热喷涂喷焊与堆焊-PPT.pptx

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1、热喷涂喷焊与堆焊Particle or Droplet generationAcceleratingHeatingSplat formation:Impact,flatteningSolidification 热喷涂原理典型热喷涂系统(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,可在不同尺寸与形状得工件上喷涂;(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 热喷涂技术得特点1 喷涂材料得分类与要求 热喷涂材料按材料得形态分线材、棒材与粉末三大类。3、热喷涂材料热喷涂材料分类(金

2、属类)热喷涂材料分类(非金属类)(1)热稳定性好,在高温焰流中不升华,不分解。(2)有较宽得液相区,使熔滴在较长时间内保持液相。(3)与基材有相近得热膨胀系数,以防止因膨胀系数相差过大产生较大得热应力。(4)喷涂材料在熔融状态下应与基材有较好得浸润性,以保证涂层与基材之间有良好得结合性能。(5)一定得形状与尺寸(线材13mm,粉末1100um)热喷涂材料得要求(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,撞击基体得颗粒动能越大与冲击变形越大,形成得涂层结合越好。(3)熔融得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n n 式中 式中:

3、为粉末在焰流中得运动距离 为粉末在焰流中得运动距离;l l为平均边界层得热导率 为平均边界层得热导率;D D为平均边界层得温度梯度 为平均边界层得温度梯度;为平均焰流速度 为平均焰流速度;为粉末材料得 为粉末材料得熔化潜热 熔化潜热;为粉末得平均直径 为粉末得平均直径;m m为平均焰流黏度 为平均焰流黏度;为粉末密度。为粉末密度。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。如右图所示如右图所示就是等离子喷涂就是等离子喷涂钼涂层显微结构钼涂层显微结构形貌图形貌图,大小不一大小不一得扁平颗粒、未得扁平颗粒、未熔化得球形颗

4、粒、熔化得球形颗粒、夹杂与孔隙组成。夹杂与孔隙组成。5、涂层结构大家学习辛苦了,还就是要坚持继续保持安静 继续保持安静 涂层性能具有方向性,垂直与平行涂层方向上得性能不一致。涂层中伴有氧化物等夹杂,存在部分孔隙,孔隙率420。涂层就是由无数变形粒子互相交错堆叠在一起,形成一层堆积而成得层状结构。涂层内有一定比例得孔隙,产生原因就是:(1)未熔化颗粒得低冲击功能;(1)喷涂角度不同造成得遮蔽效应;(2)凝固收缩与应力释放效应 缺点:孔隙将降低涂层得硬度、耐磨性与耐蚀性。优点:但孔隙可以储存润滑剂,提高涂层得隔热性能,减小内应力并因此增加涂层厚度,提高涂层抗热震性能,提高涂层得可磨耗性能。6 热喷

5、涂中得相变 相对基体来说,熔滴尺寸非常小,冷却速度可达10 6 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得组织结构。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 涂层应力n n 由于涂层应力与厚度得关系,热喷涂层得最佳厚度一般不超过0、5mmn n 残余应力:致密涂层 疏松涂层n n 涂层应力大小可通过调整工艺参数而部分控制,但更有效得方法就是采用梯度过渡层缓与涂层应力 减少涂层残余应力措施:(1)减小涂层厚度

6、;(2)调整喷涂工艺参数;(3)采用较疏松涂层;(4)采用梯度过渡层缓与涂层内应力 包括涂层与基材之间、涂层中颗粒与颗粒之间得结合,结合形式有:(1)机械结合:撞成扁平状得颗粒与凸凹不平得基材表面互相嵌合(即抛锚效应)而结合在一起。8 涂层得结合强度(2)物理结合:熔融粒子得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得能量使喷涂材料与基材之间发生局部扩散与焊合,形成冶金结合。如喷涂镍包铝复合粉末时得放热反应。热喷涂得涂层与基材得结合主要以机械结合为主,结合强度较差(70MPa)。涂层得结合强度 质量控制要素(4M):设

7、备(Machine)、材料(Materials)、工艺(Methods)与人员(Man)。热喷涂工艺流程包括基材表面预处理、热喷涂、后处理与精加工等过程。9 热喷涂工艺流程与质量控制热喷涂工艺流程(1)净化处理:清除表面污垢。(2)粗化处理:可提高涂层结合强度,原因如下:基材表面预处理 提供表面压应力;提供涂层颗粒互锁得结构;增大结合面积;净化表面。粗化处理能够使表面粗糙度达到Ra3、212、5m就够了,一般采用喷砂加粘结底层得方法:(1)表面喷砂粗化处理得方法(2)粘结底层 某些材料能够在很宽得条件下喷涂并粘结在清洁、光滑得表面上,而且这类涂层表面粗糙度适中,对随后喷涂得其它涂层有良好得粘结

8、作用,因此称为粘结底层。当基体太薄或太硬而不适合采用喷砂处理时,采用粘结底层得方法比较好。粗化处理得方法l 涂层得后处理包括两个方面,一个就是封孔处理,一个就是致密化处理。l 多孔隙就是喷涂层得固有缺陷,孔隙度可以从小于1%变到大于15%,或者更高。空隙可以互相连接,甚至可从表面延伸到基体。封孔处理得目得就就是填充孔隙。l 封孔处理就是在喷涂之后、机加工之前进行。涂层得后处理 防止或阻止涂层界面处得腐蚀;在某些机械部件中防止液体与压力得密封泄露;防止污染或研磨碎屑碎片进入涂层;保持陶瓷涂层得绝缘强度。封孔处理得作用:常用封孔剂l 决定涂层强度得两个关键因素:涂层材料受热后得温度涂层材料加速后得

9、速度l 所有热喷涂工艺得设计与改进都就是围绕这两点来展开得。l 常用热喷涂技术:火焰喷涂、电弧喷涂、等离子喷涂、爆炸喷涂、超音速火焰喷涂。二、热喷涂工艺方法l 火焰喷涂 通过氧乙炔气体燃烧提供热量加热熔化喷涂材料,通过压缩气体雾化并加速喷涂材料,随后在基材表面沉积形成涂层。l燃烧气体得自由膨胀对喷涂材料加速效果有限。为了实现喷涂,喷嘴上l 根据喷涂材料得形式不同,火焰喷涂可分为线材火焰喷涂与粉末火焰喷涂。1 火焰喷涂工艺 喷涂用线材送入喷枪后,由喷枪内得驱动轮连续输送到喷嘴,在喷嘴前端被同轴燃烧气得火焰加热并熔化,然后被压缩空气雾化并加速,喷涂在基体表面。(1)线材火焰喷涂l线材火焰喷涂原理图

10、。l线材火焰喷涂设备示意图与喷涂枪 用少量气体将喷涂粉末输送到喷枪得喷嘴前端,通过燃气加热、熔化并加速喷涂到基体表面。在喷嘴前端加上空气帽,可以压缩燃烧焰流并提高喷涂速度。(2)粉末火焰喷涂l线材火焰喷涂原理图l粉末火焰喷涂设备示意图与喷涂枪 火焰喷涂特点(1)焰流温度低(850-2000),焰流速度低(50-100ms-1)(2)设备投资少,操作容易(3)设备可携带到现场施工,无电力要求(4)沉积效率高(5)涂层氧含量较高,孔隙较多,涂层结合强度偏低,涂层质量 不高常用得火焰喷涂材料及用途l 电弧喷涂原理示意图 两根彼此绝缘并加有1840V直流电压得线形电极,由送丝机构向前输送,当两极靠近时

11、,在两线顶端产生电弧并使顶端熔化,同时吹入得压缩空气使熔融得液滴雾化并形成喷涂束流,沉积在工件表面。2 电弧喷涂l电弧喷涂设备与喷枪1)热效率高达90%2)涂层密度(7090)比火焰喷涂涂层致密,结合强度比火焰喷涂高。电弧喷涂特点3)电弧喷涂可以利用两根成分不同得金属丝制备假合金涂层。4)由于电弧喷涂就是两丝同时送进,所以喷涂效率高。5)运行费用较低,火焰喷涂消耗得燃料费就是电弧喷涂电费得几十倍。6)只能用于具有导电性能得金属线材 电弧喷涂特点1)在钢铁构件上喷涂锌、铝涂层,对构件进行长效防护。2)在钢铁件上喷铝可防止高温氧化。3)在钢铁件上喷不锈钢或其它耐磨金属,用于耐磨蚀防护。4)在机械零

12、件上喷涂碳钢、青铜等材料,用于修复零部件。5)在塑料制品上喷涂屏蔽涂层等。6)用电弧喷铝或喷锌生产复合钢板。电弧喷涂得用途l 利用非转移等离子弧作为热源对喷涂材料进行加热、加速、涂敷。3 等离子喷涂l 等离子焰流温度高、流速快,因此喷涂效率高、涂层致密、结合强度高、涂层中夹杂较少,因此喷涂质量很高。由等离子弧电源、电器控制、喷枪、气源、送粉系统、水冷系统等组成。等离子喷涂设备l 粉末送入方式:外送式与内送式等离子喷涂设备 氮气:热焓高,价格低廉,就是等离子喷涂主要工作气体。氩气:易于引弧,等离子弧稳定,有很好得气体保护作用。氢气、氦气:可作为辅助气体,起到改变等离子体能量结构得作用,其中氢气还

13、有防氧化得作用。等离子气体得作用1)耐磨、减磨涂层;2)耐蚀涂层;3)抗高温氧化、抗高温气流冲刷、热障涂层;4)制造金属、陶瓷类高熔点复合材料。(3)等离子喷涂得应用 等离子弧焰流温度高,适合喷涂高熔点材料。涂层密度可达8598,结合强度高达3570Mpa,喷涂质量远优于火焰喷涂层。主要用于:l工作原理 氧-乙炔混合气输送到枪管内,同时喂入一份喷涂粉末。然后点燃气体,引起燃烧爆炸,产生3300高温,粉末被加热并以2倍音速以上速度喷射到工件表面,形成高结合强度与高致密度得涂层。粉末每喷射一次,就通入一股脉冲氮气流清洗枪管。4、爆炸喷涂1)涂层与基材得结合强度非常高(85MPa)。2)涂层致密(最

14、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得喷涂。爆炸喷涂特点1)航空发动机钛合金风扇叶片阻尼台上用爆炸喷涂0、25mn厚得WC,寿命提高10倍;2)燃烧室得定位卡环上喷一层0、12mm厚Cr3C2,寿命提高7倍。爆炸喷涂应用l 超音速火焰喷涂原理 原理与普通火焰喷涂类似,只就是多了一个使喷涂火焰达到超音速得机构5.超音速火焰喷涂6.(High Velocity Oxygen Fuel,简称HVOF)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

15、高,但燃料消耗大,喷涂成本比较高。;5)噪音大(120dB),需有隔音与防护装置。(3)超音速喷涂得特点6、各种热喷涂方法比较(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)工程量大得金属喷涂施工最好采用电弧喷涂。(4)要求高结合力、低孔隙度得金属、合金及以某些金属陶瓷涂层可采用超音速火焰喷涂。(5)对于批量大得工件,宜采用自动喷涂。7、喷涂工艺得选择原则 三、常用热喷涂材料n 热喷涂材料按形状分为粉末与线材n 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。l

16、 热喷涂材料得选材原则(1)要把实用性、工艺性与经济性结合起来考虑,尽量选择合理得喷涂材料。(2)对于重要得部件以获得最优涂层性能为准则;不十分重要得部件则以获得最大得经济效益为准则。(3)根据工件得工作环境选择合适得工作涂层。(4)为满足喷涂工件得使用要求,可采用复合涂层与梯度涂层。1 金属热喷涂材料n 金属热喷涂材料一般有线材与粉末两种形式。线材用拉拔法制造,而粉末一般用雾化法制造。n 由于粉末材料表面积大,氧化程度高,所以在方便得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。n 常用热喷涂金属材料见书P1051062 陶瓷热喷涂材料n

17、 陶瓷热喷涂材料最主要形式就是粉末,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。n 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。n 常用陶瓷热喷涂材料见书P106 3 塑料热喷涂陶瓷材料n热喷涂塑料涂层特点n比传统塑料涂层成本低、投资少n涂层厚度与工作场地无限制,不含溶剂,符合环保要求n采用得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n常用塑料热喷涂材料见书P1074 热喷涂用复合粉末材料n热喷涂用复合材料分为两种n 一类就是为适应热喷涂工艺而制备

18、得符合材料,例如,为防止碳化钨材料在喷涂过程中氧化分解而制备得镍包碳化钨复合粉末材料,她们就是当前热喷涂用复合材料得主流n 另一类就是通过增强相增强涂层性能得复合材料,如纤维增强涂层材料,这类材料目前还在研究探索过程中n常用热喷涂复合材料见书P1071 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。类似得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、铝得腐蚀电极电位高于铁,腐蚀介质首先腐蚀锌与铝,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

19、。(例如葡萄酒低温发酵罐内壁喷涂聚乙烯涂层,有效得防止了罐壁得点蚀,控制了酒中铁离子含量)四、热喷涂技术得应用n喷涂耐磨涂层得应用:(1)在机械零件表面喷涂耐磨涂层,延长零件得使用寿命(2)修复磨损失效得机械零件2 喷涂耐磨涂层n不同环境下得耐磨涂层(1)纺织、造纸、与印刷等行业,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)遭遇磨料磨损得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)对于在冲蚀与气蚀环境条件下工作得水轮机、抽风机、旋风除尘器等得零件,要求

20、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。(4)在配合件得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得间隙,提供最佳得密封状态。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与非金属填料组成。(1)抗高温氧化涂层:用于改善机械零件得抗高温氧化性能。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,保持金属构件得力学性能。例如美国“探险者”卫星表面喷涂了氧化铝保护涂层,由于氧化铝得隔热作用,卫星

21、内部仪器舱温度保持在1030C,从而保证了灵敏电子仪器得正常工作。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 喷涂耐高温涂层(1)屏蔽涂层 喷涂屏蔽涂层,用于消除电磁波与无线电波得干扰(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得衰减(范围达60120dB)。屏蔽涂层得应用包括计算机终端设备、电子办公设施、药品检测装置与感光电子设备。4 喷涂功能涂层(2)生物相容性涂层:在种植体(不锈钢等)表面用等离子喷涂一层生物相容性好得羟基磷灰石涂层,生物组织可以长入涂层中得孔

22、隙中,与种植体形成牢固得结合。5 喷涂成型n喷涂成型常用技术:电弧喷涂、等离子喷涂n电弧喷涂制造冲压塑料与皮革制品模具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用喷涂成型制造得零件孔隙度高,机械强度差,大部分需要经过热压、热等静压等后处理。6热喷涂技术得应用领域与市场 五 热喷涂涂层质量评定 在GE,P&W以及RR等航空发动机公司建立得热喷涂涂层最终质量标准中,常用得指标为显微硬度与(或)宏观硬度、结合强度、界面与涂层显微结构以及涂层厚度。1 涂层厚度得测定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形状较复杂得零件,可采用磁性

23、法与涡流法测厚仪测量 磁性法:以探头对磁性基体磁通量或互感电流为基准,利用非磁性涂层得厚度不同,以探头磁通量或互感电流得变化值来测量覆盖层厚度。涡流法:利用高频磁场引起金属内部涡流,涡流产生得磁场又影响探头得阻抗,测量其阻抗值就可确定涂层得厚度。2 孔隙率测定n涂层中得孔隙率可以采用阿基米德方法与金相法,前者就是通过比较涂层实际密度与涂层材料理论密度得差别来确定,后者就是通过图像分析确定。n涂层封孔处理后得残余穿孔测定可以采用试剂试验方法与高压放电试验方法。(1)计算法:按图351加工涂层试样并称重,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

24、隙度式中,m涂层材料密度(m可从相关手册中查得)。3 结合强度测定n 热喷涂层结合强度得测定一般采用拉伸法,其原理见书P111所示。将胶粘好得试样,装在试验机上,在规定得条件下,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强度:b FA0 式中,b 为涂层结合强度;F为试样断裂载荷;A0为试样涂层面积。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,此时涂层得剪切强度F:式中,P涂层剪切剥离时得载荷;D试样末喷涂前得直径;L涂层在试样上得宽度。涂层得弯曲强度:将涂层试样弯曲到一定角度时,

25、涂层开始出现龟裂得弯曲角度就就是涂层得弯曲强度。4 涂层显微结构观察n 涂层显微结构分析手段:金相分析、SEM、TEM等。n 但就是对涂层进行涂层截面分析时,试样制作非常关键。因为涂层薄而脆,所以对试样得切割、镶样以及研磨抛光都有特殊要求。1910年:线材火焰喷涂技术;20年代:电弧丝喷涂技术;50年代:爆炸喷涂与等离子喷涂技术;60年代:自熔性合金粉末火焰、等离子喷涂与喷焊技术;80年代:超音速火焰喷涂技术;90年代:激光熔覆技术。六 热喷涂技术得发展过程60年代以来主要喷涂方法得应用比例(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

26、得工艺。(4)新型热障涂层,如喷涂0、3mm得MCrAlY热障涂层可使基材温度降低200300。(5)喷涂新材料,如纳米涂层材料、非晶态涂层材料。(6)计算机自动控制,提高生产效率,减少工作强度。七 热喷涂技术主要发展动向(7)在较低温度下具有高速飞行得喷涂(如脉冲放电线爆喷涂与冷喷涂技术)n热喷焊 用热源将涂层材料重熔,使涂层内颗粒之间、涂层与基体之间形成无孔隙得冶金结合n根据采用得热源不同,热喷焊技术有氧乙炔火焰喷焊与等离子喷焊第二节 热喷焊工艺与特点(1)工件表面温度:喷涂时工件表面温度900。(2)结合状态:喷涂层以机械结合为主;喷焊层就是冶金结合。(3)粉末材料:喷焊用自熔性合金粉末

27、,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与较高得接触应力。1、热喷焊工艺与热喷涂工艺得区别 一、热喷焊得特点(6)涂层成分:热喷焊层得成分与喷焊材料得原始成分会有一定差别 2 稀释率n 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,导致喷焊层得成分与原来设计得喷焊材料成分有差异。一般将基体材料熔入喷焊层中得质量分数称为稀释率,用表示:式中A喷焊金属质量;B基材熔化得金属质量 用氧乙炔火焰作为喷焊得热源,把自熔合金粉末喷涂在基材表面,然后在基材不熔化得前提下加热熔化涂层,获得致密得、结合牢固得喷焊层。1 火焰喷焊设备

28、喷焊枪二、氧乙炔火焰喷焊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n预处理:清洁、粗化被处理工件表面n喷焊:喷焊过程包括预热、喷粉与重熔预热:使工件表面湿气蒸发,产生适当得热膨胀,减少喷焊层应力,提高喷粉沉积效率喷粉与重熔:一步法:边喷粉边熔化。特点就是粉末沉积率高,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得固相线与液相线之间 n后处理:如果焊层与基体得热膨胀系数相差较大,应采取喷焊后缓冷得措施。2 火焰喷焊工艺3 火焰喷焊得应用n等离子喷焊技术就是采用等离子弧作为热源加热基体,使其表面形成熔池,同时将喷焊粉末材料送入等离子弧中,粉末在弧柱中得到预热,呈熔化或半熔化

29、状态,被焰流喷射至熔池后,充分熔化并排出气体与熔渣,喷枪移开后合金熔池凝固,形成喷焊层得工艺过程。三、等离子喷焊n 等离子喷焊采用非转移弧与转移弧得联合弧,所谓转移弧就是建立在喷焊枪钨极头与工件(阳极)之间得等离子弧,它对工件得加热能力比非转移弧强,就是喷焊过程中得主要热源,因此称为主弧。n 在工作时首先引燃非转移弧,然后借助弧在钨得非转移极与工件之间形成得等离子体导电通道,建立转移弧。1 等离子喷焊设备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与非转移弧供电n喷嘴中等离子弧通道得长度与直径比(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

30、释率低。n需要控制得工艺参数较复杂,如转移弧与非转移弧电流、喷焊速度、送粉量、气体流量、喷枪摆动频率与幅度,喷嘴距工件距离等。与其它涂层技术相比,等离子喷焊技术得主要特点:(1)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,成分均匀,可获得0、258mm任意厚度喷焊层。3 等离子喷焊得特点n等离子喷焊适宜对大批量零件得表面强化处理,特别就是在在冶金工业中得工模具与各类阀门得表面强化方面,应用越来越广泛。4 等离子喷焊得应用 n热喷焊材料分为合金粉末与金属陶瓷复合粉末,其中以合金粉末应用较多。合金粉末通常采用雾化制粉得方法制造,而其成分大多为自熔性合金。n

31、自熔性合金:含有B与(或)Si元素,熔点较低,大约在9501150 之间,本身具有脱氧、造渣、除气与良好浸润性能得合金。自熔合金按照主基料得不同可分为:钴基自熔合金、镍基自熔合金与铁基自熔合金三种。四、常用热喷焊材料n 自熔性合金粉末中B、Si得作用:(1)降低合金熔点,扩大固液两相区(熔点9501200)。(2)起到脱氧还原作用与造渣(4)利用B、Si固溶强化、弥散强化、生成得金属间化合物以及硼碳化合物等,提高合金得硬度与耐磨性。(5)使自熔性合金有良好得喷焊工艺性能。常用得热喷焊材料分为铁基、镍基、钴基与铜基四大类。热喷焊材料分类五 喷焊层质量评定n 喷焊层主要评定指标有涂层厚度、硬度、稀

32、释率、结合强度以及界面与涂层显微结构等。n堆焊就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得技术。n实际上,喷焊技术也属于堆焊技术得范畴,只就是热喷焊采用得就是粉末填充材料,而常规堆焊一般采用线材或焊条。堆焊得优势在于熔敷效率比热喷焊要高,但就是稀释率比热喷焊大得多。n堆焊得物理本质与冶金过程与一般得熔焊工艺没有什么区别。几乎所有得熔焊方法都可以用于堆焊。只就是堆焊得目得不就是为了起连接作用,而就是为了发挥堆焊层得优良性能。第三节 堆焊工艺及特点一、堆焊层得形成与控制1、堆焊层得形成n堆焊过程中堆焊层材料与基体材料需要有较高得相容性。n同时,由于堆焊层材料与基体材料成分不同,在

33、堆焊时必定会产生一层组织与性能与基材或堆焊层都不相同得过渡层。该过渡层如果就是脆性得,将恶化堆焊层性能。(1)冶金相容性:堆焊材料与基材在液态与固态时得互溶性,以及在堆焊过程中就是否会出现金属间化合物(脆性相)。(2)物理相容性:两者之间得熔点、膨胀系数、热导率与电阻率等物理性能得差异越小,物理相容性越好。2 堆焊材料与基材得相容性n熔合区就就是堆焊层与基体之间得分界区,一般包括熔合线与具有结晶层与扩散层得过渡区段,该区段内成分就是不固定得,它与基体之间得界线称为熔合线。n过渡层中容易产生各种晶体缺陷与脆性相,因此应避免与控制过渡层得产生与长大。3 堆焊得熔合区n控制过渡层方法(1)合理选用喷

34、焊材料,避免使用诱发脆性相得元素,或采用抑制脆性相产生得元素。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。(2)降低稀释率,减小过渡层厚度5 稀释率n控制稀释率方法(1)选择合适得填充材料与堆焊方法(2)控制堆焊工艺参数,如堆焊功率、堆焊速度、焊道间距等(3)在堆焊过程中向熔池中补加填充金属,可降低稀释率n 一般而言稀释率越低越好 5 堆焊层得内应力 减少堆焊层内应力措施n焊前预热n焊后缓冷n堆焊底层n几种常用得堆焊方法比较二、堆焊工艺方法(1)在允许得稀释率下具有最高得熔敷速度。(2)最小堆焊层厚度符合要求。(3)经济性。选择堆焊方法得原则 堆焊材料分铁基、镍基、钴基、铜基与碳化钨复合堆焊材料等。铁基堆焊合金性能变化范围广,韧性与耐磨性配合好,能满足许多不同得要求,而且价格较低,所以使用最广泛镍基、钴基堆焊合金价格较高,由于高温性能好,耐腐蚀,主要在要求高温磨损、高温腐蚀得场合用铜基合金由于耐腐蚀性能好,并能减少金属间得摩擦系数碳化钨金属陶瓷堆焊层,虽然价格昂贵,但在耐严重磨料磨损与工具堆焊中占有重要地位三、常用堆焊材料及其堆焊工艺各种堆焊材料得性能比较常见得堆焊材料形状及适用得堆焊方法