌合金喷涂丝