第19教学单元热涂喷技术1-概述.doc

冶金与建筑工程系 教 案第 19 教学单元课 题：热喷涂技术1概述教学目标知识目标1.掌握热喷涂技术的定义及分类2.了解热喷涂技术的产生和发展能力目标能够对热喷涂技术有一个大体的了解职业素质目标爱岗敬业 诚实守信 技能过硬 自主创新教学重点热喷涂技术的定义教学难点辅助教学手段采用实物、标本、模型、图表、幻灯和录像等手段教学准备准备教学目标、准备学生情况、准备教学材料、准备教学心理、准备教学过程、准备教学评价授课班级授课日期月 日月 日月 日月 日月 日教 学 进 程教学方法及时间分配复习提问：堆焊工艺特点及分类？以一种热喷涂技术为载体，采用任务教学法、案例教学法、引导文教学法、现场教学法，通过教师讲解、示范，引导学生学习。2学时导 言：新课内容:一、 热喷涂技术热喷涂技术是表面工程技术的重要组成部分。它是利用电弧、等离子弧或燃烧火焰等将粉未状或丝状的金属或非金属材料加热熔化或软化形成熔滴、并以一定速度射向预处理过的基体表面、形成具有一定结合强度涂层的工艺方法。热喷涂技术也包含喷焊工艺。喷焊是指用热源将喷涂层加热到熔化，使喷涂层的熔融合金与基材金属互溶、扩散，形成类似钎焊的冶金结合，这样所得到的涂层称为喷焊层。热喷涂的目的是提高工件的耐蚀、耐磨、耐高温等性能，亦可用于修复因磨损或加工失误造成尺寸超差的零部件。1. 热喷涂层1.1热喷涂层的形成过程从喷涂材料进入热源到形成涂层，喷涂过程一般经历程四个阶段：首先喷涂材料被加热达到熔化或半熔化状态；紧接着是熔滴雾化阶段；然后是被气流或热源射流推动向前喷射的飞行阶段；最后以一定的动能冲击基体表面，产生强烈碰撞展平成扁平状涂层并瞬间凝固。涂层中颗粒与基体表面之间的结合以及颗粒之间的结合机理目前尚无定论，通常认为有机械结合、冶金-化学结合和物理结合三种。1.2 热喷涂层的结构特点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粒子互相交错呈波浪式堆叠在一起的层状组织结构。涂层的性能具有方向性，垂直和平行涂层方向上的性能是不一致的。 部分孔隙或空洞，其孔隙率一般在420之间。涂层中伴有氧化物和夹杂。涂层经适当处理后，结构会发生变化。如涂层经重熔处理，可消除涂层中氧化物夹杂和孔隙，层状结构变成均质结构，与基体表面的结合状态也发生变化。 2. 热喷涂技术分类热源喷涂方法火焰线材火焰喷涂粉末火焰喷涂高速火焰喷涂爆炸喷涂自由电弧电弧喷涂等离子弧大气等离子弧喷涂(APS)低压等离子弧喷涂(LPPS)水稳等离子弧喷涂3. 各种热喷涂技术的典型特征参数喷涂方法温度/粒子速度/m.s-1结合强度/ MPa气孔率/（ %）喷涂效率/kgh1相对成本火焰喷涂3000408201015261高速火焰喷涂30008001700701100.51523爆炸喷涂4000800701214电弧喷涂500010012251010252等离子弧喷涂1000020040060800.521044. 热喷涂技术特点 可喷涂材料广泛 几乎所有的金属、合金、陶瓷都可以作为喷涂材料,塑料、尼龙等有机高分子材料也可以作为喷涂料。 基体不受限制 在金属、陶瓷器具、玻璃、石膏，甚至布、纸等固体上都可以进行喷涂。 工艺灵活 既可对大型设备进行大面积喷涂，也可对工件的局部进行喷涂；既可喷涂零件，又可对制成后的结构物进行喷涂。室内或露天均可进行喷涂，工序少、功效高，大多数工艺的生产率可达到每小时喷涂数千克喷涂材料。如对同样厚度的膜层,时间比电镀用的少得多。 工件受热温度可控 在喷涂过程中可使基体保持较低温度,基材变形小，一般温度可控制在30200,从而保证基体不变形、不弱化。 涂层厚度容易控制 涂层厚度由几十微米到几毫米，涂层表面光滑，加工余量少。 成本低，经济效益显著。5. 热喷涂技术的产生和发展 1908年瑞士的肖普（schoop）博士首创用雾化装置将低熔点金属熔体喷射在工件表面形成涂层，由此诞生了热喷涂技术。 1913年瑞士制造出世界首台火焰丝材喷枪，并在其后逐渐完善和得到应用。 1920年后，日本人去瑞士考察后，发明了以交流电为热源的电弧热喷涂装置，但因交流电不稳定，效率低，涂层质量差等原因，这种交流电弧热喷涂技术及装置未能得到实际的推广和应用。后来德国改用直流电源后，电弧喷涂才有了真正的实用价值。 1938年，美国研制成功了电弧丝材喷枪，其后又研制出粉末氧乙炔火焰喷枪。 1953年，当时的西德研制出自熔性合金粉，这是热喷涂材料发展的一次重大突破，（是粉末喷涂材料从单一金属向合金材料发展、从低熔点材料向高熔点材料发展、从低耐磨性向高耐磨性发展的里程碑）。 20世纪50年代后期，美国又相继研制出爆炸喷涂和等离子喷涂，满足了当时航空、导弹等尖端技术对涂层性能的需要。 我国的热喷涂技术及工程应用早在上世纪50年代初就开始了丝材的电弧热喷涂，1952年，在淮南电厂田家庵至蚌埠之间264座3.5万伏高压输电钢结构塔上喷涂Zn涂层防腐，至今仍在起着防腐蚀的作用。 20世纪60年代在某些军工部门，主要是航空部门开始研究等离子喷涂。 20世纪70年代由于一些大国对我国的限制，为了满足国防的特殊需求，我国的一些科研单位以研制生产Ni 包Al、Co包WC粉末热喷涂复合材料始，先后生产出品种和型号较为齐全的材料和设备。 20世纪80年代后，我国的热喷涂技术得