热喷涂∶也叫热喷镀.doc

第 4 页第四章 热喷涂第一节 热喷涂热喷涂：也叫热喷镀，采用专用的设备利用热源将金属或非金属材料加热到熔化或半熔化状态，用高速气流将其吹成微小颗粒并喷射到工件的表面形成牢固的覆盖层的加工方法。热喷涂的特点：1、使零件表面获得各种不同的性能，耐磨、耐热、耐腐蚀、抗氧化、润滑等性能。1、 工艺灵活，工件从工件小到10mm的内孔大到大型构件的表面都可以进行喷涂，既可以在室内工作，也可以在野外进行。2、 应用广泛，可以在许多材料表面上进行喷涂，金属、合金、陶瓷、水泥、塑料、石膏、木材。3、 涂层厚度可以控制，从几十微米到几厘米。4、 可喷涂的材料多，金属、合金、金属陶瓷、氧化物、碳化物、塑料以及它们的复合材料。5、 生成效率高，每小时可喷涂数千克喷涂材料。6、 工件受热温度在250度以下，不会发生畸变或改变淬火组织。热喷涂的方法：热喷涂的方法很多，有十几种根据所用的热源来分类： 火焰喷涂、电弧喷涂、高频喷涂、等离子喷涂、爆炸喷涂、激光喷涂、电子束喷涂等按涂层加热和结合方式分：喷涂：涂层与基体形成机械结合，基体不需熔化。喷熔：涂层经再加热重熔，涂层与基体互溶并扩散形成冶金结合。第二节 热喷涂基本原理一、 涂层形成过程与涂层形成原理涂层形成分四个阶段1、 喷涂材料被加热达到熔化或半熔化状态。2、 熔化的喷涂材料被雾化，喷度材料熔化后，在高速气流的作用下，熔滴被击碎成小颗粒形成雾状。3、 细小的雾状颗粒在气流的推动下向前飞行，颗粒获得一定的动能。4、 颗粒冲击基体表面发生碰撞、变形、凝固和堆积。二、涂层的结构喷涂层的形成过程决定了涂层的结构。喷涂层是由无数变形离子互相交错呈波浪式堆叠在一起的层状组织结构。颗粒与颗粒之间存在一定的孔隙和空洞，孔隙率在4%到20%之间。涂层中伴有氧化物和杂质。采用等离子等高温热源、超音速喷涂以及低压或保护气氛喷涂，可以减少缺陷，改善涂层结构和性能。由于涂层本身的结构特征，所以其性能具有一定的方向性，垂直和平行涂层方向上的性能是不一致的。涂层经过适当处理，结构也会发生变化。如涂层经重熔处理，可消除氧化物杂质和孔隙，层状结构变为均质结构，与基体表面的结合状态也发生变化。三、涂层的结合机理涂层与金属表面的结合，结合强度称为结合力。涂层内部的结合，结合强度称为内聚力。结合的方式有以下几种机械结合：细小颗粒冲击基体表面时，被撞成扁平状并随基体表面起伏的颗粒，由于的凹凸不平的表面互相嵌合，形成机械粘着。熔体对固体的粘附力，可以按下面的公式计算A=L-S(1+cos)A粘附力L-S熔体与基体分界面上的表面张力基体表面的润湿角接触角越小（液体对固体表面的润湿程度越大）,液体与固体的吸引力越大，界面的结合强度就越大。化学冶金结合：熔体向基体内扩散过程中形成固溶体或金属间化合物而产生的结合。物理结合：颗粒对基体表面的结合，是由范德华力或次价键形成的结合。一般来说，涂层与基体表面的结合以机械结合为主。第二节 热喷涂预处理预处理的目的：为提高基体与涂层表面的结合强度，在热喷涂前要对基体表面进行预处理，使工件表面有一定的洁净度、粗糙度，才能获得高结合强度的涂层。热喷涂预处理是喷涂工艺当中一个道非常重要的工序。主要包括：1、基体表面的清洗、脱脂主要方法有：碱洗法、溶剂洗涤法、蒸汽清洗法对于疏松的表面，有一些油脂不在工件的表面，而是在工件表面的微孔内，在喷涂时，会因基体表面温度的升高，渗透到基体表面，对涂层与基体的结合产生不利的影响。所以对那些疏松的基体表面，经过清洗、脱脂后，还要再将表面加热到250度，将油脂渗透到基体表面，再加以清洗。2、基体表面氧化膜的处理也就是基体表面除绣，可以用机械方法或酸洗法3、基体表面的粗化处理增大基体表面的粗糙度，能提高涂层与基体表面的机械结合强度，再喷涂前要对进行粗糙化处理。主要方法有喷砂（喷砂机）、机械加工（切削、磨削）、化学腐蚀（晶粒上各个晶面的腐蚀速度不同，形成粗糙表面）、电弧法(再电弧的作用下，使电极材料与基体表面局部熔合，产生粗糙的表面)4、基体表面的预热可以降低基体与涂层的温度差，降低涂层的内应力，防止涂层因内应力增大而发生开裂、脱落。还可以去除工件表面的水分。预热温度不易太高，太高会引起基体表面氧化。一般再200300度之间。第三节 热喷涂材料热喷涂的材料按形状可以分为线材、棒材、粉末。按材料的组成成分可分为金属、合金、自熔性合金、复合材料、陶瓷、塑料等。一、热喷涂线材1、碳钢及低合金钢丝，常用的有85碳素结构钢丝、T85碳素工具钢丝。2、不绣钢丝3、铝丝4、锌丝5、钼丝6、锡、锡合金丝7、镍、镍合金丝8、铅、铅合金丝9、铜、铜合金丝10、复合喷涂丝二、热喷涂粉末1、金属及金属合金粉末2、陶瓷粉末3、复合材料粉末4、塑料第四节 热喷涂工艺一、气体火焰线材喷镀以氧乙炔火焰作为热源，把喷度的线材或棒材以一定的方式送到火焰区加热熔化，借助压缩空气使其雾化成颗粒，喷射到基体表面形成涂层。这种喷涂设备简单，成本低，手工操作灵活方便，应用于曲轴，柱塞等设备中；缺点是喷出的熔滴大小不均匀，导致涂层不均匀和孔隙大等缺陷。二、气体火焰粉末喷镀以氧乙炔焰为热源，借助高速气流将喷涂粉末吸入或火焰区，加热到熔融或高塑性状态，喷射到粗糙的工件表面形成涂层。其工艺过程为表面前处理（工件要预热到100200度）喷涂打底层粉末（厚0.10.15mm）喷涂工作层粉末涂层加工三、电弧线材喷镀在喷嘴端部成一定的角度（3060）的连续送进的两根金属丝分别与直流电的正负极相连，在金属丝的端部短接的瞬间，由于高电流密度，使两根金属丝间产生电弧，将两根金属丝端部同时熔化，在电源作用下，维持电弧稳定燃烧；在电弧发射点的背后由喷嘴喷射出的高速压缩空气使熔化的金属脱离金属丝并雾化成颗粒，在高速气流作用下喷射到基体表面形成涂层。电弧喷涂时，金属丝的短路仅发生在开始的瞬间，而喷涂过程中发生的使在电弧作用下金属丝端部频繁地产生熔化脱离雾化的过程。这一过程中，极间距离不断变化，电弧电流也随之波动，自动维持金属丝的熔化速度，即由于电流的自调节特性，电弧电源亦随送丝的速度 的增加而增加。与火焰喷涂相比具有如下优点：（1）热效率高，6070。（2）生成效率高，电弧喷涂时两根丝同时给进，所以喷涂效率高，电弧喷涂的速度是火焰喷涂的三倍以上。（2） 喷涂成本低，（3） 涂层结合强度高，（4） 可以制备假合金涂层，只需利用两根成分不同的金属丝便可制备假合金涂层，获得一些特殊的功能。四、等离子喷镀将一定量的粉末注入喷抢的同时，引入一定量的氧乙炔混合气体，将混合气体点燃引爆产生高温（3300度）使粉末加热到高塑性或熔融状态，以高速射向工件表面，形成高强度、高密度的涂层。原理如图(2.137)五、爆炸喷涂 爆炸喷涂是氧乙炔喷涂技术中最复杂的一种方法。他是将一定量的粉