热喷涂与喷焊技术.ppt

1、热喷涂、喷焊技术,引言,随着工业现代化的发展，对各种机械设备零件的表面性能要求越来越高。表面熔融凝固技术通过表面涂覆与改性，改变金属或非金属表面的化学成分、组织结构、应力状态和形态，使机械设备零件适应高温、高压、高速、重载及腐蚀介质、恶劣工况条件工作的需要，有效改善材料表面性能，提高生产力，节约资源能源，减少环境污染，改变零部件的外观，已成为提高产品质量和使用寿命的重要制造技术。受到各工业部门的重视，现已在航天、航空、冶金、机械制造、煤炭、电力、石油、化工、纺织等工业部门得到应用。,第一节 热喷涂技术,概述 热涂技术最早于1910年由普博士发明,当时命名：“金属喷镀” 1979年9月2710月

2、1日在美国Florida州Miami城召开第八届国际热喷涂会议,采用“热喷涂”,这一名词,这就是“热喷涂”名词的由来。 我国热喷涂技术是从上世纪五十年代开始的,当时由吴剑春和张关宝在上海组建了国内第一个专业化喷涂厂,研制氧乙炔焰丝喷及电喷装置，并对外开展金属喷涂业务。,据不完全统计，在“八五”期间(19911995年包括1996年)，中国热喷涂行业总产值为3亿元年左右(包括热喷涂设备、材料、施工与技术服务、辅助设备材料等)。1996年，我国国民经济总产值约为7.5万亿元(约为9100亿美元)，热喷涂产值约占其0.39/10000。据国外有关材料介绍，近几年美国热喷涂总产值约为20亿美元，日本为

3、800亿日元，分别占其国民经济总产值(GNP)的3.6/10000和2.3/10000。热喷涂产值在GNP重的比值是该国热喷涂发达与否的重要标志。中国的这个比值，仅为美国的11%，日本的17%。这说明，中国的热喷涂仍处于发展阶段，远未达到成熟和饱和阶段，也正因为如此，热喷涂在中国的市场广大，机遇甚多，发展前景看好。,一.热喷涂概念 利用热源将材料加热至熔化或熔融状态，借助气流高速雾化形成“微粒雾流”，沉积在经过预处理的工件表面，形成与基体紧密结合的涂层的一类技术称为热喷涂。 二.热喷涂技术原理 1. 热喷涂技术原理 如图1所示， 在喷涂过程中，被热源加热并被高速气流雾化的喷涂材料颗粒被喷射到基

4、体表面，和基体发生撞击，速度由每秒几十、几百米骤然降为零，颗粒由于撞击而产生巨大的变形铺展，形成片层状结构，并迅速冷却下来，如图2所示。,图1 热喷涂技术原理示意图 1- 基体 2- 涂层 3 热源 4- 热喷涂材料 L- 熔体 S- 固体,图2 喷涂颗粒的变形铺展,在喷涂前，基体经过净化、粗化预处理，表面形成了一定的粗糙度，变形铺展的喷涂颗粒可以镶嵌在粗化表面上，形成机械嵌合作用，和表面结合在一起，如图3所示。 不断和基体撞击、变形铺展的喷涂颗粒互相填塞、堆积而形成喷涂层，如图4所示。,图3 喷涂颗粒和基体的结合,图4 涂层的形成,2.热喷涂分类,3.热喷涂特点 能够喷涂的材料范围特别广；

5、能够在多种基体材料上形成涂层； 一般不受工件尺寸和施工场所的限制； 沉积效率高，特别适合沉积后膜涂层； 对基体材料的热影响小； 调整涂层成分比较容易； 容易对制品进行局部强化或改性； 节约贵重材料； 方便维修。,4.涂层材料 首先，热喷涂材料最好有较宽的液相区，因为涂层材料需要熔化后才能喷涂到基体上去，而较宽的液相区可以使熔滴在较长时间内保持液相：一般金属材料和氧化物陶瓷材料都适合热喷涂技术。 其次，对喷涂材料的形状与尺寸也有要求。一般喷涂用材料都必须是线材或粉末材料。,5.涂层形成过程 涂层形成的大致过程是：涂层材料经加热熔化和加速一撞击基体一冷却凝固一形成涂层。其中涂层材料的加热、加速和凝

6、固过程是三个最主要的方面。 涂层材料的熔化非常关键，一般希望所有涂层材料都完全熔化并一直保持到撞击基体表面之前，并且不产生挥发。一些简单的模型可以描述热气流中固体粉末的熔化过程。将材料参数及有关变量，如热导率、熔化温度等，统一纳入到加热条件及气流动力学方程中，可得到以下不等式：,S（T）2/VL2D2/16P 式中，S为粉末在焰流中的运动距离；为平均边界层的热导率；T为平均边界层的温度梯度；V为平均焰流速度；为平均焰流粘度；L为粉末材料的熔化潜热；D为粉末的平均直径；P为粉末密度。,6.涂层结构 如图5所示是等离子喷涂钼涂层显微结构形貌图。可见涂层由大小不一的扁平颗粒、未熔化的球形颗粒、夹杂和

7、孔隙组成。几乎所有热喷涂层都具有上述相同的特征，差别只在于尺寸的大小和数量的多少。 图5,热喷涂层一般都会有一部分孔隙(0.025一50)，其产生原因主要有三个： 1） 未熔化颗粒的低冲击动能； 2）是喷涂角度不同时造成的遮蔽效应； 3）是凝固收缩和应力释放效应。,7.热喷涂中的变相 喷涂过程中熔滴撞击基体冷却凝固形成涂层。相对基体来说，熔滴尺寸非常小，冷却速度可以达到106K/s。冷却后会形成非晶态或亚稳相，完全不同于同样材料在轧制态或铸态的组织结构。在高温环境下使用时，涂层的这些亚稳态结构会向稳定相转变，或发生分解。有些相变甚至会产生相变应力，导致涂层破坏，因此在设计涂层时应引起注意。,8

8、.涂层应力 大部分涂层材料的冷却凝固伴随着收缩过程。当熔滴撞击基体并快速冷却、凝固时，颗粒内部会产生张应力而在基体表面产生压应力。喷涂完成后在涂层内 部存在残余张应力，其 大小与涂层厚度成正比。 涂层达到一定程度时， 涂层的张应力超过涂层 图6 与基材的结合强度或涂层本省的结合强度时，涂层就会发生破坏。如图6所示。,薄涂层一般比厚涂层更加经久耐用。高收缩材料如某些 奥氏体不锈钢容易产生较大的残余应力，因此不能喷涂厚的涂层。 喷涂方法和涂层结构也影响涂层的应力水平。致密涂层中的残余应力要比疏松涂层的要大。涂层应力大小还可以通过调整喷涂工艺参数而部分控制但更有效的办法是通过涂层结构设计，采用梯度过

9、渡层缓和涂层应力。,9.结合强度 1)涂层拉伸结合强度 这是测定喷涂涂层与基体界面之间沿法线方向抗拉伸应力的结合强度。试样和拉伸实验装置如图7所示。试样 A 的端面经喷砂处理后喷涂涂层厚度大于 0.8mm ，加工至 0.5mm ，最小厚度不小于 0.4mm ；试样 B 的端面经喷砂处理，然后将 A 、 B 试样端面涂上粘结剂，加压固化后在拉伸试验机上进行拉伸，拉伸速度不超过 1mm/min ，加载速度不超过 9.8kN/min 。试样破断时的最大载荷与涂层面积之比即为抗拉结合强度。应对 5 组试样进行测试，取其算术平均值。,2） 涂层剪切结合强度 涂层剪切结合强度测试试样如图7 所示。在圆柱形

10、试棒的凸台表面喷涂涂层，磨削加工到规定尺寸。将试样放入阴模中，在万能材料试验机上沿轴线对试棒匀速施加压力，直至涂层破断，换算成单位面积上承受的剪切应力，即为涂层的剪切结合强度。,图6 涂层拉伸结合强度测试试样,图7 涂层剪切结合强度测试试样,3)涂层自身的结合强度 测试按照图 8 所示加工并喷涂试样，试样数量为 5 个。涂层厚度一般不小于 1.2mm ，加工后保留 1.0mm ，喷涂层宽度不小于 60mm 。拉伸试验机上进行拉伸，拉伸速度不超过 1mm/min ，加载速度不超过 9.8kN/min ，直到涂层断裂。涂层的粘聚强度按下式计算： 式中 b 涂层的粘聚强度， N/mm 2 ； F 涂

11、层破断最大载荷， N ； d1 试件喷涂前直径， mm ； d2 试件喷涂加工后直径， mm 。,图8 涂层粘聚强度试验试样,10.热喷涂前后处理技术 1)基体表面预处理 基体进行表面预处理是热喷涂非常重要的一个工艺环节。涂层与基体的结合是机械嵌合，喷射向基体的熔融粉末或金属液滴，和基体发生碰撞，产生变形，和基体表面的凸凹部分发生嵌合，产生抛锚效应，从而形成涂层。这种嵌合能力的大小，和基体表面的净化程度、粗化效果有很大关系。通过对基体表面进行净化和粗化，提高基体表面的活性和表面积，可以提高涂层和基体的结合强度，改善涂层内的应力分布状况。 在制备涂层前，对基体表面进行的清理、粗化、预热等，统称为

12、基体表面预处理。常用的表面预处理方法包括：,1. 溶剂清洗 2. 高温加热 3. 火焰灼烧 4. 机械打磨 5. 机械加工 6. 喷砂处理 7. 电火花粗化 8. 超声波清洗 9. 基体预热,2） 基体表面的保护与遮蔽 很多时候基体表面并不需要全部进行喷涂。必须对非喷涂部位进行保护与遮蔽，以防止在喷砂过程中砂粒对非喷涂部位的损伤，以及喷涂时喷涂粒子沉积在非喷涂部位，妨碍工件以后的正常使用。可以使用薄铁皮对非喷涂表面进行保护，油孔、螺栓孔可以用软木塞、粉笔等堵塞。喷涂时某些无法保护的部位，可以事先涂刷防粘涂料，以便喷涂完毕后，该部位的涂层能够迅速除,3） 涂层的后处理 (1)涂层的封孔处理 热喷

13、涂涂层都存在一定的孔隙。多孔性降低了涂层的耐蚀性、绝缘性。当喷涂防腐涂层或绝缘涂层时，就要对涂层进行封孔处理。 封孔处理是热喷涂工艺的一种后处理工序。封孔剂的作用就是填充涂层中的空隙，从而达到： a 提高涂层的耐腐蚀、抗氧化、电绝缘性能； b 避免涂层磨削加工时磨料嵌入涂层孔隙中； c 赋予涂层以新的功能。如采用石蜡、有机硅树脂类封孔剂，具有减摩自润滑性能，可使涂层也有减摩自润滑性能。,对封孔剂的基本要求是： a 粘度低，渗透性好； b 化学性能稳定，能耐化学腐蚀或溶剂作用， 不与涂层材料发生有害反应； c 容易古话，最好能常温固化，且与涂层粒子粘结牢固； d 安全无毒，使用方便。 按照封孔剂

14、材料的类型，封孔剂主要分为有机封孔剂和无机封孔剂两类。前者一般用于常温和不高的环境温度下，如微晶石蜡、酚醛清漆、环氧清漆等；后者则多用于高温涂层的封孔，如水玻璃、水解硅酸乙酯、磷酸铝等。,(2) 涂层的加工 几乎所有的热喷涂涂层表面都是较粗糙的，在要求涂层几何尺寸精度和表面光洁度的情况下，必须对涂层进行机械加工。 热喷涂涂层的机械加工不同于普通整体金属材料的加工，由于涂层组织的特殊性，在制定机加工工艺时，应考虑如下因素： a 涂层结合强度有限，尤其在边缘处不能承受过大的切削应力，否则易出现涂层剥离现象。 b 一般涂层韧性差，不宜切削。 c 耐磨涂层硬度高，导热性差，刃口温度高，涂层易过热，刀具

15、容易磨损。 d 涂层一般较薄，加工余量不大。,除了喷焊层以外，热喷涂涂层都是以机械结合为主，不正确的机加工工艺会导致涂层的剥离和开裂。涂层的车、铣加工以小进给量和低线速度为宜。 薄涂层和硬度很高的涂层最好采用磨削加工。,三.喷涂工艺方法 1.电弧喷涂 电弧喷涂最早是由瑞士工学博士 M. U. Schoop 在 1913 年提出的，到 1916 年研制成功了第一把实用型的电弧喷枪。图1所示为世界上的第一台电弧喷涂设备。,世界上的第一台电弧喷涂设备,1）电弧喷涂原理 电弧喷涂是用电弧将喷涂材料加热熔化，再用压缩空气雾化，喷射到基体表面形成涂层的一种热喷涂技术,1- 直流电源； 2- 金属丝； 3-

16、 送丝轮； 4- 导电块； 5- 导电嘴； 6- 空气喷嘴； 7- 电弧,（2）电弧喷涂设备 电弧喷涂是借助电弧燃烧的热能熔化金属丝材，利用压缩空气的压力把熔化的金属雾化成金属颗粒。因此，产生电弧的喷枪、给喷枪供电的电源和空气压缩机是电弧喷涂必不可少的设备。喷涂用的空气要求清洁干燥，因此供气系统中还包括空气净化装置。基体喷涂前要进行粗化处理，需要喷砂设备。此外还有驱动工件按一定速度运动的喷涂机床，除尘设备等。 喷涂主体设备,电弧喷涂设备,2.等离子喷涂 1）等离子喷涂的原理 等离子喷涂的原理如下图所示。将金属或非金属粉末送入刚性非转移弧等离子焰流中，加热到熔化或半熔化状态，并随高速等离子焰流喷

17、射并沉积到经过预处理的基体表面，形成涂层。,等离子喷涂的原理图,2）等离子喷涂设备 等离子喷涂设备是由许多分立的设备和装置所组成的复杂装备系统，通常包括电源、控制与监测装置、等离子喷枪、冷却系统、气源供给装置、送粉装置、等离子喷枪的运动与控制设备、喷涂部件的运动与控制设备、通风与排气装置、除尘装置、喷涂室等。等离子喷涂主体设备如图所示。,等离子喷涂设备,3.火焰喷涂 火焰喷涂一般采用氧 - 燃气火焰做热源，喷涂的材料可以是粉末，也可以是丝材，可以是金属、合金、复合材料、陶瓷、塑料，只要喷涂材料的熔点低于火焰的温度，就可以在火焰中熔化、雾化，喷射形成涂层。 1） 丝材火焰喷涂原理 丝材火焰喷涂是

18、利用氧 - 燃气 ( 一般为乙炔气 ) 火焰做热源，将连续、均匀送入火焰中的喷涂丝材加热、熔融，再通过高压气体雾化成微粒状，喷射到预先处理过的工件表面，形成金属、合金或陶瓷涂层。其基本原理如图1 所示。氧气和燃气送入喷枪后，混合燃烧，用于熔化喷涂丝材；在氧 - 燃气通路外部环形通入压缩空气，,用于雾化熔化后的喷涂材料，并将喷涂材料喷射到基体上。喷枪前部的空气帽使压缩空气射流呈锥形射束，将氧 - 燃气火焰压缩聚焦于丝材端部，使丝材端部始终处于良好的加热熔化状态。这样，既使采用的喷涂材料是烧结成棒状的陶瓷材料，仍然可以很好地熔化。,丝材火焰喷涂原理示意图,2）丝材火焰喷涂设备 丝材火焰喷涂设备由喷

19、枪、供气系统和气体控制系统组成，如图 所示,丝材喷涂设备,3） 粉末火焰喷涂原理 粉末火焰喷涂是利用燃气和助燃气燃烧产生的热量加热粉末态喷涂材料，使其达到熔融或软化状态，借助焰流动能或喷射加速气体，将粉末喷射到经预处理的基体表面，形成涂层，如图 所示。,粉末火焰喷涂原理示意图,4)粉末火焰喷涂设备 粉末火焰喷涂设备主要是粉末火焰喷枪，其它辅助设备包括气瓶、气体流量调节装置等。当需要使用压缩空气时，还包括压缩空气系统。粉末火焰喷枪外形如图所示。,丝材喷涂设备,3.超音速火焰喷涂原理 超音速火焰喷涂 (High Velocity Oxygen Fuel ，简称 HVOF) 工艺是基于一高压内燃系统

20、，与微型火箭引擎相似。所用燃料包括煤油、氢气、丙烯、丙烷、乙炔、甲基乙炔、天然气等。将粉末引入燃烧室热焰中，可在几乎无限制的各种基体上产生涂层。超音速喷涂技术是利用喷枪在压力下点燃混合气体，通过扩张使燃烧继续，而且超音速喷枪的结构独特，在燃烧室的末端即咽喉部位（ Throat ）采用了拉瓦尔（ Laval ）曲线设计，使得燃烧室的压力增加，喷涂过程中，燃料与氧混合产生温度为 2800 的超声气流。,在焰流刚膨胀的低压部位导入喷涂粉末，粉末遂高速低压焰流的抽吸作用被高速焰流加热和加速，达到很高的粒子速度从喷枪口喷出，然后高速撞击基体表面，形成优质涂层。涂层非常致密，基本无孔，与基体的结合强度高，

21、压应力小，其质量完全可以达到甚至超过爆炸喷涂涂层。下图是 JP5000 型超音速火焰喷枪的结构示意图。,JP5000 型超音速火焰喷枪结构示意图,1）超音速火焰喷涂的特点和局限性 I. 超音速火焰喷涂的特点： 焰流速度高。焰流速度高达 1500 2200m/s ， 为音速的 2 5 倍。颗粒速度为气流速度的 20% 40% ，因此，颗粒速度最高可达 900m/s 涂层结合强度高。喷涂 WC-Co 涂层可达 70 90MPa 。 涂层非常致密，孔隙率极低，小于 1% 。 涂层硬度高，喷涂 WC-Co 涂层的显微硬度 (Hv) 最高可达 1600 ，与烧结材料相当。 涂层应力为压应力，且残余应力低

22、，可喷涂厚涂层。 火焰温度在 2900 3300 之间，比等离子喷涂和电弧喷涂低，且颗粒在焰流中的飞行时间短，因而粉末的氧化、烧损小，特别适合喷涂碳化物等易氧化粉末材料。,II. 超音速火焰喷涂的局限性： (1) 能喷涂的材料有限。火焰温度低，且颗粒在焰流中的飞行时间短，因而无法熔融高熔点陶瓷粉末。若喷涂金属或合金粉末，则成本太高，体现不出优越性。 (2) 热效率低，成本高。燃料高强度燃烧产生的热能大量被冷却水或空气带走，降低了热效率，提高了涂层成本。 (3) 沉积效率低。喷涂 WC-Co 涂层的沉积效率通常低于 45% ，大大增加了材料成本。 (4) 供气系统庞大，操作不方便。 (5) 工件

23、受热大。,4）爆炸喷涂原理 爆炸喷涂是利用气体爆炸产生高能量，将喷涂粉末加热加速，使粉末颗粒以较高的温度和速度轰击到零件表面形成涂层。爆炸喷涂时首先要将一定压力、比例的氧气和乙炔气送入到喷枪内，然后再由另一入口用氮气与喷涂粉末混合送入。在枪体内充有一定量的混合气体和粉末后，由电火花塞点火，使氧乙炔混合气发生爆炸，产生热量和压力波。喷涂粉末在获得加速的同时被加热，通过枪口喷出，并以高速 ( 超过音速约 3 倍 ) 喷射在零件表面形成致密的涂层，然后通过氮气清洗枪管，为下一次喷涂做准备，喷涂过程反复连续进行。爆炸喷涂工作原理见下图所示。,爆炸喷涂工作原理,1）爆炸喷涂的优缺点 爆炸喷涂与其它喷涂工

24、艺相比有很多优点： (1) 爆炸喷涂涂层结合强度高、致密、孔隙率低。喷涂时，由于粉末颗粒迅速被加热、加速，半熔粉末对基体的撞击力大，所以涂层结合强度高，喷涂陶瓷粉末可达 70 MPa ，喷涂金属陶瓷粉末可达 175 MPa ，涂层致密，孔隙率 2% ； (2) 零件热损伤小。爆炸喷涂是脉冲式喷涂，热气流对零件表面作用时间短，因而零件的温升不高于 200 ，不会造成零件变形和组织变化； (3) 涂层均匀、厚度易控制。爆炸喷涂每次喷涂形成的涂层厚度约为 6m ，所以涂层的厚度均匀、易控制，零件加工余量小；,(4) 涂层硬度高、耐磨性好。涂层材料相同时，爆炸喷涂形成的涂层硬度较高、耐磨性较好，硬质合

25、金涂层硬度可达 1100 HV ； (5) 爆炸喷涂可用微机控制，易于实现自动化。,爆炸喷涂也存在着一些缺点 ; (1)产生的噪音大，一般高达 180 dB ，需要在专用的隔音间中进行，并由设在隔音室外的微机控制，喷涂时产生粉末飞散现象，使爆炸喷涂的使用受到一定的限制： (2) 爆炸喷涂频率为 2 10 次 /s ，每次只能形成约 25 mm0.006 mm 的涂层，效率较低； (3) 爆炸喷涂的喷涂粉末从喷枪中喷出，只能以直线行进，所以喷涂受基材形状限制较大，对于形状复杂的零件很难喷涂； (4) 效率低。爆炸频率低，不超过 10 次 /s ，而每次喷涂的涂层厚度仅 4-6m ，面积仅是直,四

26、.常用热喷涂材料 P105,五、热喷涂技术的应用 1喷涂耐腐蚀涂层 采用热喷涂技术可以喷涂耐各种介质腐蚀的保护涂层，如锌、铝、不锈钢、镍合金、蒙乃儿合金、青铜以及氧化铝、氧化铬陶瓷涂层和塑料等。 2喷涂耐磨涂层 热喷涂技术被成功地应用于喷涂机械零件表面的耐磨涂层，延长零件的使用寿命，或修复磨损失效的机械零件。恢复零件尺寸的技术现在称为机械零件“再制造工程”。,3.喷涂耐高温涂层 热喷涂技术同样可以用于改善机械零件的抗高温氧化性能。超音速火焰喷涂Cr2C3-NiCr涂层，在900。C以上，则可以采用大气等离子喷涂氧化锆涂层。采用真空等离子喷涂NiCrAL或Ni（Co）CrALY涂层，或者用等离子

27、喷涂氧化铝-氧化钛等陶瓷涂层，都可以改善机械零件的抗高温氧化层性能，防止熔凝金属的侵蚀。 4喷涂功能涂层 热喷涂技术可广泛应用于电气工业中，如喷涂屏蔽涂层，用于消除电磁波和无线电波的干扰(EMIRFI)，同时清除静电放电火花；用电弧喷涂锌涂层可以提供高能级的衰减(范围达60BOaB)。屏蔽涂层的应用包括计算机终端设备、电子办公设施、药品监测装置和感光电子设备。,5.喷涂成型 采用热喷涂制造机械零部件是近年来迅速发展的一项特殊知道技术。利用计算机控制机械手在可去除的模具上喷涂成型各类袁建，具有快速、方便、净成型等特点，而且可以选择的材料范围广泛，特别是可以快速成型陶瓷、耐火金属等难成型材料。当然

28、，用喷涂成型方法制造的零部件空隙度高，机械强度差，大部分需要经过热压，热等静压处理，此项技术还在研究中。,六.热喷涂涂层质量评定 热喷涂涂层质量检测是其质量保证和满足使用功能的基本依据。对于热喷涂涂层，一般应该检查涂层外观、涂层厚度、涂层密度和孔隙率、涂层硬度、涂层与基体结合强度、涂层自身结合强度、涂层成份、微观组织结构等。 1.涂层外观检查 涂层外观用目视或放大镜检查。涂层外观应均匀一致，无起皮、剥落、开裂及未喷涂区。,2.涂层厚度测量 涂层厚度是热喷涂涂层的重要质量指标之一，它关系到涂层材料消耗、涂层的应力、涂层结合强度、涂层的使用寿命等。 涂层厚度破坏式测量方法主要为采用显微镜测量。涂层

29、厚度无损测量方法分接触式测量和非接触式测量两大类。前者包括机械量具测量、传感器探头测量等，后者包括红外激光热波测厚。,3.涂层密度和孔隙率测量 涂层密度测量用试样如图1所示。按图1加工并喷涂出圆柱形试棒，磨去多余涂层，并精磨整个圆 式中 c 涂层密度， g/cm3 ； s 基体材料密度， g/cm3 ； Vc 涂层体积， cm3 ； Vs 基体体积， cm3 。,图1 直接称量法测定涂层密度试样 1 试样基体 2 精加工后的涂层 3 精加工去除的涂,涂层孔隙率的测量 将用称量法测定的涂层密度c 与涂层材料的真密度m 进行比较，即可求出涂层中的孔隙率。,4.涂层硬度的测量 涂层硬度是热喷涂涂层的

30、重要质量指标之一，它对涂层的耐磨性有直接影响。涂层硬度的测量必须考虑热喷涂工艺的特性和喷涂涂层的结构特性，即喷涂的高温颗粒急速冷却所产生的淬硬性；涂层硬度对喷涂工艺参数强烈的依赖性；涂层中含有孔隙、氧化物，组织结构的非均质性造成的宏观硬度和微观硬度测量的差别性等。因此，热喷涂涂层硬度的测量最好采用显微硬度或表面洛氏硬度，且测量点数应不少于 5 个，取其平均值为涂层硬度。,5.涂层与基体的结合强度测试 （1） 涂层拉伸结合强度 这是测定喷涂涂层与基体界面之间沿法线方向抗拉伸应力的结合强度。试样和拉伸实验装置如图2 所示。试样 A 的端面经喷砂处理后喷涂涂层厚度大于 0.8mm ，加工至 0.5m

31、m ，最小厚度不小于 0.4mm ；试样 B 的端面经喷砂处理，然后将 A 、 B 试样端面涂上粘结剂，加压固化后在拉伸试验机上进行拉伸，拉伸速度不超过 1mm/min ，加载速度不超过 9.8kN/min 。试样破断时的最大载荷与涂层面积之比即为抗拉结合强度。应对 5 组试样进行测试，取其算术平均值。,图2 涂层拉伸结合强度测试试样,2. 涂层剪切结合强度 涂层剪切结合强度测试试样如图3 所示。在圆柱形试棒的凸台表面喷涂涂层，磨削加工到规定尺寸。将试样放入阴模中，在万能材料试验机上沿轴线对试棒匀速施加压力，直至涂层破断，换算成单位面积上承受的剪切应力，即为涂层的剪切结合强度。,图3 涂层剪切

32、结合强度测试试样,6.涂层自身的结合强度测试 按照图 4 所示加工并喷涂试样，试样数量为 5 个。涂层厚度一般不小于 1.2mm ，加工后保留 1.0mm ，喷涂层宽度不小于 60mm 。拉伸试验机上进行拉伸，拉伸速度不超过 1mm/min ，加载速度不超过 9.8kN/min ，直到涂层断裂。 式中 b 涂层的粘聚强度， N/mm 2 ； F 涂层破断最大载荷， N ； d1 试件喷涂前直径， mm ； d2 试件喷涂加工后直径， mm 。,图4 涂层粘聚强度试验试样,7.耐蚀性能检测 腐蚀条件多种多样，腐蚀条件千差万别，没有适合于所有腐蚀条件的统一的腐蚀实验方法。根据腐蚀工况的不同，模拟的

33、腐蚀实验方法很多，包括浸泡腐蚀试验、湿热试验、盐雾试验、电化学腐蚀试验、应力腐蚀试验、晶间腐蚀试验、疲劳腐蚀试验、抗硫化物腐蚀试验、高温氧化试验等。 8.摩擦磨损试验 利用两个相对运动的试样在一定荷重条件下产生滑动或滚动，经过一定的时间或移动距离后，测量试样的摩擦系数、摩擦功及磨损失重，以评定材料或涂层的耐磨性能，,9.热震试验 热震试验也称为热冲击试验，用以检测 Al 2 O 3 、 ZrO 2 为主要成分的耐高温及隔热用热障陶瓷涂层的耐急冷急热的能力。加热试样的方法有电炉加热、氧 - 乙炔火焰枪加热、等离子焰加热等；冷却方法有空气冷却、强制吹风冷却、水冷却等。,第二节 喷焊,喷焊(spra

34、ying welding )，是指在热喷涂过程中同时对基体加热，使涂层在基体表面熔化，形成熔敷层的方法。利用气体燃烧火焰为热源的喷焊方法，称为火焰喷焊。利用转移型等离子弧为主要热源的喷焊方法，称为等离子喷焊（粉末等离子弧喷焊）。,喷焊的原理、工艺、方法简介 喷焊是对经预热的自溶性合金粉末涂层再加热至10001300，使颗粒熔化，造渣上浮到涂层表面，生成的硼化物和硅化物弥散在涂层中，使颗粒间和基体表面达到良好结合。最终沉积物是致密的金属结晶组织并与基体形成约0.050.1mm的冶金结合层，其结合强度约400MPa，抗冲击性能较好、耐磨、耐腐蚀，外观呈镜面。,与喷涂层相比，喷焊层的优点显著。但由于重熔过程中基体局部受热后温度达900，会产生较大热变形。因此，喷焊的使用范围有一定局限性。适于喷焊的零件和材料一般是： 受冲击载荷，要求表面硬度高，耐磨性好的易损零件，