热喷涂喷焊与堆焊.pptx
《热喷涂喷焊与堆焊.pptx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《热喷涂喷焊与堆焊.pptx(115页珍藏版)》请在淘文阁 - 分享文档赚钱的网站上搜索。
1、Particle or Droplet generationAcceleratingHeatingSplat formation:Impact,flatteningSolidification 热喷涂原理第1页/共115页典型热喷涂系统第2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)加热效率低,喷涂材料利用率低,(6)涂层与基体结合强度低。2 热喷涂技术的特点第3页/共115页1 喷涂材料的分类和要求 热喷涂材料按材料的形态分线材、棒材和粉末三
2、大类。3、热喷涂材料第4页/共115页热喷涂材料分类(金属类)第5页/共115页热喷涂材料分类(非金属类)第6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)热喷涂材料的要求第7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,撞击基体的颗粒动能越大和冲击变形越大,形成的涂
3、层结合越好。(3)熔融的高速粒子在冲击基材表面后发生变形,冷凝后形成涂层。4 涂层形成过程第8页/共115页 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为平均边界层的温度梯度;为平均焰流速度;为粉末材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;为粉末的平均直径;料的熔化潜热;为粉末的平均直径;m m为平均焰流黏度;为为平均焰流黏度;为粉末密度。粉末密度。在涂层粉末熔化过程中,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。第9页/共115页 如右图
4、所如右图所示是等离子喷涂示是等离子喷涂钼涂层显微结构钼涂层显微结构形貌图,大小不形貌图,大小不一的一的扁平颗粒扁平颗粒、未熔化的未熔化的球形颗球形颗粒粒、夹杂夹杂和和孔隙孔隙组成。组成。5.涂层结构第10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,存在部分孔隙,孔隙率420。涂层是由无数变形粒子互相交错堆叠在一起,形成一层堆积而成的层状结构。第11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
5、隙可以储存润滑剂,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 6 热喷涂中的相变 相对基体来说,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 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 涂层应力 第14页/共115页 涂层应力 由于涂层应力与厚度的关系,热喷涂层的最佳厚度一般不超过由于涂
6、层应力与厚度的关系,热喷涂层的最佳厚度一般不超过0.5mm0.5mm 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数而部分控制,但更有效的方法是采用涂层应力大小可通过调整工艺参数而部分控制,但更有效的方法是采用梯度过渡梯度过渡层层缓和涂层应力缓和涂层应力第15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)采用梯度过渡层缓和涂层内应力 第16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
7、合在一起。8 涂层的结合强度第17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,运行成本高,只用于含碳化物涂层的喷涂。爆炸喷涂特点第47页/共115页1)航空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
8、位卡环上喷一层0.12mm厚Cr3C2,寿命提高7倍。爆炸喷涂应用第48页/共115页l超音速火焰喷涂原理超音速火焰喷涂原理 原理与普通火焰喷涂类似,只是多了一个使喷涂火焰达到超音速的机构5.超音速火焰喷涂(High Velocity Oxygen Fuel,简称HVOF)第49页/共115页第50页/共115页1)焰流速度高但温度相对较低,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)超音速喷涂的特点第51页/共115页6.各种热喷
9、涂方法比较第52页/共115页(1)对涂层结合力要求不高,喷涂材料熔点2500,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、喷涂工艺的选择原则第53页/共115页 三、常用热喷涂材料热喷涂材料按形状分为粉末和线材热喷涂材料按化学组成分为金属热喷涂材料、陶瓷热喷涂材料、塑料热喷涂材料、热喷涂用复合粉末材料。第54页/共115页 l热喷涂材料的选材原则n(1)要把实用性、工艺性和经济性结合起来
10、考虑,尽量选择合理的喷涂材料。n(2)对于重要的部件以获得最优涂层性能为准则;不十分重要的部件则以获得最大的经济效益为准则。n(3)根据工件的工作环境选择合适的工作涂层。n(4)为满足喷涂工件的使用要求,可采用复合涂层和梯度涂层。第55页/共115页1 金属热喷涂材料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造。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采用线材。但粉末制造方法简单、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。常用热喷涂金属材料见书P105106第56页/共115页2 陶瓷热喷涂材料陶瓷热喷涂材料最主要形式是粉末
11、,制造方法有熔融破碎、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,因此应用较少。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。常用陶瓷热喷涂材料见书P106第57页/共115页 3 塑料热喷涂陶瓷材料热喷涂塑料涂层特点比传统塑料涂层成本低、投资少涂层厚度与工作场地无限制,不含溶剂,符合环保要求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,一般采用粉末形式常用塑料热喷涂材料见书P107第58页/共115页4 热喷涂用复合粉末材料热喷涂用复合材料分为两种一类是为适应热喷涂工艺而制备的符合材料,例如,为
12、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料的主流另一类是通过增强相增强涂层性能的复合材料,如纤维增强涂层材料,这类材料目前还在研究探索过程中常用热喷涂复合材料见书P107第59页/共115页1 喷涂耐腐蚀涂层(1)不锈钢涂层:不锈钢电极电位比铁高,易在涂层孔隙处 形成原电池,加剧铁基体腐蚀,所以喷涂后必须封孔处理。类似的涂层材料还有镍合金、蒙乃尔合金、青铜等金属涂层。(2)铝、锌及其合金涂层:锌、铝的腐蚀电极电位高于铁,腐蚀介质首先腐蚀锌和铝,而使铁基体作为阴极得到保护,可用于桥梁、海洋钻井平台等。(3)塑料涂层:用于化工、食品等行业。(例如葡
13、萄酒低温发酵罐内壁喷涂聚乙烯涂层,有效的防止了罐壁的点蚀,控制了酒中铁离子含量)四、热喷涂技术的应用第60页/共115页n喷涂耐磨涂层的应用:(1)在机械零件表面喷涂耐磨涂层,延长零件的使用寿命 (2)修复磨损失效的机械零件2 2 喷涂耐磨涂层第61页/共115页不同环境下的耐磨涂层(1)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。采用等离子喷涂氧化铝、氧化铬等耐磨陶瓷涂层(2)遭遇磨料磨损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。(3)对于在冲蚀和气蚀环境条件下工作的水轮机
14、、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。第62页/共115页(4)在配合件的接触运转中可采用可磨耗涂层,可磨 耗涂层能自动形成所必须的间隙,提供最佳的密封状态。可磨耗涂层一般采用等离子喷涂或火焰喷涂,涂层成分由金属基体和非金属填料组成。第63页/共115页(1)抗高温氧化涂层:用于改善机械零件的抗高温氧化性能。例如900以下,采用超音速火焰喷涂Cr2C3-NiCr涂层;900以上,采用大气等离子喷涂氧化锆涂层。(2)热障涂层:使金属基体与高温环境隔离,保持金属构件的力学性能。
15、例如美国“探险者”卫星表面喷涂了氧化铝保护涂层,由于氧化铝的隔热作用,卫星内部仪器舱温度保持在1030C,从而保证了灵敏电子仪器的正常工作。又如采用等离子喷涂氧化锆热障涂层保护航空发动机叶片、燃烧室内壁、活塞发动机活塞顶,通过适当设计涂层厚度,可以使发动机工作温度提高100C以上。3 3 喷涂耐高温涂层第64页/共115页第65页/共115页(1)屏蔽涂层 喷涂屏蔽涂层,用于消除电磁波和无线电波的干扰(EMI/RFI),同时消除静电放电火花;用电弧喷涂锌涂层可以提供高能级的衰减(范围达60120dB)。屏蔽涂层的应用包括计算机终端设备、电子办公设施、药品检测装置和感光电子设备。4 喷涂功能涂层
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 喷涂 堆焊
限制150内