第八部分-热喷涂-材料制备技术-教学课件.ppt
热喷涂热喷涂 热喷涂及其分类 热喷涂的一般原理 热喷涂基本工艺流程 几种常用热喷涂技术 热喷涂涂层的检测 几种常用热喷涂技术热喷涂热喷涂 利用热源热源热源热源将喷涂材料材料材料材料加热至熔融状态，并通过气流吹动使其雾化后高速喷射到零件表面，形成特定的涂层，以提高工件的性能性能性能性能的表面技术。热源：气体、液体燃料，电弧、等离子、激光等。材料：金属、合金、金属陶瓷、氧化物、碳化物、塑料等。性能：耐磨、耐热、耐蚀、抗氧化、隔热、导电、绝缘、密封、润滑等。涂层厚度：5 mm 5 mm.热喷涂技术涉及物理冶金、陶瓷学、高分子科学、表面物理化学、流体力学、燃烧学、传热学、等离子物理等多种学科。以热源为主分类：1）电弧喷涂、2）火焰喷涂、3）等离子喷涂和 4）特种喷涂。一、热喷涂及其分类二、热喷涂的一般原理热喷涂过程中，喷涂材料大致经过以下过程（以粉末热喷涂为例）：加热加速熔化再加速撞击基体凝固成涂层三、热喷涂基本工艺流程1、表面净化2、表面预加工3、表面粗化4、预热5、喷涂底层6、喷涂工作层7、喷后处理工件表面制备电弧喷涂枪结构图1.空气接头2.手柄开关3.喷枪体4.导电嘴5.金属丝6.挡弧罩 电弧喷涂实例电弧喷涂实例大功率发动机曲轴的修复大功率发动机曲轴的修复（120万3.5 万）曲轴材料：KSF55，相当于35号锻钢。表面预处理：除油，车去表面疲劳层，粗化。电弧喷涂金属涂层：铝青铜作为喷底涂层，3Cr13作为工作层；喷涂电压40V，100A铝青铜，400A3Cr13；喷枪距工件200-250mm喷涂层的机械加工，磨至表面粗糙度达Ra0.8mm 以气体燃烧热为热源，将金属丝或粉末熔化并雾化而进行的喷涂。1.线材火焰喷涂2.粉末火焰喷涂火焰喷涂1.燃料气(C2H2),2.助燃气(O2),3.气体流量计,4.粉斗,5.粉末火焰喷枪.12345粉末火焰喷涂装置示意图1.氧气2.燃料气,3.喷枪,4.粉末,5.气体喷嘴,6.火焰,7.喷涂束流.粉末火焰喷枪剖面图1672345北京新迪-表面技术工程有限公司火焰喷枪等离子弧的特点等离子弧的特点 1）温度高、能量集中；2）焰流速度高，通常为每秒几百米；3）稳定性好；4）可调节性好。喷嘴喷嘴2000K10000K12000K15000K30000K32000Kmm024mm10203040一种非转移弧的温度分布示意图 气体电离后，空间里不仅有原子，还有自由电子和正离子，当中性原子、电子和离子处于动态平衡时，这种状态称为等离子体。等离子体一般分为三类：1）高温高压等离子体，电离度100%，温度可达几亿度，用于核聚变研究；2）低温低压等离子体，电离度不足1%，T=50-250 C；3）中温低压等离子体，电离度大于1%，可达到三万度以上的温度。等离子弧的功率。工业应用的功率为，25-40 kW或105W/cm2。氮气等离子：250-400 A，70-90 V；氩气等离子：400-600 A，20-40 V控制设备电源冷却水工作气体送粉气体粉末送粉设备喷枪等离子喷涂设备示意图10000 C,1000 m/s电源+电源+保护气粉末及送粉气冷却水稳弧气粉末等离子枪示意图粉末等离子枪示意图转移弧转移弧特种喷涂技术特种喷涂技术1.高速氧-燃气喷涂（HVOF）2.超音速等离子喷涂3.低压等离子喷涂4.激光喷涂5.爆炸喷涂6.水下等离子喷涂高速氧高速氧-燃气喷涂（燃气喷涂（HVOF）Jet-Kote 喷枪结构1-燃烧室，2-粉末入口，3-燃气通道，4-送粉通道，5-冷却水道，6-喷嘴。123456345O2(H2,C3H6,C3H8)常见热喷涂技术主要特点的比较常见热喷涂技术主要特点的比较电弧火焰等离子 爆炸喷涂速度（m/s）2001504001500最高火焰温度（K）50003000120004000典型空隙率（%）10-1510-151-101-2典型结合强度（MPa）10-205-1030-7080-100喷涂厚度（mm）1.03.00.50.1成本低低高高1）弯曲试验2）杯突试验3）喷涂层结合强度拉伸试验4）喷涂层结合强度剪切试验5）喷涂层自身抗拉强度试验6）喷涂层空隙率测定1）和2）用于现场检测，其余实验室检测。五、热喷涂涂层的质量检测技术2）杯突试验突杯试验规范突杯试验规范预压力 冲头压力冲头钢球直径冲头压入速度杯凸深度100MPa 200-300MPa 20mm 10mm/min 7.6mm预压环 球面凹坑试验。1.3-1.5mm厚的普碳钢板制成75x44mm的试样，然后在其表面喷涂0.05-0.15mm厚的涂层。3）涂层结合强度拉伸试验涂层支撑P涂层结合强度(sb)sb=4P/pd2拉伸试样试样之固定部分试样之活动芯棒试样尺寸:D=45 mm（推荐）d=11 mmh=1-1.5 mm拉伸速度:4 mm/minDhd涂层结合强度(sb)sb=4P/pD2试样尺寸：D=25 mm(推荐)d=15 mmL1=35 mmL2=30 mmh=1-5 mm拉伸速度:4 mm/min拉伸试样L1L2hDd三种可能的断裂方式三种可能的断裂方式：1）断裂发生在胶层内，sb表示胶的强度；2）断裂发生在涂层内，sb表示涂层自身强度；3）断裂发生在涂层与基体的界面，sb表示结合强度。思考题思考题1、什么是热喷涂？其工艺选用的基本原则。2、什么是等离子体？3、等离子喷涂的基本原理。
