第五章堆焊与热喷涂技术.ppt

第五章第五章 堆焊及热喷涂技术堆焊及热喷涂技术 5.1 堆焊技术5.2 热喷涂技术2021/8/61一一 概述概述 堆焊：是借用焊接的手段对金属材料表面进行厚膜改质对本来是用一般材料制成的零件，通过堆焊一层高合金，可使其性能得到明显的改善或提高堆焊也是修复的方法 5.1 堆焊技术堆焊技术2021/8/62 堆焊是一种熔焊工艺 ，堆焊就其物理本质和冶金过程而言，具有焊接的一般规律，原则上已有的熔焊方法都可以用于堆焊 堆焊技术的进步是希望采用的堆焊方法有较小的母材稀释、较高的熔敷速度和优良的堆焊层性能，即优质、高效、低稀释率的堆焊技术 2021/8/63金属表面堆焊的特点 •1.堆焊的目的是用于表面改质，因此，堆焊材料与基体往往差别很大，因而具有异种金属焊接的特点•2.与整个机件相比，堆焊层仍是很薄的一层，因此，其本身对整体强度的贡献，不像通常焊缝那样严格，只要能承受表面耐磨等要求即可堆焊层与基体的结合力，也无很高要求，一般冶金结合即可满足，但是必须保证工艺过程中对基体的强度不损害，或者损害可控制在允许限度之内2021/8/64•3.要保证堆焊层自身的高性能，要求尽可能低的稀释率。

•4.堆焊用于强化某些表面，因而希望焊层尽可能平整均匀这要求堆焊材料与基体应有尽可能好的润湿性和尽可能好的流平性 2021/8/65堆焊方法较其它表面处理方法的优点 （1）堆焊层与基体金属的结合为冶金结合，结合强度高，抗冲击性能好2）堆焊层金属的成分和性能调节方便，一般常用的手工电弧焊堆焊条或药芯焊丝调节配方很方便，可以设计出各种合金体系，以适应不同的工况条件3）堆焊层厚度较大，一般堆焊层厚度可在2～3㎜内调节，更适合于严重磨损的工况条件4）堆焊方法具有高的性能价格比，当工件的基体采用普通材料制造，表面采用高合金堆焊层时，不仅降低了制造成本，而且还节约许多贵重金属 2021/8/66堆焊的应用1）恢复工件尺寸 2）抗磨损 3）抗腐蚀堆焊高铬铸铁堆焊焊条钴基D842焊条2021/8/67电火花沉积堆焊冷焊机2021/8/68辊压机耐磨堆焊材料普通锰型堆焊焊条2021/8/69二、二、 异种金属熔焊（堆焊）理论异种金属熔焊（堆焊）理论 一、熔合区的形成与结构 1. 熔合区 所谓熔合区一般包括熔合线和具有结晶层与扩散层的过渡区段 焊缝完全冷却以后，熔合区一部分由基体金属组成，另一部分由焊缝金属组成。

2．熔合区的结构特点 两种金属尽管合金化特性彼此差别很大，但只要它们的晶格相同，基体金属与焊缝金属的熔合区就有相容性 对于组织类型不同的钢，熔合区的形成过程就比较复杂根据结晶方向和尺寸相适应的规律，被焊金属晶格的周期彼此相差不超过9﹪才会产生共同的结晶这时在熔合区内就出现从一种晶格过渡到另一种晶格的单原子层，此过渡层总是受到一定的应力 一般说来,用手工电弧焊时，过渡层的平均厚度约为0.4～0.6㎜,而用埋弧时,约为0.25～0.5㎜ 2021/8/610扩散过渡层 •在堆焊过程中,固态基体金属和液态金属互相作用必定会引起熔合区内某种程度的异扩散异扩散速度的大小取决于温度、接触时间、浓度梯度和原子的迁移率异扩散形成的扩散过渡层往往会损害焊层的性能•当基体金属与堆焊金属的成分相差很大时，在焊缝金属熔合线附近，会形成一个成分变化不定的区域，即扩散过渡层 •熔合区内形成扩散过渡层 ,在钢中这种扩散运动能力最强的是碳 2021/8/611三三 堆焊合金的类型及性能堆焊合金的类型及性能 堆焊合金的类型 1.低碳低合金钢: 性能特点是含碳量小于0.3﹪，合金元素总量少于5﹪，Mn、Cr、Si为主，冲击韧性好，易于机械加工，用于金属间磨损的零件，如轴类、齿轮等。

2. 中碳低合金钢：性能特点是含碳量0.3﹪～0.6﹪，合金元素总量少于5﹪，Cr、Mn、Mo、Si为主，抗压强度高，适合于受中等冲击的磨损零件3. 高碳低合金钢：性能特点是含碳量0.7﹪～1.0﹪，合金总量约5﹪，Mn、Cr、Si为主硬度较高，用于不受冲击或弱冲击的低应力磨料磨损零件，如推土机铲刃等4. 铬-钼、铬-钨热稳定钢：性能特点是含碳量0.5﹪左右，Cr、W、Mo、V为主要合金元素，红硬性好，高温耐磨性好，用于热模具堆焊2021/8/6125. 高铬钢：性能特点是Cr13系，含碳0.1﹪～0.4﹪，Cr12系，含碳0.9﹪～1.5﹪，含Cr大于12﹪组织为马氏体＋铁素体有良好的耐磨及耐腐蚀性，用于有腐蚀介质的磨料磨损或金属间磨损6. 奥氏体高锰钢和铬锰钢：性能特点是Mn含量大于12﹪，铬锰钢有较好的耐腐蚀性，Mn13可以冲击相变用于严重冲击条件下的零件，如矿石铲斗、碎石机等7. 奥氏体镍铬钢：性能特点是在Cr18Ni8基础上，加入S、Mo、V、Mn、W等元素，提高耐腐蚀及耐热性能用于阀门、阀座、石油化工工业中的反应器、容器等防腐或耐热堆焊8. 高速钢：性能特点是含碳量0.7～1.0﹪左右，Cr 3.8～4.5﹪；W17～19﹪、V1.0～1.5﹪为主要合金元素，用于刀具修复堆焊。

9. 马氏体合金铸铁：性能特点是含碳量2%～4%,以白口铸铁为基,加入W、Cr、Mo、Mn、Ni等元素合金总量15%～20%用于低应力磨料磨损的场合 2021/8/61310．高铬合金铸铁：性能特点是含碳1.5%～4.5%,铬22%～32%,加入Si、Mn、Ni、Mo、B等合金用于抗低应力和高硬度磨料磨料腐损场合11. 碳化钨合金：性能特点是含WC45%以上,粒状WC在堆焊中应避免熔化,达到最佳抗磨损性能.基体可以是铁基,镍基或钴基12. 钴基合金：性能特点是含钴30%～70%，Cr25～33，W3%～25%，钴基合金具有最佳综合性能主要用于重要的耐高温、冲击、热疲劳、搞磨损的工件13. 镍基合金：性能特点是Ni-Cr-B-Si堆焊合金堆焊时,湿润性好,流动性好,堆焊金属硬度HRC50～60用于抗磨损堆焊；Ni-Cr-Mo-W具有抗强硫腐蚀能力，用于防腐堆焊14. 铝基合金铝青铜、锡青铜、硅青铜、黄铜、白铜、紫铜等 2021/8/614 堆焊材料的选择 工　作　条　件堆　焊　用　合　金高应力金属间磨损亚共晶钴基合金、含金属间化合物钴基合金低应力金属间磨损堆焊用低合金钢金属间磨损＋腐蚀或氧化大多数钴基或镍基合金低应力磨料磨损、冲击浸蚀、磨料浸蚀高合金铸铁低应力严重磨料磨损、切割刃碳化物气蚀浸蚀钴基合金严重冲击高合金锰钢严重冲击＋腐蚀＋氧化亚共晶基合金高温下金属间磨损亚共晶、含金属间化合物钴基合金凿削式磨料磨损奥氏体锰钢热稳定性、高温蠕变强度（540℃）钴基合金、碳化物型镍基合金2021/8/615四四 堆焊方法堆焊方法 •一、手工电弧堆焊 •（1）为降低稀释率应采用小电流、短弧长、慢速度的方法，焊接电流应比普通焊条小10﹪～15﹪。

•（2）为防止堆焊层开裂，对于一些用于与泥沙、粉尘、矿石直接磨损的工件，堆焊金属一般选用高铬合金铸铁堆焊条，如基体为低碳、低合金钢，韧性较好，可以允许堆焊层存在密集的小裂纹时，应采取相应的工艺措施2021/8/616主要措施有：①在保证堆焊层性能的前提下，选择与基体材料线膨胀系数相近的堆焊合金，以减小由于膨胀系数不同造成的热应力；②采取预热，中间消氢热处理，焊后缓冷的工艺方法，预热温度可以根据堆焊金属的碳当量确定 2021/8/617•(3)当堆焊金属或母材硬度很高时，可先基体上堆焊一层高塑性材料作为堆焊过渡层，如不锈钢或镍基合金，然后在过渡层上堆焊，这种方法对防止裂纹很有效•(4)为防止工件变形，对批量较大的工件，应采用专用工卡具，以防止变形也可以采用预制反变形法对于工况条件为低应力磨料磨损的工件，在基体表面堆焊成网格状焊道，就可以获得很高的抗磨损性能，这样即可以降低成本，又可以防止变形过大2021/8/618氧-乙炔堆焊 •(1)焊前清除工件表面上的油、锈•(2)将工件放平防止铁水流出•(3)用碳化焰将工件表面加热至半熔化温度，即呈现＂出汗＂状态，此时添入堆焊材料进行堆焊注意堆焊时不要使母材完全熔化形成熔池。

•(4)堆焊时，焊丝和熔化区应处于还原焰的保护中，不得将火焰急速移开，以防止堆焊金属氧化•(5)单层堆焊一般在2～3㎜厚，厚度不够时可用多层堆焊，必要时可用火焰重熔堆焊层，以消除堆焊缺陷 氧－乙炔火焰温度较低（3050～3100℃），火焰加热面积大，可获得较低的稀释率（1﹪～10﹪），堆焊层厚度较小，可在1㎜左右氧-乙炔火焰尤其适用于堆焊碳化钨管状焊丝，这种合金要求在堆焊时WC颗粒不熔化，这样才能最好地发挥WC的耐磨性 2021/8/619几种堆焊方法特点比较 堆焊方法堆焊方法稀释率稀释率①①（（﹪））熔数速度熔数速度（（kg/h））最小堆焊厚度最小堆焊厚度（（㎜㎜））熔数效率熔数效率（（﹪））氧氧-乙炔焰堆乙炔焰堆焊焊手工送丝手工送丝自动送丝自动送丝粉末堆焊粉末堆焊1～～101～～101～～100.5～～1.80.5～～6.80.5～～1.80.80.80.810010085～～95手工电弧堆焊手工电弧堆焊10～～200.5～～5.43.265钨极氩弧堆焊钨极氩弧堆焊10～～200.5～～4.53.298～～100熔化极气体保护电弧堆熔化极气体保护电弧堆焊焊自保护电弧堆焊自保护电弧堆焊10～～4015～～400.9～～5.42.3～～11.33.23.290～～9580～～85埋弧堆焊埋弧堆焊单丝单丝多丝多丝串联电弧串联电弧单带极单带极多带极多带极30～～6015～～2510～～2510～～208～～154.5～～11.311.3～～27.211.3～～15.912～～3622～～683.24.84.83.04.09595959595等离子弧堆等离子弧堆焊焊自动送粉自动送粉手工送丝手工送丝自动送丝自动送丝双热丝双热丝5～～155～～155～～155～～150.5～～5.80.5～～3.60.5～～3.6～～13～～270.82.42.42.485～～9598～～10098～～10098～～100电渣堆焊电渣堆焊10～～1415～～751595～～1002021/8/6205.2 热喷涂1. 概述 1.1 什么是热喷涂 1.2 热喷涂技术分类 1.3 热喷涂技术的特点2. 热喷涂的基础理论3. 热喷涂工艺2021/8/621热喷涂的基本原理是将涂层材料加热熔化，以高速气流将其雾化成极细的颗粒，并以很高的速度喷射到事先已准备好的工件表面上，形成覆层。

什么是热喷涂什么是热喷涂? ?  对被处理工件的形状、尺寸、材料等原则上没有限制对被处理工件的形状、尺寸、材料等原则上没有限制(尺寸过小及小孔内壁的热喷涂工艺还有困难)  无论是金属、合金，还是陶瓷、玻璃、水泥、石膏、塑料、无论是金属、合金，还是陶瓷、玻璃、水泥、石膏、塑料、木材，甚至纸张，都是适用的基体材料木材，甚至纸张，都是适用的基体材料  涂层材料也是多样的，金属、合金、陶瓷、复合材料都可选涂层材料也是多样的，金属、合金、陶瓷、复合材料都可选用用 根据需要选择不同的覆层材料，可以获得耐磨损、耐腐蚀、抗氧化、耐热等方面的一种或数种性能，也可以获得其它特殊性能的涂层这些涂层能够满足各种尖端技术的特殊需要，也能使普通材料制成的零件获得特殊的表面性能，从而成倍地提高零件的使用寿命，或使报废零件得到再生热喷涂技术的特点和优点热喷涂技术的特点和优点2021/8/622热热喷喷涂涂方方法法的的种种类类线材火焰喷涂棒材火焰喷涂粉末火焰喷涂超音速火焰喷涂粉末火焰喷焊大气等离子喷涂真空等离子喷涂保护气氛等离子喷涂水稳等离子喷涂超音速等离子喷涂气体燃烧热源气体放电热源电热热源爆炸热源激光热源电弧喷涂等离子喷涂等离子喷焊电容放电喷焊感应加热喷涂燃气重复爆炸喷涂线材电爆喷涂激光喷涂激光喷焊2021/8/623 利利用用各各种种可可燃燃性性气气体体燃燃烧烧放放出出的的热热进进行行的的热热喷喷涂涂称称为火焰喷涂。

为火焰喷涂 火焰喷涂的历史最悠久，设备最简单，投资最少，目前仍被广泛使用一般情况下，高温下不剧烈氧化，在2760C以下不升华，能在2500以下熔化的材料都可以使用火焰喷涂形成涂层根据火焰特征和喷涂材料的形态又可分为：线材火焰喷涂，棒材火焰喷涂，粉末火焰喷涂，超音速火焰喷涂，粉末火焰喷焊气气体体燃燃烧烧热热源源2021/8/624热热喷喷涂涂方方法法的的种种类类线材火焰喷涂棒材火焰喷涂粉末火焰喷涂超音速火焰喷涂粉末火焰喷焊大气等离子喷涂真空等离子喷涂保护气氛等离子喷涂水稳等离子喷涂超音速等离子喷涂气体燃烧热源气体放电热源电热热源爆炸热源激光热源电弧喷涂等离子喷涂等离子喷焊电容放电喷焊感应加热喷涂燃气重复爆炸喷涂线材电爆喷涂激光喷涂激光喷焊2021/8/625 利利用用各各种种可可燃燃性性气气体体燃燃烧烧放放出出的的热热进进行行的的热热喷喷涂涂称称为火焰喷涂为火焰喷涂 火焰喷涂的历史最悠久，设备最简单，投资最少，目前仍被广泛使用一般情况下，高温下不剧烈氧化，在2760C以下不升华，能在2500以下熔化的材料都可以使用火焰喷涂形成涂层根据火焰特征和喷涂材料的形态又可分为：线材火焰喷涂，棒材火焰喷涂，粉末火焰喷涂，超音速火焰喷涂，粉末火焰喷焊。

气气体体燃燃烧烧热热源源 利用气体导电利用气体导电(或放电或放电)所产生的电弧，把电能转变为热所产生的电弧，把电能转变为热能进行喷涂能进行喷涂优点是电流密度高、能量集中、温度高，是比火焰更理想的喷涂热源电弧被高度压缩则称为等离子弧，其电流密度、能量集中程度、温度及稳定性都优于一般的自由电弧，所以等离子喷涂质量高于电弧喷涂，气气体体放放电电热热源源2021/8/626热热喷喷涂涂方方法法的的种种类类线材火焰喷涂棒材火焰喷涂粉末火焰喷涂超音速火焰喷涂粉末火焰喷焊大气等离子喷涂真空等离子喷涂保护气氛等离子喷涂水稳等离子喷涂超音速等离子喷涂气体燃烧热源气体放电热源电热热源爆炸热源激光热源电弧喷涂等离子喷涂等离子喷焊电容放电喷焊感应加热喷涂燃气重复爆炸喷涂线材电爆喷涂激光喷涂激光喷焊2021/8/627电电热热热热源源高频感应加热喷涂高频感应加热喷涂在高频磁场作用下，金属丝端部内产生涡流，温度升在高频磁场作用下，金属丝端部内产生涡流，温度升高而熔化高而熔化利用压缩空气(或惰性气体)使熔化的金属雾化成微粒，形成喷涂束流，喷射到基体上形成涂层这种方法效率不高，只能喷导磁的金属材料电容放电电容放电：将要喷涂的金属丝置于欲喷涂的容器内，连接电源向电容器充电。

喷涂时将电容器与金属丝接通，电容器储存的能量通过金属电容器储存的能量通过金属丝突然放电，瞬时电流高达数万安培，丝突然放电，瞬时电流高达数万安培，使金属丝爆炸，形成细微的熔粒，喷射到容器内壁形成涂层2021/8/628热热喷喷涂涂方方法法的的种种类类线材火焰喷涂棒材火焰喷涂粉末火焰喷涂超音速火焰喷涂粉末火焰喷焊大气等离子喷涂真空等离子喷涂保护气氛等离子喷涂水稳等离子喷涂超音速等离子喷涂气体燃烧热源气体放电热源电热热源爆炸热源激光热源电弧喷涂等离子喷涂等离子喷焊电容放电喷焊感应加热喷涂燃气重复爆炸喷涂线材电爆喷涂激光喷涂激光喷焊2021/8/629以突然爆发的热能加热熔化喷涂材料并使熔粒加速燃气重复爆炸喷涂：将一定比例的乙炔和氧气的混合气以及喷涂粉末同时送入爆炸喷枪，利用混合气点火爆炸，产生的热能将粉末加热熔化，并喷射到基体表面形成涂层爆爆炸炸喷喷涂涂线爆喷涂：使金属丝突然通过强大的电流，因电热的能量使金属丝爆炸成微粒，粘附在基体表面形成涂层2021/8/630热热喷喷涂涂方方法法的的种种类类线材火焰喷涂棒材火焰喷涂粉末火焰喷涂超音速火焰喷涂粉末火焰喷焊大气等离子喷涂真空等离子喷涂保护气氛等离子喷涂水稳等离子喷涂超音速等离子喷涂气体燃烧热源气体放电热源电热热源爆炸热源激光热源电弧喷涂等离子喷涂等离子喷焊电容放电喷焊感应加热喷涂燃气重复爆炸喷涂线材电爆喷涂激光喷涂激光喷焊2021/8/631激激光光热热源源从激光发生器发出的激光光束，经透镜聚焦，焦点落在喷枪出口的喷嘴近旁。

要喷涂的粉末或线材向焦点位置输送进入焦点的粉末或线材的端部被激进入焦点的粉末或线材的端部被激光光束熔融光光束熔融压缩空气从环状喷嘴喷出，将熔化的材料雾化成细微的颗粒，喷射到基体表面形成涂层2021/8/632热喷涂技术的优点热喷涂技术的优点 (1) 喷涂材料种类很多喷涂材料种类很多， 金属、合金、陶瓷；塑料、尼龙 (2) 可以用于各种基体可以用于各种基体 金属、陶瓷、玻璃、石膏、木材、布、纸等几乎所有固体材料都可以 进行喷涂处理 (3) 喷涂方法多喷涂方法多 因此，选择合适的方法几乎能在任何固体表面上喷涂各种材料，赋予普通材料以特殊的表面性能，使其具有耐磨、耐腐蚀、耐氧化、耐高温、隔热导电、绝缘、密封、减摩、耐辐射、发射电子等不同性能，达到节约贵重材料、提高产品质量和降低生产成本，满足多种工程和尖端技术的需要2021/8/633 (4) 可使基体保持较低温度可使基体保持较低温度，并可控制基体的受热程度，从而 保证基体不变形、不变性 (5) 基体尺寸不受限制基体尺寸不受限制，既可进行大型构件的大面积喷涂，也 可进行工件的局部喷涂。

(6) 涂层厚度可以控制涂层厚度可以控制，从几十微米到几微米，可以根据要求 选择 (7) 工作效率高工作效率高，制取同样厚度的涂层所需时间比电镀低得多热喷涂技术的优点热喷涂技术的优点热喷涂技术的不足热喷涂技术的不足  涂层的结合强度较低，涂层的孔隙率较高  对于喷涂面积小的工件，喷涂沉积效率低，成本较高  喷涂层的均匀性较差，影响涂层质量的因素较多  难以对涂层质量进行非破坏检查2021/8/634 热喷焊技术与热喷涂技术有一定的差别 热喷涂热喷涂是利用热源将喷涂材料加热熔化或软化，依靠热源本身动力或外加的压缩空气流，将熔化的喷涂材料雾化成细粒或推动熔化的粉末粒子，以形成快速运动的粒子流，粒子喷射到基体表面形成表面涂层 热喷焊热喷焊是在喷涂过程的同时或喷涂层形成后，对金属基体和涂层进行加热，使涂层在基体表面熔融熔融的涂层和基体之间产生一定的相互扩散过程，形成类似焊接连接的冶金结合热喷焊2021/8/6355.2 热喷涂1. 概述2. 热喷涂的基础理论 2.1 喷涂层的形成机理 2.2 飞行中的粒子流 2.3 涂层的成分和结构 2.4 涂层的结合机理3. 热喷涂工艺2021/8/636喷涂层的形成机理喷喷涂涂过过程程喷涂喷涂材料材料热源热源喷涂粒喷涂粒子束子束喷涂喷涂层层基体基体加热熔化2021/8/637 喷涂材料的加热熔化阶段喷涂材料的加热熔化阶段在粉末喷涂时，喷涂粉末在热源所产生的高温区被加热到熔化状态或软化状态；材喷涂时，线材的端部进入热源所产生的温度场的高温区时很快被加热熔化，熔化的液体金属以熔滴状存在于线材端部。

2021/8/638喷涂层的形成机理喷喷涂涂过过程程喷涂喷涂材料材料热源热源喷涂粒喷涂粒子束子束喷涂喷涂层层基体基体加热熔化雾化2021/8/639 喷涂材料的加热熔化阶段喷涂材料的加热熔化阶段在粉末喷涂时，喷涂粉末在热源所产生的高温区被加热到熔化状态或软化状态；材喷涂时，线材的端部进入热源所产生的温度场的高温区时很快被加热熔化，熔化的液体金属以熔滴状存在于线材端部 溶滴的雾化阶段溶滴的雾化阶段在粉末喷涂时，被熔化或软化的粉末在外加压缩气流或者热源本身的射流的推动下向前喷射，不发生粉末的破碎细化和雾化过程；材喷涂时，线材端部的熔滴在外加压缩气流或者热源自身射流的作用下，克服表面张力脱离线材端部，并被雾化成细小的熔粒随射流向前喷射2021/8/640喷涂层的形成机理喷喷涂涂过过程程喷涂喷涂材料材料热源热源喷涂粒喷涂粒子束子束喷涂喷涂层层基体基体加热熔化雾化飞行2021/8/641粒子的飞行阶段粒子的飞行阶段离开热源高温区的熔化态或软化态的细小粒子在气流或射流的推动作用下向前喷射，在达到基体表面之前的阶段均属粒子的飞行阶段在飞行过程中，粒子的飞行速度随着粒子离喷嘴距离的增大而发生如下的变化：粒子首先被气流或射流加速，飞行速度从小到大，到达一定距离后飞行速度逐渐变小。

这些具有一定温度和飞行速度的粒子到达基体表面时即进入喷涂阶段2021/8/642喷涂层的形成机理喷喷涂涂过过程程喷涂喷涂材料材料热源热源喷涂粒喷涂粒子束子束喷涂喷涂层层基体基体加热熔化雾化飞行喷涂2021/8/643粒子的喷涂阶段粒子的喷涂阶段到达基体表面的粒子具有一定的温度和速度，粒子的尺寸范围为几十微米到几百微米，速度高达每秒几十到几百米未碰撞前粒子温度为粒子成分所决定的熔点温度在在产产生生碰碰撞撞的的瞬瞬间间，，粒粒子子将将其其动动能能转转化化为为热热能能传传给给基基体体粒粒子子在在碰碰撞撞过过程程中中发发生生变变形形，，成成为为扁扁平平状状粒粒子子，，并并在在基基体体表表面面迅迅速速凝凝固固而而形形成成涂涂层层粒子的飞行阶段粒子的飞行阶段离开热源高温区的熔化态或软化态的细小粒子在气流或射流的推动作用下向前喷射，在达到基体表面之前的阶段均属粒子的飞行阶段在飞行过程中，粒子的飞行速度随着粒子离喷嘴距离的增大而发生如下的变化：粒子首先被气流或射流加速，飞行速度从小到大，到达一定距离后飞行速度逐渐变小这些具有一定温度和飞行速度的粒子到达基体表面时即进入喷涂阶段2021/8/644涂层的形成过程 在基体或已形成的涂层表面不断地发生着粒粒子子的的碰碰撞撞—变变形形—冷冷凝凝收收缩缩的的过过程程，，变变形形的的颗颗粒粒与与基基体体或或涂涂层层之之间间互互相相交交错错而而结合在一起结合在一起。

研究发现，粒子在与基体撞击直到冷凝的过程中，冷却速度极高金属喷涂时为106108C/sec，陶瓷喷涂时为104106C/sec，该过程在10-710-6sec内完成2021/8/645飞行中的粒子流喷喷涂涂过过程程中中粒粒子子的的飞飞行行速速度度与与喷喷涂涂方方法法、、喷喷涂涂材材料料的的密密度和形状、粒子的尺寸、粒子的飞行距离等因素有关度和形状、粒子的尺寸、粒子的飞行距离等因素有关黄铜、钼及锌的线材气体火焰喷涂时，在粒子的飞行距离为100mm处，三种粒子的平均飞行速度分别为120，65，140m/sec 棒材喷涂时粒子的飞行速度远高于粉末喷涂时粒子的飞行速度，并以更高的速度碰撞基体表面 喷涂时雾化所得的粒子尺寸越小，高速气流越易加速，飞行速度越大位于气流中心的粒子飞行速度高于气流外缘的粒子 爆炸喷涂时粒子的飞行速度更大，可高达1000m/sec粒粒子子的的飞飞行行速速度度飞行速度的大小影响粒子与基体表面碰撞时转换能量的大飞行速度的大小影响粒子与基体表面碰撞时转换能量的大小、粒子的变形程度以及结合强度小、粒子的变形程度以及结合强度2021/8/6460 100 200 300 400 500 600180150120 90 60 30 0氧化铝棒材氧化铝粉末离喷涂末端距离(mm)飞行速度(m/sec)0 100 200 300220180140100 60 20铝线材钢线材离喷涂末端距离(mm)粒子飞行速度随距离的变化粒子飞行速度随距离的变化2021/8/647飞行中的粒子流粒粒子子的的温温度度线状喷涂材料线状喷涂材料被加热到熔化或熔融状态，若不考虑粒子与基体碰撞时动能转换为热能所引起的粒子自身温度的升高，那么粒子到达基体时的温那么粒子到达基体时的温度为其熔点。

度为其熔点粉末喷涂材料粉末喷涂材料粉末被热源加热到熔融状态，这个加热依靠粉末表面向内部的热传导来进行，所以粉末的热物理性能和粉末粒度所决定的粉末尺寸影响着加热和飞行中粒子内部的温度高低为了获得高结合强度和高质量的涂层，粉末内部离表面90%的深度处应处于熔融状态2021/8/648 在球状粉末等离子喷涂时，假定粉末粒子离开喷嘴进入等离子弧的瞬间，其表面温度已达到了熔点，并在温度远高于粒子熔点的等离子弧加热，粒子内部温度的高低由粒子尺寸决定 根据下面的公式可以估算，粉末粒子内部离表面粉末粒子内部离表面90%的深度的深度处，达到熔融状态所允许的粉末颗粒的最大直径处，达到熔融状态所允许的粉末颗粒的最大直径：式中：Dmax为粉末颗粒的最大直径(cm)， DT为粉末材料的热扩散系数(cm2/sec)， t 为加热时间(sec)由温度要求确定粉末的最大直径由温度要求确定粉末的最大直径所以，粉末的热特性影响着喷涂时粉末允许的最大直径所以，粉末的热特性影响着喷涂时粉末允许的最大直径2021/8/649等离子喷涂时几种材料粉末的加热特性等离子喷涂时几种材料粉末的加热特性(粉末颗粒在等离子弧中飞行时间为0.1ms)Dmax 越小，表明该材料喷涂越困难。

越小，表明该材料喷涂越困难喷涂时，相同材质的粉末粒度越小，获得的涂层越致密，喷涂时，相同材质的粉末粒度越小，获得的涂层越致密，结合强度越高；粒度增大则使涂层质量下降结合强度越高；粒度增大则使涂层质量下降2021/8/650在一定的喷涂条件下，喷涂粒子的尺寸存在着最小的临界尺最小的临界尺寸寸小于这个尺寸，吹到工件上的气流就会把喷涂粒子卷走，使之无法到达工件表面喷涂粒子的最小尺寸喷涂粒子的最小尺寸粒子质量越小，则其轨迹偏离初始流速直线方向就越多小颗粒被气流卷走小颗粒被气流卷走式中： 为等离子体的粘度系数  为喷涂材料的密度 v 为粒子的飞行速度 l 为送粉喷嘴到焰柱面的距离 k 为系数等离子喷涂时，可以达到工件表面粒子的最小临界直径的估算公式如下：2021/8/651热损失热损失 熔融状态或液态粒子在飞行过程中会因辐射、对流及蒸发过程辐射、对流及蒸发过程而降温例如2500K的熔滴飞行10-2sec后温度下降至2144K，其中蒸发热降温占3.5%，热辐射损失最大熔滴体积越大，温度下降速度越小，涂层与基体的结合越好。

影响粒子温度的因素反应热反应热 在复合材料粉末喷涂时，粒子的温度加热有所不同复复合合粉粉末末是是在在金金属属或或非非金金属属心心材材表表面面上上覆覆盖盖2 3 m的的其其他金属或非金属层他金属或非金属层，如常用的镍包铝粉末 在喷涂过程中镍和铝发生反应，生成镍铝化合物和氧化铝，并产生较多的反应热，使粉末的粒子温度上升 同时粉末粒子还受热源作用加热，从而使粒子达到更高温度，使涂层的结合强度明显提高 所以复合粉末常用于打底涂层的喷涂所以复合粉末常用于打底涂层的喷涂2021/8/652 喷喷涂涂材材料料的的粒粒子子表表面面在在飞飞行行过过程程中中发发生生的的反反应应将将影影响涂层的质量响涂层的质量 在火焰喷涂时，除了燃烧所用气体外，会有进入火焰气氛的空气； 以氩气或氮气保护的等离子喷涂时，也总有少量空气卷入保护气氛中； 在电弧喷涂时，本身利用压缩空气输送喷涂材料 所所以以粒粒子子在在飞飞行行中中会会不不同同程程度度地地与与氧氧、、氮氮发发生生反反应应，，所所生生成成的的氧氧化化物物和和氮氮化化物物不不可可避避免免地地形形成成了了夹夹杂杂，，降降低了涂层质量。

低了涂层质量 但是也可通过调整粒子飞行时的气氛而控制粒子飞行中的表面反应，以获得某些难得的涂层，这方面的研究近几年进行得较多飞行中的粒子流粒粒子子与与空空气气的的反反应应2021/8/653涂层的成分与结构涂涂层层的的成成分分2021/8/654 表中列出了线材火焰喷涂和电弧喷涂前后几个元素质量分数的变化数值， 可以看出，涂层的成分和喷涂材料的成分有所差异由于电弧喷涂时弧柱区温度高，使使粒粒子子表表面面在在飞飞行行中中发发生生强强烈烈的的氧氧化化烧烧损损，，所所以以涂涂层层中中碳碳含含量量 c下下降降很很明明显显，，其其它它元元素的质量分数也有所降低素的质量分数也有所降低 在氩气和氮气保护下的等离子喷涂时，由于保护效果好，空气不易进入电弧区，所以涂层的成分变化小涂层的成分涂层的成分2021/8/655涂层的成分与结构涂涂层层的的结结构构涂涂层层是是由由无无数数变变形形的的粒粒子子互互相相交交错错而而呈呈波波浪浪式式堆堆迭迭在在一一起起的的层层状状组组织织结结构构，，或或者者说说涂涂层层是是由由熔熔融融粒粒子子撞撞击击后的扁平状的变形粒子组成后的扁平状的变形粒子组成。

123 451. 粒子间互 相熔融区2. 氧化膜3. 不完全熔融 粒子4. 气孔5. 基材涂层断面构造示意涂层断面构造示意2021/8/6562021/8/657夹杂夹杂:由于喷涂时飞行中的高温粒子与喷涂工作气体或进入喷涂气氛的空 气发生反应，使熔融粒子的表面不可避免地存在着氧化物夹杂熔合区：熔合区：在部分粒子之间会形成小区域的熔合区，即粒子间的界面消失而形成类似焊合的冶金结合，在粒子间的相互熔合区域不存在氧化膜不完全熔融粒子：在涂层中可能存在因碰撞时未到达完全熔融状态而没有发生变形的圆形粒子气孔气孔：在变形粒子之间还可能存在着孔洞由于喷涂工艺不当还可能引起其它缺陷由于喷涂工艺不当还可能引起其它缺陷涂层结构中的缺陷涂层结构中的缺陷2021/8/658气孔形成的几种类型气孔形成的几种类型(a)(b)(c)(a) 在喷涂过程中，一些熔融粒子在同方向上平行地到达基体表面时因阴影效果而形成气孔b) 扁平状粒子之间不完全堆积会形成气孔c) 在基材待喷涂表面的凹陷处若含有空气或其它气体时也会形成气孔2021/8/659由上述可知，喷涂层是由变形颗粒、氧化物夹杂、未变形颗粒及气孔组成。

涂层的结构特点取决于喷涂热源、材料及工艺等因素选选用用高高温温热热源源(如如激激光光热热源源、、等等离离子子弧弧)、、超超音音速速喷喷涂涂、、以以及及保保护护气气氛氛或或低低压压下下喷喷涂涂，，都都可可以以减减少少涂涂层层中中的的氧氧化化物物夹夹杂杂和和气孔，改善涂层的结构和性能气孔，改善涂层的结构和性能喷喷涂涂层层的的结结构构还还可可以以通通过过重重熔熔处处理理来来改改善善，涂层中的氧化物夹杂和孔隙会在重熔中消除，涂层的层状结构会变成均质结构，与基体的结合强度也会提高改善涂层结构的方法2021/8/660涂层的结合机理机械结合机械结合 被热源升温到熔融状态且被气流加速的快速飞行的喷涂材料粒子与经过粗化处理的基体表面碰撞时，发生变形，成为扁平状，并随基体表面的凸凹不平而起伏，这这些些覆覆盖盖并并紧紧贴贴基基体体表表面面的的液液态薄片，在冷却凝固时收缩咬住凸出点而形成机械结合态薄片，在冷却凝固时收缩咬住凸出点而形成机械结合 机械结合与基体表面的粗糙度有关采用喷砂、粗车、车螺纹或化学腐蚀等方法来粗化基体表面，以提高涂层与基体的机械结合，可以达到提高涂层与基体的结合强度的目的 另外，基体表面粗化使粉末凝固时的收缩应变分布在局部区域，减少了内应力，也有利于提高涂层与基体的结合强度。

扩散结合扩散结合 高速运动的高温状态的喷涂粒子与基体表面碰撞而形成紧密接触时，在变形和高温的同时作用下，基体表面的原子得到足够的能量，涂层材料与涂层材料与基体表面间会发生原子的相互扩散基体表面间会发生原子的相互扩散扩散的结果增加了涂层与基体的结合强度，也会在结合面上形成一层固溶体或金属间化合物层涂涂层层与与基基体体的的结结合合2021/8/661物理结合物理结合当高速运动的高温状态的喷涂粒子与基体表面碰撞后，若二者之间紧接触的程度，使界面两侧原子之间达到原子晶格常数范围时，在涂层与基体间形成范德华力在涂层与基体间形成范德华力(物理结合物理结合)而提高结合强而提高结合强度 基体表面的清洁程度和喷涂粒子的氧化情况都会影响界面两侧原子间距离，从而影响物理结合喷砂能使基体呈现异常清洁的高活性的新鲜金属表面，喷喷砂砂后后立立即即喷喷涂涂可可以以增增强强物物理理结结合程度冶金结合冶金结合 在使用放热型喷涂材料或采用高温热源喷涂时，基体表面某些区域的温度达到基体的熔点，熔熔融融态态的的喷喷涂涂材材料料的的粒粒子子会会与与熔熔化化态态的的基基体体之之间间发生发生“焊合焊合”现象，形成微区冶金结合现象，形成微区冶金结合，从而提高涂层与基体的结合强度。

一般认为在涂层与基体之间机械结合起主要作用，同时，其它几种结合机理也在不同程度地起作用，其程度受粉末的成分、表面状态、温度、热物理性能等因素的影响 涂涂层层与与基基体体的的结结合合2021/8/662涂层的结合机理涂涂层层间间的的结结合合 喷喷涂涂层层内内喷喷涂涂粒粒子子间间的的结结合合以以机机械械结结合合为为主主，，而而扩扩散结合、物理结合、冶金结合等也起一定作用散结合、物理结合、冶金结合等也起一定作用 喷涂粒子在飞行过程中会发生表面反应，所生成的氧化物、氮化物的热膨胀系数会影响涂层间的结合强度这些生成物的热膨胀系数一般小于金属二者相差越大，涂层间结合强度越低2021/8/663获得良好结合性能的方法获得良好结合性能的方法由上面的分析得出： 喷涂粒子尺寸合适，到达基体表面时应保持液态，以保证 粒子与基体的良好接触 喷涂粒子的飞行速度足够大，以使碰撞时产生足够大的 动能 基体表面洁净并具有一定的粗化度，以提高物理结合、扩 散结合和机械结合强度 尽量提高碰撞时的接触温度和高温停留时间，以提高扩散 结合强度和冶金结合强度 防止扁平粒子与基体表面产生残余变形，以防止涂层开裂。

2021/8/6645.2 热喷涂1. 概述2. 热喷涂的基础理论3. 热喷涂工艺 3.1 喷涂方法 3.2 喷涂材料 3.3 热喷涂工艺 3.4 涂层设计 3.5 热喷涂的一些应用事例2021/8/665喷涂方法火火焰焰喷喷涂涂火焰喷涂工艺流程火焰喷涂工艺流程2021/8/666线材火焰喷涂法原理图线材火焰喷涂法原理图 2021/8/667粉末火焰喷涂法原理图粉末火焰喷涂法原理图 2021/8/668爆炸喷涂法原理图爆炸喷涂法原理图2021/8/669超音速喷涂原理图超音速喷涂原理图2021/8/670等离子喷涂原理图等离子喷涂原理图2021/8/671激光喷涂激光喷涂原理图原理图2021/8/672 火焰喷涂是利用气体燃烧火焰的高温将喷涂材料熔化，并火焰喷涂是利用气体燃烧火焰的高温将喷涂材料熔化，并用压缩空气流将它喷射到工件表面上形成覆层用压缩空气流将它喷射到工件表面上形成覆层 喷涂材料可以用金属丝，也可以用粉末 粉粉末末气气体体火火焰焰喷喷涂涂可以获得结合力较高的涂层，可喷涂的材料也较广，而且设备简单便宜，操作方便，容易推广 气气体体燃燃烧烧火火焰焰采采用用氧氧气气作作助助燃燃剂剂，，可可燃燃气气体体最最常常用用的的是是乙乙炔气，炔气，也可以用氢气、城市煤气、工业煤气、丙烷和丁烷。

火火焰焰粉粉末末喷喷枪枪主要由两大部分组成：火焰燃烧系统和粉末供给系统 对火焰燃烧系统的要求是保证火焰燃烧稳定、工作效率大、可调节，且不易回火 对粉末供给系统的要求是抽吸粉末能力强、吸粉量大、送粉装置开关灵活可靠、送粉量能均匀调节 对于手持式喷枪，还要求重量轻，使用操作方便2021/8/673 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15中、小型喷枪典型结构中、小型喷枪典型结构中小型喷枪的结构基本上是在气焊枪上加一套供粉装置中小型喷枪的结构基本上是在气焊枪上加一套供粉装置当送粉阀8不开启时，其作用与普通的气焊枪相同可作喷粉前的预热当火焰将工件预热到一定程度，随即按下送粉阀，粉末就在氧气的抽吸作用下进入枪体，并随混合气一起由喷嘴喷出粉末喷出后被氧—乙炔火焰加热到塑性状态，同时被加速，以高速冲向工件表面而形成喷涂层1. 喷嘴3. 混合气管5. 粉阀体 6. 粉斗8. 粉阀开关10. 乙炔开关11. 氧气开关14. 乙炔接头15. 氧气接头2021/8/674火火焰焰粉粉末末喷喷枪枪2021/8/675粉末火焰喷枪粉末火焰喷枪线材火焰喷枪线材火焰喷枪2021/8/6761110915 14 13 12123456 78大型喷枪内另外设置了送粉气路，由氧气送粉，仍从喷嘴喷出。

为了操作方便，这类枪多做成手枪型1. 粉斗4. 喷嘴6. 乙炔阀9. 乙炔进口10. 氧气进口11. 附加送粉 气 体进口12. 氧气阀一种大型喷枪的外形一种大型喷枪的外形2021/8/677喷涂方法电弧喷涂电弧喷涂电弧喷涂工艺流程电弧喷涂工艺流程喷枪中的两根金属丝分别接电源两极，彼此绝缘，另一端能接触，以产生电弧而熔化2021/8/678喷喷涂涂材材料料为为金金属属丝丝，，用用电电弧弧发发出出的的热热量量将将金金属属丝丝熔熔化化电弧电源可用直流，也可用交流，以直流效果较佳金属丝熔点高时，需要较高的电压压压缩缩空空气气是是输输送送金金属属丝丝的的动动力力，，又又是是将将熔熔化化金金属属雾雾化化并并喷射到工件上的动力喷射到工件上的动力压力通常为0.490.686MPa压缩空气经过干燥净化送入喷枪内，与金属丝等速向前推进至喷枪电电弧弧喷喷涂涂优点优点：构造简单，操作灵活，喷涂材料的利用率高，材料价格低，气源 单一，总的处理成本低缺点缺点：喷涂材料局限于能制成丝的金属和合金材料另外，金属丝导孔 易磨损，金属丝往往由于接触不良而打火，甚至焊住；金属丝导 内锈皮等脏物易卡住而不能顺利送丝。

当电源系统通电后，两金属丝不断产生电弧而熔化压缩空当电源系统通电后，两金属丝不断产生电弧而熔化压缩空气将熔化金属雾化并喷射到工件上，便得到涂层气将熔化金属雾化并喷射到工件上，便得到涂层2021/8/679电弧喷枪电弧喷枪电弧喷涂设备电弧喷涂设备2021/8/680喷涂方法利用等离子弧作热源，熔化粉末喷涂材料，喷射到工件表面上而获得一层具有特殊性能的表面涂层等等离离子子喷喷 涂涂等离子喷涂技术主要优点是：温度高，当使用惰性气体时，能防止在喷涂中材料的氧化；等离子喷涂速度比普通的火焰喷涂高，因此被喷涂的粉末质点能获得较高的速度等离子喷射火焰温度越高，越均匀，喷射速度越快，则喷涂的粉末与基体的粘附力越强，结合力越好由于等离子弧可以达到理想的高温，能瞬间熔化任何材料的粉末，因此可喷涂的材料不受熔点限制，可以喷涂各种金属及其合金、金属陶瓷、陶瓷、自熔性材料以及复合材料等2021/8/681123 4 567891. 进口 2. 冷却水出口 3. 氩气进口 4. 冷却水入口5. 送粉 6. 铜阳极 7. 钨阴极 8. 绝缘体 9. 电极调节等离子喷枪等离子喷枪2021/8/682进行等离子喷涂时，一般采用两种方法来防止材料的氧化。

  在净化过的真空惰性气在净化过的真空惰性气 氛室里进行喷涂氛室里进行喷涂  使用如右图所示的特别使用如右图所示的特别设计的保护性喷嘴，以挡设计的保护性喷嘴，以挡住周围空气，保护等离子住周围空气，保护等离子喷射的火焰喷射的火焰在实际应用中以后者为好1. 冷却水 2. 氩气入口3. 保护盖 4. 试样5. 保护性喷嘴 6. 供粉7. 喷枪保护性喷嘴和保护盖保护性喷嘴和保护盖23456712021/8/683等离子喷涂设备等离子喷涂设备2021/8/684自动化等离子喷涂系统自动化等离子喷涂系统2021/8/685喷涂方法爆爆炸炸喷喷涂涂WC粉 + N2(b) 从另一入口以氮气为载体将喷涂粉末(如44m的碳化钨粉末)送入(a) 将经过严格定量的氧气和乙炔气送入水冷式喷枪(喷枪内径25.4mm，枪口对准工件)O2243C2H2(c) 当粉末在燃烧室浮游时，火花塞点火，使氧—乙炔混合气发生爆炸(d)产生的热和压力波将粉末加热并以极高的速度喷射到工件表面上N22021/8/686爆炸喷涂的优点爆炸喷涂的优点 爆炸气体喷出的速度接近3000m/sec，从而使粉末的速度达700m/sec 以上。

例如在距喷枪口75cm处可达820m/sec，比其它喷涂方法的微粒比其它喷涂方法的微粒速度大得多速度大得多产生的冲击热可使粉末的温度升到4000C在爆炸后瞬间，输入氮气使燃烧气体排出枪身全部过程在极短的时间内完成 由于微粒喷射速度极高，而随着喷射速度增高，涂层气孔率下降，结合力增强，故爆炸喷涂的涂层虽是机械性结合，但其结结合合力力比比其其它它喷喷涂涂层都高，而气孔率都要低层都高，而气孔率都要低 爆爆炸炸喷喷涂涂时时工工件件的的温温度度处处在在200 C以以下下，，因因此此几几乎乎不不发发生生热热变形和内部组织结构的变化变形和内部组织结构的变化不足：不足：躁声很大(140dB)，因此要在隔音室内工作，通过观察窗口监视操作，使设备造价很高2021/8/687爆炸喷涂设备爆炸喷涂设备2021/8/688几种喷涂方法的比较几种喷涂方法的比较2021/8/689喷涂材料线线 材材 喷喷涂涂线线材材主主要要是是各各种种金金属属丝丝及及其其合合金金丝丝，，以以及及复复合合线线材和陶瓷棒材材和陶瓷棒材 金属丝要绕成圈状，丝表面必须光洁、无锈、无油和无折痕 钢丝中的杂质S  0.03%，P  0.03%。

硬度要适中，有色金属丝要选用较高硬度的 金金属属丝丝的的种种类类、、成成分分和和直直径径应应根根据据喷喷涂涂设设备备和和涂涂层层性性能能的的要要求求并并兼兼顾顾成成本本进进行行选选择择通常凡满足上述要求的金属丝都可以采用，也可以采用焊丝 复合型喷涂丝适用于氧—乙炔火焰喷涂，其特点是涂层内氧化物夹杂少，成分均匀，与基体结合力强，容易储存，喷涂操作简便，对环境污染少 用粉末材料获得的涂层性能优于金属丝，而且材料和性能可以在很大范围内选择，适应性很强但喷涂粉末的要求较高，生产工艺复杂，价格贵2021/8/690合合金金粉粉(1) 结合粉结合粉 结结合合粉粉喷喷在在基基体体材材料料和和工工作作层层之之间间，，可可使使两两者者的的结结合合强度提高强度提高它是工作层的底层，故又称为打底粉 结结合合粉粉目目前前多多为为镍镍铝铝复复合合粉粉，其特点是每个粉末颗粒中的镍铝都是单独存在的平时镍和铝不发生反应，喷涂时，当粉末通过火焰受热温度高于600C后，镍和铝之间就会发生强烈的放热化学反应同时，部分铝还会发生氧化，产生更多的热量 这这两两种种放放热热反反应应在在粉粉末末撞撞击击到到工工件件表表面面后后还还能能进进行行一一段段时时间间，，可可使使粉粉末末与与工工件件接接触触处处瞬瞬时时温温度度达达到到900 C以以上上。

在在这这种种高高温温下下，，镍镍就就可可以以扩扩散散到到基基体体材材料料中中去去，，从而形成原子扩散结合从而形成原子扩散结合由于制造方法不同，镍铝复合粉可以分为镍包铝和铝包镍两大类镍包铝粉是较早研制的产品，用镍铬合金代替纯镍作粉末芯核，制成铝包镍铬合金的复合粉末，可使涂层具有更好的耐高温性能和抗氧化性能喷涂材料2021/8/691(2) 工作粉工作粉 组组成成工工作作层层的的粉粉末末应应有有承承担担服服役役条条件件的的能能力力，，同同时时还还要要能能与与结结合合层层可可靠靠地地结结合合作为火焰喷涂常用的工作粉有合金粉、金属包覆粉常用的国产工作粉可分为镍基、钴基、铁基、铜基四大类  钴基合金粉末 钴为基体，添加铬、钨、碳等合金元素形成的钴基合金具有耐腐蚀、耐磨损、抗氧化等特点  镍基合金粉末 镍为基体，加入铬、碳、硼、硅等合金元素形成的合金  铁基合金粉末 以铁为基体，添加硼、碳、硅、铬、镍等合金元素形成的合金铁基合金较为便宜，适用于室温下或温度低于400C而且腐蚀轻微的工作条件，还能满足耐磨性要求  铜基合金粉末 以铜为基体，加入锡、磷等合金元素形成的合金。

这类合金粉末主要用于易加工、摩擦系数小的工件合合金金粉粉喷涂材料2021/8/692热喷涂工艺预处理预处理热喷涂热喷涂后处理后处理清清 洗洗粗粗糙糙化化对对不不喷喷涂涂部部位位的的保保护护表表面面精精加加工工改改善善涂涂层层质质量量2021/8/693热喷涂工艺喷喷涂涂前前的的预预处处理理 (2) 表面粗糙化处理表面粗糙化处理 表面粗糙化处理是热喷涂工艺的一个极为重要的环节 表面粗糙化处理的方法有：车削、磨削、喷砂、点焊、化学处理、喷打底层等方法化学处理很少有实用价值，其它处理方法要根据零件情况和对涂层的要求进行选用   车削车削 当工件为旋转体(如轴类)时，以采用车削加工最为方便既可粗化表面，对修复零件而言又可去掉零件表面疲劳和磨损层，同时还可以增加涂层厚度常用车光面或车螺纹两种方法，它们都能增加基材表面与涂层的结合面积特别是车螺纹，结合面积要比车光面时大40%左右，可增大机械咬合力，对增加结合强度十分有利 经硬化处理而无法车削的工件，或者不能车削的平面等非旋转面和局部小面积等部位，可采用磨削加工 (1) 工件清洗工件清洗 工件在喷涂前都要仔细清洗，去除一切油污、水锈、氧化皮等，使工件表面呈现金属光泽。

2021/8/694热喷涂工艺喷喷涂涂前前的的预预处处理理  喷砂喷砂 喷砂的成本低、效率高，既起净化作用又起粗化作用，同时还能使表面产生一定的残余压应力，对提高喷涂后工件的疲劳强度有利所用的砂粒有：钢砂、钢玉砂(Al2O3)和石英砂(SiO2)等，其中以石英砂最硬，且有一定的尖角，效果最好，但价格较贵钢玉便宜，但硬度较低，不过一般已能满足要求3) 对不需喷涂部位的保护对不需喷涂部位的保护 在对喷涂表面进行仔细准备的同时，还要对不需喷涂的表面进行保护处理，如涂刷专用的保护液，也可涂石灰水，或在表面用油棉纱擦一下工件表面不需喷涂的圆孔、键槽等，可用粉笔堵塞，喷后加工时除去即可2021/8/695热喷涂工艺预处理预处理热喷涂热喷涂后处理后处理清清 洗洗粗粗糙糙化化对对不不喷喷涂涂部部位位的的保保护护表表面面精精加加工工改改善善涂涂层层质质量量关于热喷涂过程、设备，前面已作介绍2021/8/696 (1) 精加工精加工 精精加加工工是是为为了了使使喷喷涂涂零零件件的的尺尺寸寸和和表表面面粗粗糙糙度度达达到到设设计要求   车削加工车削加工 当涂层硬度较低，且加工余量较大时，采用车削。

  磨削加工磨削加工 涂层硬度较高和加工余量较小时宜采用磨削要想获得较好的磨削质量，并有较高的生产率和较低的生产成本，必须选用合适的砂轮和磨削规范，此外还要求磨床有足够的钢度 由于涂层的多孔性，磨削时产生的磨粒会嵌入孔隙，在工件使用过程中，这些磨粒会使工作面受到严重损伤如果喷涂层采用石蜡封孔后处理再精磨，既可以密封孔隙防止磨粒嵌入污染涂层，又可作为切削润滑剂喷喷涂涂后后处处理理热喷涂工艺2021/8/697喷喷涂涂后后处处理理 热喷涂工艺 (2) 改善涂层品质的后处理改善涂层品质的后处理   提高气密性提高气密性 涂层的多孔性对于耐磨性和隔热性是有利的，但对于耐腐蚀性以及强度是不利的 为了提高气密性，需要采取部分或全部堵塞孔隙的特殊处理除车削、磨削和抛光能在不同程度上提高致密度和气密性外，还可采用喷丸、旋光、浸润等方法   提高与基体的结合力提高与基体的结合力 采用高频加热能使钢涂层与基体的结合强度提高1.3倍左右在普通炉中加热至324C保温1小时也能提高3倍，加热到900C保温1小时，提高3.5倍但若再延长加热时间，其效果反而下降。

2021/8/698喷喷涂涂后后处处理理热喷涂工艺   提高抗热性提高抗热性 钢件喷铝(0.20.3mm)后，涂上一层水玻璃，撒上细石英粉，烘干后再涂第二层水玻璃这样23层水玻璃能防止加热时氧化加热到6001000C保温35小时，能使铝扩散到钢中，形成铁铝合金，其表面因氧化而含有Al2O3晶体，能耐900C以上的高温，可以延长高温下的寿命   提高减摩性提高减摩性 在切削加工前于80100C的油中浸润0.51小时，可以提高钢涂层的减摩性，对于有色金属锌、铝、黄铜等涂层可改善其切削加工性能2021/8/699涂层设计涂涂层层设设计计的的指指导导原原则则(1) 在在涂涂层层设设计计前前首首先先要要对对零零件件进进行行失失效效分分析析因为修复或强化一个零件，首先需要了解其早期失效的原因和影响寿命的主要因素，才能判断有无使用喷涂的必要性在分析时，要把零件的工作条件所要求的性能和不同材料、不同工艺所能提供的性能结合起来考虑，才有可能设计出高质量的涂层2) 其次，要综合考虑质量、经济和技术三方面的情况其次，要综合考虑质量、经济和技术三方面的情况  质量的可靠性， 要分析涂层可能产生的破坏形式及破坏后可能引起的后果，在选择材料、设备、工艺及质量控制等方面采取相应的措施。

 经济的可行性， 使用喷涂工艺后，在提高寿命的同时，产品的成本也会增加，故需综合考虑  技术的可能性， 要根据本厂技术水平和具体情况，分析是否能满足喷涂所涉及的各种工艺要求2021/8/6100涂层设计根根据据工工件件的的使使用用条条件件和和失失效效原原因因，，应应选选择择合合适适的的喷喷涂材料，以获得最佳的综合效果涂材料，以获得最佳的综合效果 对结合强度要求不高，且无冲击时，可直接采用工作粉喷涂如果工作条件恶劣，或工件特别重要时，涂层可设计为双层的， 即先喷结合层，再喷工作层 需要特别薄的涂层时，只用结合层也可以获得结合质量高、工作性能好的涂层在生产中，可根据合金粉使用说明书的推荐和生产者的经验进行选择喷喷涂涂材材料料的的选选择择确确定定涂涂层层厚厚度度涂层厚度可按工件允许的极限磨损量加余量来确定涂层厚度可按工件允许的极限磨损量加余量来确定 此余量一般可选0.2mm左右喷涂层厚度一般以不超过1mm为宜，过厚时容易因收缩过大而造成脱壳2021/8/6101基基体体材材料料的的选选用用 有些零件的失效方式主要是表面磨损或腐蚀为了提高其使用寿命，有的设计人员喜欢选用优质合金钢，并采用复杂的热处理技术，以使表面具有较高的硬度和耐磨性。

这种材料设计方法在某些场合下不尽合理 若使用喷涂技术以强化表面的同时，将基体材料改为廉价的普通材料以降低成本，这也是当前最佳的材料设计方法之一但但如如改改用用喷喷涂涂表表面面强强化化方方法法，，就就应应考考虑虑零零件件基基体体材材料料对喷涂的适应性问题对喷涂的适应性问题当然，如属修复性喷涂，就不能改变基体材料了涂层设计技技术术条条件件的的提提出出 在涂层设计的同时，就要提出相应的技术条件，以便工艺和检验部门执行2021/8/6102工工艺艺过过程程设设计计工艺过程设计包括喷涂前的预处理，喷涂和喷涂后的处理应合理安排好各工序的顺序，确定使用的设备、材料、操作方法、工艺参数及注意事项等一般应考虑四个方面的因素：  工艺过程设计  毛坯设计(喷涂特点)  用粉量计算  尺寸变化情况涂层设计C640车床主轴35CrMo，要求硬度为4850HRC，喷涂工艺过程是：预预热热150 C  外外圆圆 144.5mm车车至至 143.7   0.1mm  喷喷结结合合粉粉F505，，单单面面厚厚度度0.1  0.15mm  喷喷工工作作粉粉G102，喷后尺寸，喷后尺寸 145.5   0.1mm。

G102是镍基合金粉，其主要成分为：Fe 5  8 %，Cr 14  17%，B 0.5  1.0%，Si 1.0 2.0%，其余为镍 F505是铝包镍结合粉例2021/8/6103热喷涂的一些应用事例 (1) “探险者”号人造卫星外壳前部，用热喷涂等间隔地制成八条纵向条状氧化铝涂层，涂层占总表面积25%卫星每118分钟绕地球一周要经历一次温度从100  315C的变化，由于氧化铝涂层的隔热性和热辐射性交替地进行热的保持和辐射，使仪器仓内的温度得以保持在10  30C (2) 火箭发动机燃烧室、尾喷管、喷嘴等部件喷涂保护层如阿吉纳B火箭发动机出口燃烧室喷涂氧化铝涂层；冲压式发动机尾喷管喷涂氧化铝或氧化锆；石墨制造的“北极星”导弹第一级的喷嘴喷涂钨涂层，可经受3315C的固体推进剂高速排气的浸蚀，寿命提高100倍以上 (3) 飞机喷气式发动机DC-8上多处需要进行热喷涂用钛制成的压缩机叶片轮觳的轴磨损后，利用爆炸喷涂获得0.08  0.13mm的碳化钨(30%Co作粘接剂)的涂层，经研磨后复原使用此件价值3000美元，而修复费只需200美元 (4) 波音737双涡扇式飞机部分蒙皮采用玻璃纤维强化塑料以提高比强度减轻躁声疲劳和降低制造成本，但由于静电荷的积累而产生放电，以致造成气孔并对通讯产生干扰。

现喷涂铝涂层有效地防止高速雨滴对塑料的水点腐蚀和静电积累，而且颜色也与整体保持一致2021/8/6104 (5) 600液压机所用青铜轴承改用铸铁，轴套内表面机械加工后，车削螺纹、预热、喷涂0.1mm的钼涂层打底，再喷涂青铜涂层，精加工寿命为原轴承的3  4倍，而成本降低35% (6) 英国煤矿粉分离场用的大型鼓风机的叶片，在其机械磨损最剧烈的靠近叶片根部喷涂一层0.08  0.13mm的钼涂层经1500小时运转后，涂层部位几乎看不出磨损；而没有涂层的部分受磨损而变薄矿山、炼钢、化工、水泥等工厂中的高温腐蚀性气体排气鼓风机叶片，喷涂镍铬系自熔性合金后，寿命可达36个月，为原来的4倍 (7) 水下泵套筒外表面受到急剧的腐蚀磨损，喷涂1.0mm(其中加工余量0.4mm)的自熔性合金，比经高频感应加热淬火电镀硬铬的方法寿命提高8  10倍热喷涂的一些应用事例2021/8/6105铁路铁塔喷铝铁路铁塔喷铝2021/8/6106电弧喷涂在电站锅炉水冷壁防护中应用电弧喷涂在电站锅炉水冷壁防护中应用本章完本章完2021/8/6107。