热喷涂喷焊与堆焊学习教案.pptx

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1、会计学1热喷涂喷焊与堆焊热喷涂喷焊与堆焊(du hn)第一页，共115页。Particle or Droplet generationAcceleratingHeatingSplat formation:Impact,flatteningSolidification 热喷涂原理热喷涂原理(yunl)第1页/共115页第二页，共115页。典型典型(dinxng)热喷涂热喷涂系统系统第2页/共115页第三页，共115页。（1）可在各种基材上制备各种涂层；（2）基材温度低（30 200），热影响区浅，变形小；（3）涂层厚度范围宽（0.5 5mm）；（4）操作灵活，可在不同尺寸和形状的工件上喷涂；（5

2、）加热效率(xio l)低，喷涂材料利用率低，（6）涂层与基体结合强度低。2 热喷涂技术热喷涂技术(jsh)的的特点特点第3页/共115页第四页，共115页。1 喷涂材料的分类(fn li)和要求 热喷涂材料按材料的形态分线材、棒材和粉末三大类。3、热喷涂材料、热喷涂材料(cilio)第4页/共115页第五页，共115页。热喷涂材料分类热喷涂材料分类(fn li)（金属类）（金属类）第5页/共115页第六页，共115页。热喷涂材料热喷涂材料(cilio)分类（非金分类（非金属类）属类）第6页/共115页第七页，共115页。（1）热稳定性好，在高温焰流中不升华，不分解。（2）有较宽的液相区，使熔

3、滴在较长时间内保持液相。（3）与基材有相近的热膨胀系数，以防止因膨胀系数相差过大产生较大(jio d)的热应力。（4）喷涂材料在熔融状态下应和基材有较好的浸润性，以保证涂层与基材之间有良好的结合性能。（5）一定的形状与尺寸（线材13mm,粉末1100um)热喷涂材料热喷涂材料(cilio)的要求的要求第7页/共115页第八页，共115页。（1）喷涂材料被加热到熔融状态。（2）喷涂材料被雾化成微小熔滴并高速撞击基体表面(biomin)，撞击基体的颗粒动能越大和冲击变形越大，形成的涂层结合越好。（3）熔融的高速粒子在冲击基材表面(biomin)后发生变形，冷凝后形成涂层。4 涂层形成涂层形成(xn

4、gchng)过程过程第8页/共115页第九页，共115页。n n 式中：为粉末在焰流中的运动距离；式中：为粉末在焰流中的运动距离；l l为平均边界层的热导率；为平均边界层的热导率；D D为为平均边界层的温度梯度；为平均焰流速度；为粉末材料的熔化潜热；平均边界层的温度梯度；为平均焰流速度；为粉末材料的熔化潜热；为粉末的平均直径为粉末的平均直径(zhjng)(zhjng)；mm为平均焰流黏度；为粉末密度。为平均焰流黏度；为粉末密度。在涂层粉末熔化在涂层粉末熔化(rnghu)过程中，将材料参数及有关变量，如过程中，将材料参数及有关变量，如热导率、熔化热导率、熔化(rnghu)温度等，统一纳入到加热条

5、件及气流动力学温度等，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。方程中，可得到以下不等式。第9页/共115页第十页，共115页。如右图所示是等如右图所示是等如右图所示是等如右图所示是等离子喷涂钼涂层显离子喷涂钼涂层显离子喷涂钼涂层显离子喷涂钼涂层显微结构形貌图，大微结构形貌图，大微结构形貌图，大微结构形貌图，大小不一的扁平颗粒、小不一的扁平颗粒、小不一的扁平颗粒、小不一的扁平颗粒、未熔化的球形颗粒、未熔化的球形颗粒、未熔化的球形颗粒、未熔化的球形颗粒、夹杂和孔隙夹杂和孔隙夹杂和孔隙夹杂和孔隙(k(k ngx)ngx)组成。组成。组成。组成。5.涂层涂层(t cn)结构结构第10页

6、/共115页第十一页，共115页。涂层性能具有方向性，垂直和平行涂层方向上的性能不一致。涂层中伴有氧化物等夹杂，存在部分(b fen)孔隙，孔隙率420。涂层是由无数变形粒子互相交错(jiocu)堆叠在一起，形成一层堆积而成的层状结构。第11页/共115页第十二页，共115页。涂层内有一定比例的孔隙，产生原因是：(1)未熔化颗粒的低冲击功能；（1）喷涂角度不同造成的遮蔽效应；（2）凝固收缩和应力释放效应 缺点：孔隙将降低涂层的硬度、耐磨性和耐蚀性。优点：但孔隙可以(ky)储存润滑剂，提高涂层的隔热性能，减小内应力并因此增加涂层厚度，提高涂层抗热震性能，提高涂层的可磨耗性能。第12页/共115页

7、第十三页，共115页。6 热喷涂中的相变热喷涂中的相变 相对(xingdu)基体来说，熔滴尺寸非常小，冷却速度可达106 K/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。第13页/共115页第十四页，共115页。涂层冷却凝固时，会伴随着收缩过程，颗粒内部会产生张应力而在基体(j t)表面产生压应力。结果使涂层内部产生残余张应力，应力大小与涂层厚度成正比，当张应力超过涂层与基材之间结合强度时，涂层就会发生破坏。7 涂层涂层(t cn)应力应力 第14页/共115页第十五页，共115页。涂层涂层(t cn)应应力力由于涂层应力与厚度由于涂层应力与厚度(hud)的关的

8、关系，热喷涂层的最佳厚度系，热喷涂层的最佳厚度(hud)一般不超过一般不超过0.5mm 残余应力：残余应力：致密涂层致密涂层 疏松涂层疏松涂层涂层应力大小可通过调整工艺参涂层应力大小可通过调整工艺参数而部分控制，但更有效的方数而部分控制，但更有效的方法是采用梯度过渡层缓和涂层法是采用梯度过渡层缓和涂层应力应力第15页/共115页第十六页，共115页。减少涂层残余应力措施：（1）减小涂层厚度；（2）调整喷涂工艺参数；（3）采用较疏松涂层；（4）采用梯度过渡(gud)层缓和涂层内应力 第16页/共115页第十七页，共115页。包括涂层与基材之间、涂层中颗粒与颗粒之间的结合，结合形式有：（1）机械(

9、jxi)结合：撞成扁平状的颗粒和凸凹不平的基材表面互相嵌合(即抛锚效应)而结合在一起。8 涂层涂层(t cn)的结合强度的结合强度第17页/共115页第十八页，共115页。（2）物理结合：熔融粒子的原子与基材表面原子之间距离达到晶格常数范围时，产生范德华力，形成物理结合。（3）冶金(yjn)结合：熔融粒子撞击基材表面时释放出的能量使喷涂材料与基材之间发生局部扩散和焊合，形成冶金(yjn)结合。如喷涂镍包铝复合粉末时的放热反应。热喷涂的涂层与基材的结合主要以机械结合为主，结合强度较差(85MPa）。2）涂层致密（最高密度可达99.9）。3）工件表面温度低。4）效率非常低，运行(ynxng)成本高

10、，只用于含碳化物涂层的喷涂。爆炸爆炸(bozh)喷涂特点喷涂特点第47页/共115页第四十八页，共115页。1）航空(hngkng)发动机钛合金风扇叶片阻尼台上用爆炸喷涂0.25mn厚的WC，寿命提高10倍；2）燃烧室的定位卡环上喷一层0.12mm厚Cr3C2，寿命提高7倍。爆炸爆炸(bozh)喷涂喷涂应用应用第48页/共115页第四十九页，共115页。l超音速火焰喷涂原理超音速火焰喷涂原理l 原原理理与与普普通通(ptng)火火焰焰喷喷涂涂类类似似，只是多了一个使喷涂火焰达到超音速的机构只是多了一个使喷涂火焰达到超音速的机构5.超音速火焰(huyn)喷涂6.(High Velocity Ox

11、ygen Fuel，简称HVOF)第49页/共115页第五十页，共115页。第50页/共115页第五十一页，共115页。1）焰流速度(sd)高但温度相对较低，适合喷涂含碳化物材料。2）涂层致密（99.9），表面粗糙度低。3）结合强度略低于爆炸喷涂，达70MPa以上。4）喷涂效率高，但燃料消耗大，喷涂成本比较高。；5）噪音大(120dB)，需有隔音和防护装置。（3）超音速喷涂的特点）超音速喷涂的特点(tdin)第51页/共115页第五十二页，共115页。6.各种各种(zhn)热喷热喷涂方法比较涂方法比较第52页/共115页第五十三页，共115页。(1)对涂层结合力要求不高，喷涂材料熔点2500，

12、可采用火焰喷涂。(2)对涂层性能要求较高，喷涂高熔点材料时时，应采用等离子喷涂。(3)工程量大的金属喷涂施工最好采用电弧(dinh)喷涂。(4)要求高结合力、低孔隙度的金属、合金及以某些金属陶瓷涂层可采用超音速火焰喷涂。(5)对于批量大的工件，宜采用自动喷涂。7、喷涂工艺的选择、喷涂工艺的选择(xunz)原则原则第53页/共115页第五十四页，共115页。三、常用三、常用(chn yn)热喷涂材料热喷涂材料n n热喷涂材料按形状分为热喷涂材料按形状分为(fn wi)(fn wi)粉末和线材粉末和线材n n热喷涂材料按化学组成分为热喷涂材料按化学组成分为(fn wi)(fn wi)金属热喷涂材料

13、、陶瓷热喷涂材料、塑金属热喷涂材料、陶瓷热喷涂材料、塑料热喷涂材料、热喷涂用复合粉末材料。料热喷涂材料、热喷涂用复合粉末材料。第54页/共115页第五十五页，共115页。l热喷涂材料的选材原则热喷涂材料的选材原则l（1）要要把把实实用用性性、工工艺艺性性和和经经济济性性结结合合起起来来考考虑虑，尽量选择合理的喷涂材料。尽量选择合理的喷涂材料。l（2）对对于于重重要要的的部部件件以以获获得得(hud)最最优优涂涂层层性性能能为为准准则则；不不十十分分重重要要的的部部件件则则以以获获得得(hud)最最大大的的经济效益为准则。经济效益为准则。l（3）根据工件的工作环境选择合适的工作涂层。）根据工件的

14、工作环境选择合适的工作涂层。l（4）为为满满足足喷喷涂涂工工件件的的使使用用要要求求，可可采采用用复复合合涂涂层层和梯度涂层。和梯度涂层。第55页/共115页第五十六页，共115页。1 金属金属(jnsh)热喷涂材料热喷涂材料n n金属热喷涂材料一般有线材和粉末两种形式。金属热喷涂材料一般有线材和粉末两种形式。线材用拉拔法制造，而粉末一般用雾化法制线材用拉拔法制造，而粉末一般用雾化法制造。造。n n由于粉末材料表面积大，氧化程度高，所以由于粉末材料表面积大，氧化程度高，所以在方便的条件下推荐在方便的条件下推荐(tujin)(tujin)采用线材。但采用线材。但粉末制造方法简单、灵活，材料成分不

15、受限粉末制造方法简单、灵活，材料成分不受限制，因此小批量热喷涂时一般采用粉末材料。制，因此小批量热喷涂时一般采用粉末材料。n n常用热喷涂金属材料见书常用热喷涂金属材料见书P105106P105106第56页/共115页第五十七页，共115页。2 陶瓷陶瓷(toc)热热喷涂材料喷涂材料n n陶瓷热喷涂材料最主要形式是粉末，制造方法有熔融陶瓷热喷涂材料最主要形式是粉末，制造方法有熔融破碎破碎(p su)(p su)、化学共沉淀、喷雾干燥等。另外，将陶、化学共沉淀、喷雾干燥等。另外，将陶瓷粉末烧结制成陶瓷棒可直接喷涂，但成本相对较高，瓷粉末烧结制成陶瓷棒可直接喷涂，但成本相对较高，因此应用较少。因

16、此应用较少。n n热喷涂用陶瓷材料主要集中在氧化物陶瓷材料上，因热喷涂用陶瓷材料主要集中在氧化物陶瓷材料上，因为非氧化物陶瓷材料在喷涂过程中易挥发或分解。为非氧化物陶瓷材料在喷涂过程中易挥发或分解。n n常用陶瓷热喷涂材料见书常用陶瓷热喷涂材料见书P106P106第57页/共115页第五十八页，共115页。3 塑料塑料(slio)热热喷涂陶瓷材料喷涂陶瓷材料n n热喷涂塑料涂层特点热喷涂塑料涂层特点n n比传统塑料涂层成本低、投资少比传统塑料涂层成本低、投资少n n涂层厚度与工作场地无限制，不含溶剂，符合涂层厚度与工作场地无限制，不含溶剂，符合(fh)(fh)环保要求环保要求n n采用的塑料涂

17、层材料熔化温度范围应较宽、粘度较采用的塑料涂层材料熔化温度范围应较宽、粘度较低、热稳定性应好，一般采用粉末形式低、热稳定性应好，一般采用粉末形式n n常用塑料热喷涂材料见书常用塑料热喷涂材料见书P107P107第58页/共115页第五十九页，共115页。4 热喷涂用复合热喷涂用复合(fh)粉末粉末材料材料n n热喷涂用复合材料分为两种热喷涂用复合材料分为两种热喷涂用复合材料分为两种热喷涂用复合材料分为两种n n一类是为适应热喷涂工艺而制备的符合材料，例如，一类是为适应热喷涂工艺而制备的符合材料，例如，一类是为适应热喷涂工艺而制备的符合材料，例如，一类是为适应热喷涂工艺而制备的符合材料，例如，为

18、防止碳化钨材料在喷涂过程中氧化分解而制备的镍为防止碳化钨材料在喷涂过程中氧化分解而制备的镍为防止碳化钨材料在喷涂过程中氧化分解而制备的镍为防止碳化钨材料在喷涂过程中氧化分解而制备的镍包碳化钨复合粉末材料，他们是当前热喷涂用复合材包碳化钨复合粉末材料，他们是当前热喷涂用复合材包碳化钨复合粉末材料，他们是当前热喷涂用复合材包碳化钨复合粉末材料，他们是当前热喷涂用复合材料的主流料的主流料的主流料的主流n n另一类是通过增强相增强涂层性能的复合材料，如纤另一类是通过增强相增强涂层性能的复合材料，如纤另一类是通过增强相增强涂层性能的复合材料，如纤另一类是通过增强相增强涂层性能的复合材料，如纤维维维维(x

19、inwi)(xinwi)增强涂层材料，这类材料目前还在研究探增强涂层材料，这类材料目前还在研究探增强涂层材料，这类材料目前还在研究探增强涂层材料，这类材料目前还在研究探索过程中索过程中索过程中索过程中n n常用热喷涂复合材料见书常用热喷涂复合材料见书常用热喷涂复合材料见书常用热喷涂复合材料见书P107P107第59页/共115页第六十页，共115页。1 喷涂耐腐蚀涂层喷涂耐腐蚀涂层 不不锈锈钢钢涂涂层层：不不锈锈钢钢电电极极电电位位比比铁铁高高，易易在在涂涂层层孔孔隙隙处处 形形成成原原电电池池，加加剧剧铁铁基基体体腐腐蚀蚀，所所以以喷喷涂涂后后必必须须封封孔孔处处理理。类类似似的的涂涂层层材

20、材料料还还有有镍镍合合金金、蒙蒙乃乃尔尔合合金金、青青铜铜等等金金属属涂涂层。层。铝铝、锌锌及及其其合合金金涂涂层层：锌锌、铝铝的的腐腐蚀蚀电电极极电电位位高高于于铁铁，腐腐蚀蚀介介质质首首先先(shuxin)腐腐蚀蚀锌锌和和铝铝，而而使使铁铁基基体体作作为为阴阴极极得得到到保保护护，可可用用于于桥桥梁梁、海洋钻井平台等。海洋钻井平台等。塑塑料料涂涂层层：用用于于化化工工、食食品品等等行行业业。（例例如如葡葡萄萄酒酒低低温温发发酵酵罐罐内内壁壁喷喷涂涂聚聚乙乙烯烯涂涂层层，有有效效的的防防止止了了罐罐壁壁的的点蚀，控制了酒中铁离子含量）点蚀，控制了酒中铁离子含量）四、热喷涂技术四、热喷涂技术(

21、jsh)的应用的应用第60页/共115页第六十一页，共115页。n喷涂耐磨涂层的应用：喷涂耐磨涂层的应用：n在机械零件表面喷涂耐磨涂层，延长在机械零件表面喷涂耐磨涂层，延长(ynchng)零件零件的使用寿命的使用寿命 n修复磨损失效的机械零件修复磨损失效的机械零件2 2 喷涂耐磨喷涂耐磨(nai(nai m)m)涂层涂层第61页/共115页第六十二页，共115页。不同环境下的耐磨涂层不同环境下的耐磨涂层不同环境下的耐磨涂层不同环境下的耐磨涂层纺织、造纸、和印刷等行业，机械零件与布匹、面纱、纸张等纤维制品摩擦，导致磨损纺织、造纸、和印刷等行业，机械零件与布匹、面纱、纸张等纤维制品摩擦，导致磨损纺

22、织、造纸、和印刷等行业，机械零件与布匹、面纱、纸张等纤维制品摩擦，导致磨损纺织、造纸、和印刷等行业，机械零件与布匹、面纱、纸张等纤维制品摩擦，导致磨损(m s(m s n)n)。采用等离子喷涂氧化铝、氧化铬等耐磨陶瓷涂层。采用等离子喷涂氧化铝、氧化铬等耐磨陶瓷涂层。采用等离子喷涂氧化铝、氧化铬等耐磨陶瓷涂层。采用等离子喷涂氧化铝、氧化铬等耐磨陶瓷涂层遭遇磨料磨损遭遇磨料磨损遭遇磨料磨损遭遇磨料磨损(m s(m s n)n)的机械部件如泥浆泵活塞杆、螺旋送料器等零件，要求涂层硬度超过磨料硬度，采用超音速火焰喷涂或爆炸喷涂技术喷涂镍基或钴基碳的机械部件如泥浆泵活塞杆、螺旋送料器等零件，要求涂层硬度

23、超过磨料硬度，采用超音速火焰喷涂或爆炸喷涂技术喷涂镍基或钴基碳的机械部件如泥浆泵活塞杆、螺旋送料器等零件，要求涂层硬度超过磨料硬度，采用超音速火焰喷涂或爆炸喷涂技术喷涂镍基或钴基碳的机械部件如泥浆泵活塞杆、螺旋送料器等零件，要求涂层硬度超过磨料硬度，采用超音速火焰喷涂或爆炸喷涂技术喷涂镍基或钴基碳化钨涂层。化钨涂层。化钨涂层。化钨涂层。对于在冲蚀和气蚀环境条件下工作的水轮机、抽风机、旋风除尘器等的零件，要求涂层硬度高、韧性好，采用等离子喷涂超细氧化铝、氧化铬等耐磨陶瓷涂对于在冲蚀和气蚀环境条件下工作的水轮机、抽风机、旋风除尘器等的零件，要求涂层硬度高、韧性好，采用等离子喷涂超细氧化铝、氧化铬等

24、耐磨陶瓷涂对于在冲蚀和气蚀环境条件下工作的水轮机、抽风机、旋风除尘器等的零件，要求涂层硬度高、韧性好，采用等离子喷涂超细氧化铝、氧化铬等耐磨陶瓷涂对于在冲蚀和气蚀环境条件下工作的水轮机、抽风机、旋风除尘器等的零件，要求涂层硬度高、韧性好，采用等离子喷涂超细氧化铝、氧化铬等耐磨陶瓷涂层，或选用超音速火焰喷涂或爆炸喷涂技术喷涂钴基碳化钨复合涂层。层，或选用超音速火焰喷涂或爆炸喷涂技术喷涂钴基碳化钨复合涂层。层，或选用超音速火焰喷涂或爆炸喷涂技术喷涂钴基碳化钨复合涂层。层，或选用超音速火焰喷涂或爆炸喷涂技术喷涂钴基碳化钨复合涂层。第62页/共115页第六十三页，共115页。（4 4）在配合件的接触运

25、转中可采用可磨耗涂层，可磨）在配合件的接触运转中可采用可磨耗涂层，可磨）在配合件的接触运转中可采用可磨耗涂层，可磨）在配合件的接触运转中可采用可磨耗涂层，可磨 耗耗耗耗涂层能自动形成所必须的间隙，提供涂层能自动形成所必须的间隙，提供涂层能自动形成所必须的间隙，提供涂层能自动形成所必须的间隙，提供(tgng)(tgng)最佳的密最佳的密最佳的密最佳的密封状态。可磨耗涂层一般采用等离子喷涂或火焰喷涂，封状态。可磨耗涂层一般采用等离子喷涂或火焰喷涂，封状态。可磨耗涂层一般采用等离子喷涂或火焰喷涂，封状态。可磨耗涂层一般采用等离子喷涂或火焰喷涂，涂层成分由金属基体和非金属填料组成。涂层成分由金属基体和

26、非金属填料组成。涂层成分由金属基体和非金属填料组成。涂层成分由金属基体和非金属填料组成。第63页/共115页第六十四页，共115页。(1)抗高温氧化涂层：抗高温氧化涂层：用用于于改改善善机机械械零零件件的的抗抗高高温温氧氧化化性性能能。例例如如900以以下下，采采用用超超音音速速火火焰焰喷喷涂涂Cr2C3-NiCr涂涂层层；900以以上上，采采用用大大气气等等离离子子喷涂氧化锆涂层。喷涂氧化锆涂层。(2)热障涂层：热障涂层：使使金金属属基基体体与与高高温温环环境境隔隔离离，保保持持金金属属构构件件的的力力学学性性能能。例例如如美美国国“探探险险者者”卫卫星星表表面面喷喷涂涂了了氧氧化化铝铝保保

27、护护涂涂层层，由由于于氧氧化化铝铝的的隔隔热热作作用用，卫卫星星内内部部仪仪器器舱舱温温度度保保持持在在1030C,从从而而保保证证了了灵灵敏敏电电子子仪仪器器的的正正常常工工作作。又又如如采采用用等等离离子子喷喷涂涂氧氧化化锆锆热热障障涂涂层层保保护护航航空空发发动动机机叶叶片片、燃燃烧烧室室内内壁壁、活活塞塞发发动动机机活活塞塞顶顶，通通过过适适当当设设计计(shj)涂涂层层厚厚度度，可可以以使使发发动动机机工工作作温温度度提提高高100C以上。以上。3 3 喷涂耐高温涂层喷涂耐高温涂层(t(t cn)cn)第64页/共115页第六十五页，共115页。第65页/共115页第六十六页，共11

28、5页。（1）屏蔽涂层）屏蔽涂层 喷涂屏蔽涂层，用于消除电喷涂屏蔽涂层，用于消除电磁波和无线电波的干扰磁波和无线电波的干扰（EMI/RFI）,同时同时(tngsh)消除静电放电火花；消除静电放电火花；用电弧喷涂锌涂层可以提供高用电弧喷涂锌涂层可以提供高能级的衰减（范围达能级的衰减（范围达60120dB）。屏蔽涂层的应）。屏蔽涂层的应用包括计算机终端设备、电子用包括计算机终端设备、电子办公设施、药品检测装置和感办公设施、药品检测装置和感光电子设备。光电子设备。4 喷涂功能喷涂功能(gngnng)涂层涂层第66页/共115页第六十七页，共115页。（2）生物相容性涂层：）生物相容性涂层：在在种种植植

29、体体(不不锈锈钢钢等等)表表面面用用等等离离子子喷喷涂涂一一层层生生物物相相容容性性好好的的羟羟基基磷磷灰灰石石涂涂层层，生生物物组组织织可可以以(ky)长长入涂层中的孔隙中，与种植体形成牢固的结合。入涂层中的孔隙中，与种植体形成牢固的结合。第67页/共115页第六十八页，共115页。5 喷涂成型喷涂成型(chngxng)n喷涂成型(chngxng)常用技术：电弧喷涂、等离子喷涂n电弧喷涂制造冲压塑料和皮革制品模具n等离子喷涂陶瓷或耐火金属喷嘴、雷达整流罩、高温炉元件，以及纤维增强钛合金复合材料发动机部件等。n用喷涂成型(chngxng)制造的零件孔隙度高，机械强度差，大部分需要经过热压、热等

30、静压等后处理。第68页/共115页第六十九页，共115页。6热热喷喷涂涂技技术术(jsh)的的应应用用领领域和市场域和市场 第69页/共115页第七十页，共115页。五五 热喷涂涂层热喷涂涂层(t cn)质量评定质量评定n在在GE,P&W以及以及RR等航空等航空(hngkng)发动机发动机公司建立的热喷涂涂层最终质量标准中，常公司建立的热喷涂涂层最终质量标准中，常用的指标为显微硬度和（或）宏观硬度、结用的指标为显微硬度和（或）宏观硬度、结合强度、界面和涂层显微结构以及涂层厚度。合强度、界面和涂层显微结构以及涂层厚度。第70页/共115页第七十一页，共115页。1 涂层厚度涂层厚度(hud)的测

31、定的测定n简单几何形状基体表面，可直接用游标卡尺或千分尺测量n形状较复杂的零件，可采用磁性法和涡流法测厚仪测量n 磁性法：以探头对磁性基体磁通量或互感电流为基准，利用非磁性涂层的厚度不同，以探头磁通量或互感电流的变化值来测量覆盖层厚度。n 涡流法：利用高频磁场(cchng)引起金属内部涡流，涡流产生的磁场(cchng)又影响探头的阻抗，测量其阻抗值就可确定涂层的厚度。第71页/共115页第七十二页，共115页。2 孔隙率测定孔隙率测定(cdng)n涂层中的孔隙率可以采用阿基米德方法和金相法，前者是通过比较涂层实际密度和涂层材料理论密度的差别来确定，后者是通过图像分析确定。n涂层封孔处理后的残余

32、穿孔测定可以采用试剂试验(shyn)方法和高压放电试验(shyn)方法。第72页/共115页第七十三页，共115页。（1）计算法：按图351加工(ji gng)涂层试样并称重，涂层密度c：式中G试样重量；s 基材密度；Vs基材体积；Vc涂层体积。根据c算出涂层孔隙度 孔隙度式中，m涂层材料密度(md)（m可从相关手册中查得）。第73页/共115页第七十四页，共115页。3 结合强度结合强度(qingd)测定测定n n热喷涂层结合强度的测定一般采用拉伸法，其原理见热喷涂层结合强度的测定一般采用拉伸法，其原理见书书P111P111所示。将胶粘所示。将胶粘(jio zhn)(jio zhn)好的试样

33、，装在试验好的试样，装在试验机上，在规定的条件下，均匀、连续地施加载荷，至机上，在规定的条件下，均匀、连续地施加载荷，至试样断裂，记录最大断裂强度，用下式计算涂层结合试样断裂，记录最大断裂强度，用下式计算涂层结合强度：强度：n n b b F FA0A0n n 式中，式中，b b 为涂层结合强度；为涂层结合强度；F F为试样断裂载荷；为试样断裂载荷；A0A0为试样涂层面积。为试样涂层面积。第74页/共115页第七十五页，共115页。涂层剪切强度：用粘结剂将涂层A粘在B上(a)，然后拉伸使涂层与基材分离；或用(b)方法在材料试验机上缓慢加压，直至涂层被剪切剥离，此时(c sh)涂层的剪切强度F：

34、式中，P涂层剪切剥离时的载荷；D试样末喷涂前的直径；L涂层在试样上的宽度。第75页/共115页第七十六页，共115页。涂层的弯曲强度：将涂层试样弯曲到一定角度时，涂层开始(kish)出现龟裂的弯曲角度就是涂层的弯曲强度。第76页/共115页第七十七页，共115页。4 涂层涂层(t cn)显微结显微结构观察构观察n涂层显微结构分析手段：金相分析、SEM、TEM等。n但是对涂层进行(jnxng)涂层截面分析时，试样制作非常关键。因为涂层薄而脆，所以对试样的切割、镶样以及研磨抛光都有特殊要求。n 第77页/共115页第七十八页，共115页。1910年：线材火焰喷涂技术；20年代：电弧丝喷涂技术；50

35、年代：爆炸喷涂和等离子喷涂技术；60年代：自熔性合金粉末(fnm)火焰、等离子喷涂和喷焊技术；80年代：超音速火焰喷涂技术；90年代：激光熔覆技术。六六 热喷涂技术的发展热喷涂技术的发展(fzhn)过程过程第78页/共115页第七十九页，共115页。60年代以来主要喷涂方法(fngf)的应用比例 第79页/共115页第八十页，共115页。（1）大功率高热焓等离子喷涂，提高喷涂效率，降低成本。（2）精密喷涂技术。（3）用热喷涂法部分代替镀硬铬的工艺。（4）新型热障涂层，如喷涂0.3mm的MCrAlY热障涂层可使基材温度(wnd)降低200300。（5）喷涂新材料，如纳米涂层材料、非晶态涂层材料。

36、（6）计算机自动控制，提高生产效率，减少工作强度。七 热喷涂技术(jsh)主要发展动向第80页/共115页第八十一页，共115页。（7）在较低温度(wnd)下具有高速飞行的喷涂（如脉冲放电线爆喷涂和冷喷涂技术）第81页/共115页第八十二页，共115页。热喷焊 用热源(ryun)将涂层材料重熔，使涂层内颗粒之间、涂层与基体之间形成无孔隙的冶金结合根据采用的热源(ryun)不同，热喷焊技术有氧乙炔火焰喷焊和等离子喷焊第二节第二节 热喷焊工艺热喷焊工艺(gngy)与特点与特点第82页/共115页第八十三页，共115页。第83页/共115页第八十四页，共115页。(1)工件表面温度：喷涂时工件表面温

37、度900。(2)结合状态(zhungti)：喷涂层以机械结合为主；喷焊层是冶金结合。(3)粉末材料：喷焊用自熔性合金粉末，喷涂粉末不受限制。(4)涂层结构：喷涂层有孔隙，喷焊层均匀致密无孔隙。(5)承载能力：喷焊层可承受冲击载荷和较高的接触应力。1、热喷焊工艺热喷焊工艺(gngy)与热喷涂工艺与热喷涂工艺(gngy)的区别的区别 一、热喷焊的特点(tdin)第84页/共115页第八十五页，共115页。（6 6）涂层成分：热喷焊层的成分与喷焊材料）涂层成分：热喷焊层的成分与喷焊材料(cilio)(cilio)的原始成分的原始成分会有一定差别会有一定差别第85页/共115页第八十六页，共115页。

38、2 稀释稀释(xsh)率率n n热喷焊过程中基体表面会少量熔化，并与喷焊材料发热喷焊过程中基体表面会少量熔化，并与喷焊材料发生合金化，导致喷焊层的成分与原来设计的喷焊材料生合金化，导致喷焊层的成分与原来设计的喷焊材料成分有差异。一般将基体材料熔入喷焊层中的质量分成分有差异。一般将基体材料熔入喷焊层中的质量分数称为稀释数称为稀释(xsh)(xsh)率，用率，用 表示：表示：式中A喷焊金属(jnsh)质量；B基材熔化的金属(jnsh)质量第86页/共115页第八十七页，共115页。用氧乙炔火焰作为喷焊的热源，把自熔合金粉末喷涂在基材表面，然后在基材不熔化的前提下加热熔化涂层，获得(hud)致密的、

39、结合牢固的喷焊层。1 火焰喷焊设备 喷焊枪二、氧二、氧乙炔乙炔(y qu)火火焰喷焊焰喷焊第87页/共115页第八十八页，共115页。喷焊工艺过程主要按焊前预处理、喷焊以及后处理三步进行(jnxng)预处理：清洁、粗化被处理工件表面喷焊：喷焊过程包括预热、喷粉和重熔预热：使工件表面湿气蒸发，产生适当的热膨胀，减少喷焊层应力，提高喷粉沉积效率喷粉和重熔：一步法：边喷粉边熔化。特点是粉末沉积率高，但涂层厚度不均匀。二步法：先喷粉后熔化。重熔温度控制在材料的固相线和液相线之间 后处理：如果焊层与基体的热膨胀系数相差较大，应采取喷焊后缓冷的措施。2 火焰火焰(huyn)喷焊喷焊工艺工艺第88页/共11

40、5页第八十九页，共115页。3 火焰火焰(huyn)喷焊喷焊的应用的应用第89页/共115页第九十页，共115页。n n等离子喷焊技术是采用等离子弧作为热源加热等离子喷焊技术是采用等离子弧作为热源加热基体，使其表面形成熔池，同时将喷焊粉末材基体，使其表面形成熔池，同时将喷焊粉末材料送入等离子弧中，粉末在弧柱中得到料送入等离子弧中，粉末在弧柱中得到(d do)(d do)预热，呈熔化或半熔化状态，被焰流喷射至熔预热，呈熔化或半熔化状态，被焰流喷射至熔池后，充分熔化并排出气体和熔渣，喷枪移开池后，充分熔化并排出气体和熔渣，喷枪移开后合金熔池凝固，形成喷焊层的工艺过程。后合金熔池凝固，形成喷焊层的工

41、艺过程。三、等离子喷焊三、等离子喷焊第90页/共115页第九十一页，共115页。n n等离子喷焊采用非转移弧与转移弧的联合等离子喷焊采用非转移弧与转移弧的联合(linh)(linh)弧，所谓弧，所谓转移弧是建立在喷焊枪钨极头和工件（阳极）之间的等离子转移弧是建立在喷焊枪钨极头和工件（阳极）之间的等离子弧，它对工件的加热能力比非转移弧强，是喷焊过程中的主弧，它对工件的加热能力比非转移弧强，是喷焊过程中的主要热源，因此称为主弧。要热源，因此称为主弧。n n在工作时首先引燃非转移弧，然后借助弧在钨的非转移极与在工作时首先引燃非转移弧，然后借助弧在钨的非转移极与工件之间形成的等离子体导电通道，建立转移

42、弧。工件之间形成的等离子体导电通道，建立转移弧。第91页/共115页第九十二页，共115页。1 等离子喷焊设备等离子喷焊设备(shbi)第92页/共115页第九十三页，共115页。n等离子喷焊设备特点n采用两台电源供电，即主电源、辅助电源分别向转移弧和非转移弧供电n喷嘴中等离子弧通道的长度和直径比（称为压缩比）比较小，通常在11.4之间。这样等离子弧比较柔软，熔池小，稀释率低。n需要控制的工艺参数较复杂，如转移弧和非转移弧电流、喷焊速度、送粉量、气体(qt)流量、喷枪摆动频率和幅度，喷嘴距工件距离等。第93页/共115页第九十四页，共115页。与其它涂层技术相比，等离子喷焊技术的主要特点：（1

43、）生产效率高。（2）稀释率低(5)。（3）工艺稳定性好，易实现自动化。（4）喷焊层平整(pngzhng)，成分均匀，可获得0.258mm任意厚度喷焊层。3 3 等离子喷焊的特点等离子喷焊的特点(tdin)(tdin)第94页/共115页第九十五页，共115页。n n等离子喷焊适宜对大批量零件的表面强化处理，等离子喷焊适宜对大批量零件的表面强化处理，特别是在在冶金工业中的工模具特别是在在冶金工业中的工模具(mj)(mj)和各类和各类阀门的表面强化方面，应用越来越广泛。阀门的表面强化方面，应用越来越广泛。4 等等离离子子喷喷焊焊的的应应用用(yngyng)第95页/共115页第九十六页，共115页

44、。第96页/共115页第九十七页，共115页。n n热喷焊材料热喷焊材料(cilio)(cilio)分为合金粉末和金属陶瓷复合分为合金粉末和金属陶瓷复合粉末，其中以合金粉末应用较多。合金粉末通常采粉末，其中以合金粉末应用较多。合金粉末通常采用雾化制粉的方法制造，而其成分大多为自熔性合用雾化制粉的方法制造，而其成分大多为自熔性合金。金。n n自熔性合金：含有自熔性合金：含有B B和（或）和（或）Si Si元素，熔点较低，大元素，熔点较低，大约在约在95095011501150之间，本身具有脱氧、造渣、除气之间，本身具有脱氧、造渣、除气和良好浸润性能的合金。自熔合金按照主基料的不和良好浸润性能的合

45、金。自熔合金按照主基料的不同可分为：钴基自熔合金、镍基自熔合金和铁基自同可分为：钴基自熔合金、镍基自熔合金和铁基自熔合金三种。熔合金三种。四、常用四、常用(chn yn)热喷焊材料热喷焊材料第97页/共115页第九十八页，共115页。n 自熔性合金粉末中B、Si的作用：n（1）降低合金熔点，扩大(kud)固液两相区（熔点9501200）。n（2）起到脱氧还原作用和造渣n（4）利用B、Si固溶强化、弥散强化、生成的金属间化合物以及硼碳化合物等，提高合金的硬度和耐磨性。n（5）使自熔性合金有良好的喷焊工艺性能。第98页/共115页第九十九页，共115页。常用的热喷焊材料分为(fn wi)铁基、镍基

46、、钴基和铜基四大类。热喷焊材料热喷焊材料(cilio)分类分类第99页/共115页第一百页，共115页。五五 喷焊层质量喷焊层质量(zhling)评定评定n n 喷焊层主要评定指标有涂层厚度(hud)、硬度、稀释率、结合强度以及界面和涂层显微结构等。第100页/共115页第一百零一页，共115页。n堆焊是在零件表面熔敷上一层耐磨、耐蚀、耐热等具有特殊性能合金层的技术。n实际上，喷焊技术也属于堆焊技术的范畴，只是热喷焊采用的是粉末填充材料，而常规堆焊一般采用线材或焊条。堆焊的优势在于熔敷效率比热喷焊要高，但是稀释率比热喷焊大得多。n堆焊的物理本质和冶金(yjn)过程与一般的熔焊工艺没有什么区别。

47、几乎所有的熔焊方法都可以用于堆焊。只是堆焊的目的不是为了起连接作用，而是为了发挥堆焊层的优良性能。第三节第三节 堆焊工艺堆焊工艺(gngy)及特点及特点第101页/共115页第一百零二页，共115页。一、堆焊一、堆焊(du hn)层层的形成和控制的形成和控制1、堆焊(du hn)层的形成n n堆焊堆焊(du hn)(du hn)过程中堆焊过程中堆焊(du hn)(du hn)层材料与基体材层材料与基体材料需要有较高的相容性。料需要有较高的相容性。n n同时，由于堆焊同时，由于堆焊(du hn)(du hn)层材料与基体材料成分层材料与基体材料成分不同，在堆焊不同，在堆焊(du hn)(du h

48、n)时必定会产生一层组织和时必定会产生一层组织和性能与基材或堆焊性能与基材或堆焊(du hn)(du hn)层都不相同的过渡层。层都不相同的过渡层。该过渡层如果是脆性的，将恶化堆焊该过渡层如果是脆性的，将恶化堆焊(du hn)(du hn)层层性能。性能。第102页/共115页第一百零三页，共115页。(1)冶冶金金相相容容性性：堆堆焊焊材材料料(cilio)与与基基材材在在液液态态和和固固态态时时的的互互溶溶性性，以以及及在在堆堆焊焊过过程程中中是是否否会会出出现现金金属属间间化化合合物物（脆脆性相）。性相）。(2)物物理理相相容容性性：两两者者之之间间的的熔熔点点、膨膨胀胀系系数数、热热导

49、导率率和和电电阻阻率等物理性能的差异越小，物理相容性越好。率等物理性能的差异越小，物理相容性越好。2 堆焊堆焊(du hn)材料与基材材料与基材的相容性的相容性第103页/共115页第一百零四页，共115页。n n熔合区就是堆焊层与基体之间的分界区，一般包熔合区就是堆焊层与基体之间的分界区，一般包括熔合线和具有结晶层和扩散层的过渡区段，该括熔合线和具有结晶层和扩散层的过渡区段，该区段内成分是不固定的，它与基体之间的界线称区段内成分是不固定的，它与基体之间的界线称为熔合线。为熔合线。n n过渡层中容易产生各种晶体缺陷和脆性相，因此过渡层中容易产生各种晶体缺陷和脆性相，因此应避免应避免(bmi(b

50、mi n)n)和控制过渡层的产生与长大。和控制过渡层的产生与长大。3 堆焊堆焊(du hn)的熔合区的熔合区第104页/共115页第一百零五页，共115页。n控制过渡层方法n合理选用喷焊材料，避免使用诱发脆性相的元素，或采用抑制脆性相产生的元素。例如普通低碳钢表面分别堆焊Cr18Ni9、Cr25Ni13、Cr15Ni25Mo6时，脆性层厚度逐渐变窄。n降低(jingd)稀释率，减小过渡层厚度第105页/共115页第一百零六页，共115页。第106页/共115页第一百零七页，共115页。5 稀释稀释(xsh)率率n n控制控制(kngzh)(kngzh)稀释率方法稀释率方法n n选择合适的填充材