热喷涂技术及应用ppt.ppt

1 热喷涂技术及应用 2011 11 2 热喷涂是利用热源将喷涂材料加热到熔化或半熔化状态 借助于焰流或外加的推力将熔滴雾化或推动熔粒成喷射的粒束 以一定速度喷射到经过制备的基体表面形成某种功能的涂层 什么是热喷涂 3 ParticleorDropletgeneration AcceleratingHeating Splatformation Impact flatteningSolidification 热喷涂原理 4 典型热喷涂系统 5 涂层结构 6 单个粒子表面形貌 530oC 740oC 涂层断面形貌 层状结构 7 热喷涂分类 线材火焰喷涂 棒材火焰喷涂气体燃烧火焰法粉末火焰喷涂 爆炸喷涂超音速火焰喷涂 粉末火焰喷熔电弧喷涂大气等离子喷涂热真空等离子喷涂喷气体放电法等离子喷涂保护气体等离子喷涂涂水稳等离子喷涂超音速等离子喷涂等离子喷熔电热法 高频喷涂 线材电爆喷涂激光热源 激光喷涂 激光喷熔 8 几种主要热喷涂方法和设备 9 粉末火焰喷涂喷枪通过气阀分别引入燃料气 主要采用乙炔 和氧气 经混合后从喷咀喷出 产生燃烧火焰 合金粉末在高速氧气流的带动下由喷嘴射 出 穿过燃烧火焰时被加热到熔化或半熔化状态 并高速撞击在已预处理的基体表面上 沉积为喷涂层 粉末火焰喷涂原理示意图1 氧 乙炔混合气 2 送粉气 3 喷涂粉末 4 喷嘴 5 火焰 6 涂层 7 基体 10 火焰喷涂特点及应用 特点 a 设备简单 轻便 初投资少 操作工艺简单 现场施工方便 b 适于机械零部件的局部修复和强化 成本低 耗时少 效益高 c 可以喷涂纯金属粉 合金 陶瓷 金属陶瓷和复合粉末等多种材料 d 涂层孔隙率较高 涂层结合强度10 30MPa 应用 粉末火焰喷涂广泛用于机械部件和化工容器 辊筒表面制备耐蚀 耐磨涂层 对喷枪喷咀部分作适当变动后 可用于喷涂塑料粉末 11 等离子喷涂 在阴极和阳极 喷嘴 之间产生一直流电弧 该电弧把导入的工作气体加热电离成高温等离子体并从喷嘴喷出形成等离子焰 粉末由送粉气体送入等离子射流后被熔化 加速 喷射到以预处理的基体材料表面形成涂层 等离子喷涂原理示意图1 喷涂粉末 2 工作气 3 阴极 4 阳极 5 等离子射流 6 基体 7 喷涂层 12 APS设备组成 13 APS涂层特点及应用 特点 a 喷涂材料范围广 制备难熔金属 陶瓷 金属陶瓷复合材料涂层及其它特殊功能涂层 b 等离子弧温度高 能量集中 焰流速度高涂层结合强度高 可达35 70MPa 气孔率可控制到2 5 c 惰性气体等离子射流有保护气氛 加氢的射流有还原气氛 避免或减少了喷涂粒子的氧化 应用 制备质量要求高的耐蚀 耐磨 隔热 绝缘 抗高温和特殊功能涂层 14 电弧喷涂是将两根被喷涂的金属丝作为自耗性电极 利用其端面产生的电弧作热源来熔化金属丝材 用压缩空气进行雾化的热喷涂方法 电弧喷涂原理示意图1 直流电源 2 金属丝 3 送丝滚轮 4 导电块 5 导电嘴 6 空气喷嘴 7 电弧 8 喷涂射流 9 涂层 10 基体 电弧喷涂 15 电弧喷涂设备 16 1 钢铁构件上制备Zn Al长效防护涂层 2 在钢铁件上喷涂不锈钢或其它耐磨金属 用于耐磨蚀防护 3 喷涂碳钢 铬钢 青铜 巴氏合金等材料 用于修复零件已磨损或尺寸超差的部位 4 在电容器上喷涂导电涂层 在塑料制品上喷涂屏蔽涂层等 电弧喷涂典型应用 17 爆炸喷涂 将一定比例和流量的乙炔和氧气引入内径为25mm的水冷枪筒内 与同时引入的喷涂粉末混合 通过火花塞瞬间引爆 枪筒内的温度突然上升到3300 以上 气体燃烧的速度超过音速的十倍 形成冲击波 爆炸的热能将喷涂粉末加热到熔融或半熔融状态 并使熔粒加速到2倍音速喷出 撞击到基体表面形成涂层 此后将氮气引入枪筒内置换 直到下一个爆炸过程开始 喷涂频率可达每秒4 8次 18 爆炸喷涂原理示意图1 氮气 2 粉末 3 火花塞 4 喷涂射流 5 涂层 6 基体 7 氧气 8 乙炔 19 爆炸喷涂设备 20 涂层结合强度高 它与基材的结合力比等离子喷涂高 尤其是WC Co涂层比等离子喷涂高2倍以上 涂层硬度高 喷涂WC Co涂层的断面硬度比等离子喷涂高50 以上 气孔率低 喷涂WC Co涂层气孔率一般只有0 5 目前爆炸喷涂主要用于制备优质耐磨涂层 爆炸喷涂特点及应用 2020 3 17 21 可编辑 22 燃料气体 氢气 丙烷 丙烯或MAPP 和助燃剂 O2 以一定的比例导入燃烧室内混合 爆炸式燃烧 高温燃气经燃烧室上部燃烧头内的四根倾斜喷管进入铜喷咀 粉末由送粉气 Ar或N2 定量沿燃烧头内碳化钨中心套管送入高温燃气中 由高温高速燃气带出喷咀 高速喷射到工件上形成涂层 整个喷枪由循环水冷却 超音速火焰喷涂 23 Jet Kote超音速粉末火焰枪原理图1 粉末及送粉气 2 冷却水 3 冷却水 4 氧气 5 燃料气 24 超音速火焰喷涂设备 25 火焰及喷涂粒子速度极高 燃气流速可达1500 2000m s 粉粒撞击到工件表面的速度为550 800m s 粉粒在火焰中加热时间长 喷涂粉末以中心轴式方法供给 这种供粉方式使粉末在火焰中停留时间长 能均匀地受热熔融 产生集中的喷射束流 熔粒与周围大气接触时间短 这可避免碳化物材料分解和脱碳 喷涂粉末细微 涂层光滑 粉末粒度为5 45 m 可获得表面光滑的涂层 涂层致密 结合强度高 涂层的孔隙率可小于0 1 结合力可大于100N mm2 气体耗量大 喷涂噪声大 目前喷枪所消耗的气体远大于一般火焰喷涂 被广泛使用来制备碳化物 WC Co NiCr Cr3C2 涂层和耐蚀涂层 特点及应用 26 热喷涂的应用范围 航天航空 机械 电子 冶金 能源 交通 石油 化工 食品 轻纺等 并在高新技术领域也得到了应用 27 1 抗腐蚀 氧化涂层1 抗化学腐蚀涂层 涂层材料主要有Ni NiCr NiAl Al2O3 TiO2 Y2O3 Ta Mo 塑性等 2 抗大气 电化学腐蚀涂层 涂层材料主要有 Al Zn AlZn 青铜 不锈钢 蒙乃尔合金 镍基合金 3 抗氧化涂层 涂层材料主要有 NiCr MCrAlY M为Ni Co或Fe Mo 镍基合金和铝化物等 涂层应用分类 28 2 抗磨损涂层 抗滑动磨损 磨料磨损 冲蚀磨损 微动磨损 气蚀磨损等 其涂层材料主要有 Al2O3 TiO2 Cr2O3 WC Co TiC NiCr 高碳钢 不锈钢 NiCrBSi CoCrW Cr3C2 NiCr Mo等 3 热障涂层 热喷涂材料主要有ZrO2 Y2O3 ZrO2 MgO ZrO2 CeO2 MCrAlY NiAl等 4 可磨密封涂层 涂层材料主要有Al 聚酯 Ni 石墨 NiCr Al2O3 NiCr TiC NiCr SiC ZrO2等 29 修复 装饰涂层涂层材料主要有Ni Al Cu 铝青铜 不锈钢 碳钢 NiAl NiCr Mo等 6 电 磁 光涂层 电 磁 光涂层包括绝缘涂层 导电涂层 半导体与超导体涂层 压电涂层 电致伸缩涂层 辐射 吸收及反射涂层 光 电涂层等 7 特殊功能涂层 生物种植 梯度功能材料 复合材料制造 防滑表面和模具制造中 30 热喷涂的应用实例 31 石油行业 防护区域 杆表面 油泵等 工作状态 介质腐蚀 磨粒磨损等 解决方法 火焰喷焊 超音速喷涂 电弧喷涂 涂层材料 镍基合金 金属陶瓷粉末 蒙乃尔合金粉等 技术规范 涂层厚度0 4 1 0mm 钻井抽油装置耐磨抗腐蚀喷涂 32 发电系统 防护区域 锅炉四管 水冷壁管 过热器管 再热器管和省煤器管 风机叶轮 风机轴承 风机轮毂等 工作状态 高温腐蚀 高速磨粒磨损 海水侵蚀等 解决方法 喷涂耐磨耐蚀涂层 涂层材料 复合芯丝 金属陶瓷 高耐蚀合金 喷涂工艺 电弧喷涂 超音速喷涂 喷焊 使用效果 提高耐蚀耐磨寿命3 8倍 电厂锅炉四璧抗磨损腐蚀 风能发电机组防腐喷涂 混流式水轮机 33 航空 防护区域 高温燃气接触部位 工作状态 物料磨损 介质腐蚀等 解决方法 等离子喷涂 超音速喷涂 涂层材料 陶瓷 金属陶瓷 高温合金 34 印刷行业 防护区域 辊 烘缸 储料槽 工作状态 物料磨损 介质腐蚀 解决方法 超音速喷涂WC CoCr涂层 火焰喷涂金属钼涂层 电弧喷涂耐蚀合金 印刷设备辊筒耐磨防腐喷涂 35 钢结构防腐 东方明珠电视塔钢结构天线喷铝 东海大桥桥墩支架喷铝 三峡永久闸门喷锌 桥梁防腐及维护 36 钢铁冶金行业 瓦楞辊 炉辊喷涂 37 涂层功能 恢复尺寸 耐磨涂层材料 Ni Fe Co基基合金工艺方法 火焰喷涂 电弧喷涂 等离子弧喷涂 超音速火焰喷涂 机械轴类零件 38 耐磨衬套 涂层功能 恢复尺寸 耐腐蚀涂层材料 Ni基合金 马氏体不锈钢工艺方法 火焰喷涂 电弧喷涂 超音速火焰喷涂 39 热喷涂特点1 喷涂材料的选择范围广泛 它几乎包括所有的固体材料 如金属及其合金 各种陶瓷及金属陶瓷 塑料和各种类型的复合材料等 2 选择合适的工艺方法几乎能在任何固体材料表面上进行喷涂 3 一般不受施工场所的限制 既可以在室内喷涂 又可以现场施工 4 一般不受工件尺寸及形状限制 既可对大型构件进行大面积喷涂 也可以对工件进行局部喷涂 5 涂层厚度可以在几十微米到几毫米范围内控制 因此可作薄涂层或厚涂层使用 40 6 除喷熔外 热喷涂工艺对基体材料热影响较小 并且可以进行控制 它不会影响基体金属的金相组织和机械性能 7 能使涂层具有耐磨 耐蚀 耐氧化 耐高温 隔