热喷涂、喷焊与堆焊技术

1、6 6 热喷涂、喷焊与堆焊技术热喷涂、喷焊与堆焊技术教学目的和要求教学目的和要求 学习热喷涂、喷焊与堆焊技术的工艺流程，主要工艺方法学习热喷涂、喷焊与堆焊技术的工艺流程，主要工艺方法及其基本原理与主要特点；热喷涂层的组织特征及涂层应力及其基本原理与主要特点；热喷涂层的组织特征及涂层应力特点。特点。 重点：热喷涂技术的技术原理与特点、工艺流程、涂层重点：热喷涂技术的技术原理与特点、工艺流程、涂层形成过程、喷涂层的组织特征及涂层应力特点。形成过程、喷涂层的组织特征及涂层应力特点。前言前言n热喷涂、喷焊、堆焊技术都是利用热喷涂、喷焊、堆焊技术都是利用热能热能(如氧如氧-乙炔火焰、电弧、等乙炔火焰、电

2、弧、等离子火焰等离子火焰等)将具有将具有特殊性能特殊性能的涂层材料的涂层材料熔化熔化后后涂敷涂敷在工件上形成涂在工件上形成涂层的技术。层的技术。n重要特点：可以制备比较厚的涂层重要特点：可以制备比较厚的涂层(0.1-10mm)。n主要应用：制造复合层主要应用：制造复合层 零件修复零件修复6.1 热喷涂技术热喷涂技术一、热喷涂技术原理与特点一、热喷涂技术原理与特点1.热喷涂原理热喷涂原理n定义：采用各种热源使涂层材料加热定义：采用各种热源使涂层材料加热熔化熔化或或半熔化半熔化，然后用高速，然后用高速气体使涂层材料气体使涂层材料分散细化分散细化并并高速撞击高速撞击到基体表面形成涂层的工艺到基体表面

3、形成涂层的工艺过程。过程。n分类：分类： 各喷涂方法的焰流温度和粒子速度不同。2. 热喷涂技术的特点热喷涂技术的特点n涂层及基体材质广泛涂层及基体材质广泛n基体温度低基体温度低n操作灵活操作灵活n喷涂效率高喷涂效率高、涂层厚度范围宽、涂层厚度范围宽n(不足不足)热效率低、材料利用率低、涂层与基体结合强度较低。热效率低、材料利用率低、涂层与基体结合强度较低。(三低三低)3. 涂层材料涂层材料n有较宽的液相区，在喷涂温度下不易分解或挥发；有较宽的液相区，在喷涂温度下不易分解或挥发；n必须是线材或粉末材料必须是线材或粉末材料 热喷涂材料按材料的形态分线材、棒材和粉末三大类。热喷涂线材和棒材分类 类别

4、 分 类 品 种 金属 线材 有色金属 (1)纯金属：Zn、A1、Cu、Ni、Mo (2)合金：Zn-A1，Pb-Sn、Cu 合金、巴氏合金、Ni 合金 普通钢及 低合金钢 碳钢、低合金钢 高合金钢 不锈钢、耐热钢 棒材 陶瓷棒材 A12O3，TiO2，Cr2O3、ZrO2、A12O3+MgO、A12O3+SiO2 复合 线材 金属包金属 铝包镍、镍包合金 金属包陶瓷 金属包碳化物、金属包氧化物 塑料包覆 塑料包金属、塑料包陶瓷 （1）热稳定性好，在高温焰流中不升华，不分解(复合粉末）。（2） 有较宽的液相区，使熔滴在较长时间内保持液相。（3）与基材有相近的热膨胀系数，以防止因膨胀系数相差过大

5、产生较大的热应力。（4） 喷涂材料在熔融状态下应和基材有较好的浸润性，以保证涂层与基材之间有良好的结合性能。热喷涂材料的要求热喷涂材料的要求（1） 要把实用性、工艺性和经济性结合起来考虑，尽量选择合理的喷涂材料。（2） 对于重要的部件以获得最优涂层性能为准则；不十分重要的部件则以获得最大的经济效益为准则。（3） 根据工件的工作环境选择合适的工作涂层。（4） 为满足喷涂工件的使用要求，可采用复合涂层和梯度涂层。热喷涂材料的选材原则热喷涂材料的选材原则4. 涂层形成过程涂层形成过程 涂层材料经涂层材料经加热熔化加热熔化和和加速加速撞击基体撞击基体冷却冷却凝固凝固形成涂层形成涂层（1） 喷涂材料被加

6、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，撞击基体的颗粒动能越大和冲击变形越大，形成的涂层结合越好。（3） 熔融的高速粒子在冲击基材表面后发生变形，冷凝后形成涂层。涂层形成过程涂层形成过程5. 涂层结构涂层结构n组成：组成： 由大小不一的扁平颗粒、未熔化的球形颗粒、夹杂和孔隙组成。由大小不一的扁平颗粒、未熔化的球形颗粒、夹杂和孔隙组成。 n孔隙产生原因：孔隙产生原因： 未熔化颗粒的低冲击动能；未熔化颗粒的低冲击动能； 喷涂角度不同时造成的喷涂角度不同时造成的遮蔽效应遮蔽效应； 凝固收缩和应力释放效应。凝固收缩和应力释放效应。n孔隙的影响：孔隙的影响： ( (不利不利)

7、)将损坏涂层的耐腐蚀性能，增加涂层表面加工后的粗糙度，降低涂层的结将损坏涂层的耐腐蚀性能，增加涂层表面加工后的粗糙度，降低涂层的结合强度、硬度、耐磨性。合强度、硬度、耐磨性。 ( (有利有利) )孔隙可以储存润滑剂，提高涂层的隔热性能，减小内应力并因此增加涂层孔隙可以储存润滑剂，提高涂层的隔热性能，减小内应力并因此增加涂层厚度，以及提高涂层抗热震性能。此外，孔隙还有助于提高涂层的可磨耗性能，特别厚度，以及提高涂层抗热震性能。此外，孔隙还有助于提高涂层的可磨耗性能，特别适用于可磨耗封严涂层中。适用于可磨耗封严涂层中。热喷涂涂层结构示意图热喷涂涂层结构示意图1-涂层涂层;2-氧化物夹杂氧化物夹杂;

8、3-孔隙或空洞孔隙或空洞;4-颗粒间颗粒间的粘接的粘接;5-变形颗粒变形颗粒;6-基体粗糙度基体粗糙度;7-涂层与涂层与基体结合面基体结合面 6. 热喷涂中的相变热喷涂中的相变 高冷速高冷速亚稳相亚稳相使用时相变或分解使用时相变或分解相变应力相变应力7. 涂层应力涂层应力n喷涂完成后，在喷涂完成后，在涂层涂层内部会产生残余内部会产生残余张张应力而在应力而在基体基体表面产生表面产生压压应力。其大小与涂层厚度成正比。应力。其大小与涂层厚度成正比。n薄涂层一般比厚涂层更加经久耐用。薄涂层一般比厚涂层更加经久耐用。n涂层结构和喷涂方法影响涂层的应力水平。涂层结构和喷涂方法影响涂层的应力水平。 残余应力

9、限制了涂层的厚度。减少涂层残余应力措施：（1） 调整喷涂工艺参数；（2）致密涂层的残余应力要比疏松涂层大；（3） 采用梯度过渡层缓和涂层内应力。8. 涂层的结合强度涂层的结合强度n结合强度较差。结合强度较差。n结合机理：结合机理： 机械结合机械结合(抛锚作用抛锚作用)：机械咬合：机械咬合 微冶金结合：局部扩散和焊合微冶金结合：局部扩散和焊合结合强度只相当于母体材料的结合强度只相当于母体材料的530%（1090MPa）。）。9. 热喷涂工艺流程和质量控制热喷涂工艺流程和质量控制n工艺流程：基体表面预处理、热喷涂、后处理、精加工等过程。工艺流程：基体表面预处理、热喷涂、后处理、精加工等过程。n清洗

10、与粗化是两个非常重要工艺步骤，直接影响涂层的结合质量。清洗与粗化是两个非常重要工艺步骤，直接影响涂层的结合质量。n粗化表面可使涂层与基体之间、涂层颗粒之间的结合得到强化：粗化表面可使涂层与基体之间、涂层颗粒之间的结合得到强化：提供表面压应力；提供表面压应力；提供涂层颗粒互锁的结构；提供涂层颗粒互锁的结构；增大结合面积；增大结合面积；净化表面。净化表面。n粗化处理一般采用喷砂加粘结底层的办法。粗化处理一般采用喷砂加粘结底层的办法。 n粘结底层：能够在很宽的条件下喷涂并粘粘结底层：能够在很宽的条件下喷涂并粘结在清洁、光滑的表面上的涂层，且其表结在清洁、光滑的表面上的涂层，且其表面粗糙度适中，对随后

11、喷涂的其它涂层有面粗糙度适中，对随后喷涂的其它涂层有良好的粘结作用。良好的粘结作用。n粘结底层适用于太粘结底层适用于太薄薄或太或太硬硬的基体材料。的基体材料。n采用喷砂加粘结底层的粗化处理方法，可采用喷砂加粘结底层的粗化处理方法，可明显提高结合强度。明显提高结合强度。n喷涂喷涂质量控制：质量控制： 热能的产生热能的产生 热能与喷涂材料交互作用热能与喷涂材料交互作用 颗粒与基体交互作用颗粒与基体交互作用（1） 净化处理：清除表面污垢。（2） 粗化处理：提高涂层与基体之间的结合牢度。 基材表面预处理基材表面预处理 粗化处理可提高涂层结合强度的理由是：1） 提供表面压应力；2） 提供与涂层颗粒互锁机

12、会；3） 增大结合面积；4） 净化表面。 1） 表面喷砂，使其粗糙度为Ra3.212.5m；粗化处理的方法粗化处理的方法表 61 达到所要求粗糙度的喷砂条件 磨料粒度 /目 磨料材质 喷砂压力 /kPa 喷嘴孔径 /mm 设备类型 基体材质 粗糙度 /m 24 60 80 氧化铝 氧化铝 碳化硅 氧化铝 414 414 414 7.9 7.9 7.9 压力式 虹吸式 压力式 钢 不锈钢 塑料 12.5 6.3 6.3 2） 开槽；粘结底层材料及最高使用温度 涂层（质量分数） 温度/ 钼 80Ni20Al 95Ni5Al 80Ni20Cr 94Ni6A1 Ni(Co)CrY 315 620 10

13、10 1260 980 1316 4） 喷涂粘结底层。3） 电火花拉毛；n涂层的后处理包括封孔处理和致密化处理。涂层的后处理包括封孔处理和致密化处理。n多孔隙是热喷涂层的固有缺陷多孔隙是热喷涂层的固有缺陷(孔隙度可大于孔隙度可大于15%)。n封孔处理的作用：封孔处理的作用：防止或阻止涂层界面处的腐蚀；防止或阻止涂层界面处的腐蚀；延长铝和锌防护涂层的寿命；延长铝和锌防护涂层的寿命；在某些机械部件中防止液体和压力的密封泄露；在某些机械部件中防止液体和压力的密封泄露；防止污染或研磨碎屑碎片进入涂层；防止污染或研磨碎屑碎片进入涂层；保持陶瓷涂层的绝缘强度。保持陶瓷涂层的绝缘强度。封孔处理是在喷涂之后、

14、机加工之前进行。n致密化处理的方法及技术：致密化处理的方法及技术：1.重熔致密化处理：火焰重熔，炉内重熔，感应重熔，激光束重熔，重熔致密化处理：火焰重熔，炉内重熔，感应重熔，激光束重熔，电子束重熔等；电子束重熔等；2.高温致密化合金化处理：热等静压，热扩散，高温烧结等；高温致密化合金化处理：热等静压，热扩散，高温烧结等；3.复合工艺处理：喷涂电镀工艺，喷涂复合工艺处理：喷涂电镀工艺，喷涂轧制工艺等。轧制工艺等。 n机加工对热喷涂层是必要的，也是较困难的。机加工对热喷涂层是必要的，也是较困难的。“两步法两步法”热喷热喷焊焊 质量控制要素（4M）：设备（Machine）、材料（Materials）

15、、工艺（Methods）和人员（Man）。 质量控制质量控制二、热喷涂工艺方法二、热喷涂工艺方法涂层材料受热涂层材料受热后的温度和加后的温度和加速后的速度是速后的速度是决定热喷涂层决定热喷涂层结合强度的两结合强度的两个关键因素。个关键因素。1. 火焰喷涂工艺火焰喷涂工艺n种类：种类： 线材火焰喷涂线材火焰喷涂 粉末火焰喷涂粉末火焰喷涂n历史悠久，历史悠久，且且目前仍广泛使用。目前仍广泛使用。n热源：热源： 氧氧-乙炔、丙烷、氢气、天然气等乙炔、丙烷、氢气、天然气等n特点：特点： (优点优点)设备投资少，无电力要求，操作容易，沉积效率高等设备投资少，无电力要求，操作容易，沉积效率高等 (缺点缺点

16、)涂层氧含量较高，孔隙较多，涂层氧含量较高，孔隙较多，焰流温度较低，涂层种类较少，涂层结合强度焰流温度较低，涂层种类较少，涂层结合强度偏低，偏低，涂层质量不高。涂层质量不高。火焰喷涂主火焰喷涂主要用于低熔要用于低熔点金属和塑点金属和塑料的喷涂。料的喷涂。线材火焰喷涂设备示意图和喷涂枪。（1）线材火焰喷涂）线材火焰喷涂（1）线材火焰喷涂 线材火焰喷涂原理图。（2）粉末火焰喷涂 粉末火焰喷涂的基本原理和喷涂枪。（2）粉末火焰喷涂）粉末火焰喷涂 工艺流程工件表面预处理预热喷涂打底层喷涂工作层后处理。 a) 预热目的：1） 去除工件表面的水分；2） 提高工件表面与熔粒的接触温度；3） 降低涂层冷却速度

17、，减小涂层内应力。 预热温度一般控制在150300为宜。可直接用喷枪预热。火焰喷涂工艺火焰喷涂工艺b) 喷涂 需打底层时，可在喷涂工作层之前用钼或放热型的镍包铝、铝包镍粉末先喷涂一层厚度约0.100.15mm的打底层。 严格控制喷涂材料的供给速度、喷涂距离（100150mm）、每道涂层的厚度（0.10.15mm）、喷枪与工件的移动速度（718mmin）和层间温度（85MPa）。2） 涂层致密（最高密度可达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的喷涂。（3）爆炸喷涂特点）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厚的WC，

18、寿命提高10倍；2） 燃烧室的定位卡环上喷一层0.12mm厚Cr3C2，寿命提高7倍。（4）爆炸喷涂应用）爆炸喷涂应用（1）超音速火焰喷涂原理 超音速火焰喷涂原理图。5. 超音速火焰喷涂超音速火焰喷涂(High Velocity Oxygen Fuel，简称，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） 喷涂效率高，但燃料消耗大，喷涂成本比较高。；5） 噪音大(120dB)，需有隔音和防护装置。（3）超音速喷涂的特点）超音速喷涂的特点超音速喷涂的涂层质量优于等离子喷涂的涂层。（

19、4）涂层性能及应用）涂层性能及应用各种热喷涂方法比较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 工程量大的金属喷涂施工最好采用电弧喷涂。4 要求高结合力、低孔隙度的金属、合金及以某些金属陶瓷涂层可采用超音速火焰喷涂。5 对于批量大的工件，宜采用自动喷涂。喷涂工艺的选择原则喷涂工艺的选择原则三、常用热喷涂材料三、常用热喷涂材料1. 金属热喷涂材料金属热喷涂材料n粉末：粉末： 制造方法简单、灵活，材料成分不受限制，特别适合小批量热制造方法简单、灵活，材料成分不受限制，特别适合小批量热喷涂；喷涂；

20、(比比)表面积表面积大，氧化程度高。大，氧化程度高。n线材：线材： 在方便的条件下推荐采用。在方便的条件下推荐采用。表表662. 陶瓷热喷涂材料陶瓷热喷涂材料n基本都是粉末基本都是粉末n一般为氧化物陶瓷材料一般为氧化物陶瓷材料表表673. 塑料热喷涂材料塑料热喷涂材料n热喷涂塑料涂层具有成本低、投资少，涂层厚度与工作场地无限热喷涂塑料涂层具有成本低、投资少，涂层厚度与工作场地无限制，不含溶剂，符合环保要求等特点。制，不含溶剂，符合环保要求等特点。n塑料热喷涂材料熔化温度范围应较宽、粘度较低、热稳定性应好；塑料热喷涂材料熔化温度范围应较宽、粘度较低、热稳定性应好；一般为粉末形式一般为粉末形式(适

21、合火焰喷涂适合火焰喷涂)。表表684. 热喷涂用复合粉末材料热喷涂用复合粉末材料n（主要主要）为适应热喷涂工艺而制备的复合材料）为适应热喷涂工艺而制备的复合材料n通过增强相增强涂层性能的复合材料通过增强相增强涂层性能的复合材料表表691 喷涂耐腐蚀涂层(1) 铝、锌及其合金涂层：锌、铝的腐蚀电极电位高于铁，涂层有保护作用，可用于桥梁、铁塔等大型部件的防腐处理(在锌中加铝可提高涂层的耐蚀性能，若铝的质量分数为30，则耐蚀性最佳) 。(2) 不锈钢涂层：不锈钢电极电位比铁高，易在涂层孔隙处产生电化学腐蚀，所以喷涂后必须封孔处理。(3) 塑料涂层：用于化工、食品等行业。四、热喷涂技术的应用四、热喷涂

22、技术的应用(1) 用于耐磨的涂层：1) 涂层硬度超过磨料硬度：如氧化铝陶瓷涂层或镍基、钴基碳化钨涂层。用于轧辊、螺旋送料器等部件。(2) 用于修复的涂层：喷涂铁基或镍基耐磨合金涂层 。2 喷涂耐磨涂层喷涂耐磨涂层3 喷涂耐高温涂层(1) 抗高温氧化的涂层：如超音速火焰喷涂Cr2C3-NiCr涂层；用等离子喷涂氧化铝陶瓷涂层。(2) 热障涂层：使金属基体与高温环境隔离，保持金属构件的力学性能。3 喷涂耐高温涂层喷涂耐高温涂层（1）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的羟基磷灰石涂层，生物组织可以长入涂层中的孔隙中，与种植体形成牢固的结合。4 喷涂功能涂层喷涂功能涂

23、层5 喷涂成型喷涂成型6 汽车制造汽车制造7 航空航天航空航天热喷涂技术的应用领域和市场热喷涂技术的应用领域和市场 1 外观 涂层应无剥离、裂纹、大的变形等宏观缺陷。2 涂层的硬度 用布氏、洛氏、维氏和显微硬度法测量涂层硬度。五、热喷涂的涂层质量评定五、热喷涂的涂层质量评定（1） 直接测量法：用卡尺或在显微镜下测量。（2） 测厚仪测量法：1） 涡流法：利用高频磁场引起金属内部涡流，涡流产生的磁场又影响探头的阻抗，测量其阻抗值就可确定涂层的厚度。2） 磁性法：根据非磁性涂层对探头磁通量的变化值来测量。3 涂层的厚度涂层的厚度（1）涂层拉伸结合强度：制备试样，涂层厚度大于0.38mm。用粘结剂把试

24、样粘结在一起，然后将其拉断，拉伸结合强度： 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。4 涂层结合强度涂层结合强度（2）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，此时涂层的剪切强度F： 式中，P涂层剪切剥离时的载荷；D试样末喷涂前的直径；L涂层在试样上的宽度。DLPF（3）涂层的弯曲强度：将涂层试样弯曲到一定角度时，涂层开始出现龟裂的弯曲角度就是涂层的弯曲强度。式中，m涂层材料密度（m可从相关手册中查得）。csscVVG%100)1 (mc4 涂层的孔隙度涂层的孔隙度（1）计

25、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 孔隙度5 涂层的金相检测 用金相观察涂层的组织、涂层与基体的结合程度、涂层中的微观缺陷等。（2） 金相法：用金相显微镜中的栅格测定孔隙所占的格数，与总视场格数的比值即为涂层的孔隙度。（3） 试剂法和 高压放电法。1910年：线材火焰喷涂技术；20年代：电弧丝喷涂技术；50年代：爆炸喷涂和等离子喷涂技术；60年代：自熔性合金粉末火焰、等离子喷涂和喷焊技术；80年代：超音速火焰喷涂技术；90年代：激光熔覆技术。六、热喷涂技术的发展六、热喷涂技术的发展60年代以来主要喷

26、涂方法的应用比例 （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的工艺。（4） 新型热障涂层，如喷涂0.3mm的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。 热喷涂技术主要发展动向热喷涂技术主要发展动向（7） 在较低温度下具有高速飞行的喷涂，如脉冲放电线爆喷涂）和冷喷涂技术 。6.2 热喷焊工艺与特点热喷焊工艺与特点一、热喷焊工艺的一般特点一、热喷焊工艺的一般特点n定义：定义： 采用热源使涂层材料在基体表面采用热源使涂层材

27、料在基体表面重新熔化或部分熔化重新熔化或部分熔化，实现涂层，实现涂层与基体之间、涂层内颗粒之间的与基体之间、涂层内颗粒之间的冶金结合冶金结合，消除孔隙消除孔隙的表面处理技的表面处理技术。术。(喷焊喷焊)n种类：种类： 氧一乙炔火焰喷焊氧一乙炔火焰喷焊 等离子喷焊等离子喷焊 (激光熔覆技术激光熔覆技术) n在喷焊过程中，合金粉末在基材表面有一个在喷焊过程中，合金粉末在基材表面有一个重熔重熔并铺展的过程。并铺展的过程。n喷焊的基本特点：喷焊的基本特点： (1) ( (最大优点最大优点) )热喷焊层组织致密，冶金缺陷很少，与基材为冶金热喷焊层组织致密，冶金缺陷很少，与基材为冶金结合、结合强度高；涂层

28、厚度大而不易开裂；结合、结合强度高；涂层厚度大而不易开裂； (2)喷焊材料与基材必须喷焊材料与基材必须匹配匹配； (3)基材热变形大；基材热变形大； (4)喷焊层会被喷焊层会被“稀释稀释” 稀释率稀释率：喷焊层稀释率：喷焊层稀释率A：喷焊的金属质量：喷焊的金属质量B：基材：基材熔化熔化的金属质量的金属质量 越大，涂层性能与原粉末性能偏差越大越大，涂层性能与原粉末性能偏差越大喷焊适用范围的局限性喷焊适用范围的局限性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；喷焊层是冶金结合。3）粉末材料：喷焊用自熔性合金粉末，喷涂粉末不受限制。4）涂层结构：喷涂层有孔隙，喷焊

29、层均匀致密无孔隙。5）承载能力：喷焊层可承受冲击载荷和较高的接触应力。6）稀释率：喷焊层的约510，喷涂层的几乎为零。 热喷焊工艺与热喷涂工艺的区别热喷焊工艺与热喷涂工艺的区别二、氧乙炔火焰喷焊二、氧乙炔火焰喷焊n特点：特点： 设备简单、工艺简单易学；结合强度高，耐冲蚀磨损性能好。设备简单、工艺简单易学；结合强度高，耐冲蚀磨损性能好。n工艺过程：工艺过程： 预处理预处理 喷焊：预热、喷粉、重熔喷焊：预热、喷粉、重熔 后处理后处理n被认为是介于热喷涂和堆焊技术之间的一项被认为是介于热喷涂和堆焊技术之间的一项“中间中间”技术。技术。三、等离子喷焊三、等离子喷焊n定义：定义： 采用等离子弧作为热源加

30、热基体，使其采用等离子弧作为热源加热基体，使其表面形成熔池表面形成熔池，同时将喷，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，呈熔化或半熔化状态，被焰流喷射至熔池后，充分熔化状态，被焰流喷射至熔池后，充分熔化并排出气体和熔渣熔化并排出气体和熔渣，喷，喷枪移开后合金熔池凝固，形成喷焊层的工艺过程。枪移开后合金熔池凝固，形成喷焊层的工艺过程。n与氧与氧-乙炔火焰喷焊相比：其工艺重复性好、材料范围宽。乙炔火焰喷焊相比：其工艺重复性好、材料范围宽。n转移弧：转移弧： 主弧主弧n非转移弧：非转移弧： 工作时首先引燃工作时首先引燃等离子

31、喷焊一般采用双电源。等离子喷焊一般采用双电源。n特点：特点： (1)生产效率高、可喷焊难熔材料；生产效率高、可喷焊难熔材料； (2)稀释率低；稀释率低； (3)工艺稳定性好，易实现自动化；工艺稳定性好，易实现自动化；(大批量加工大批量加工) (4)喷焊层平整光滑，成分、组织均匀，厚度喷焊层平整光滑，成分、组织均匀，厚度更大更大（0.258mm，火，火焰喷焊：焰喷焊：0.23mm）且可精确控制。且可精确控制。n工艺过程：与氧乙炔火焰喷焊相同。工艺过程：与氧乙炔火焰喷焊相同。n离子喷焊工艺已成为内燃机排气门表面喷焊耐磨涂层的专用工艺。离子喷焊工艺已成为内燃机排气门表面喷焊耐磨涂层的专用工艺。等离子

32、喷焊的应用等离子喷焊的应用四、常用热喷焊材料四、常用热喷焊材料n一般为粉末一般为粉末n材料的熔点要求比基体熔点低，有自脱氧造渣性能材料的熔点要求比基体熔点低，有自脱氧造渣性能(也称为也称为自熔自熔性性)。 ( (自熔性合金自熔性合金) ) 自熔性合金粉末：利用合金中B、Si元素的作用，获得高质量的喷焊层。B、Si的作用是：（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。（3）起到造渣作用。（4）利用B、Si固溶强化、弥散强化、生成的金属间化合物以及硼碳化合物等，提高合金的硬度和耐磨性。（5）使自熔性合金有良好的喷焊工艺性能。 常用的热喷焊材料分为铁基、镍基、钴

33、基和铜基四大类。热喷焊材料分类热喷焊材料分类 喷焊层主要评定指标有涂层厚度、硬度、稀释率、结合强度以及界面和涂层显微结构等。五、喷焊层质量评定五、喷焊层质量评定6.3 堆焊工艺及特点堆焊工艺及特点n定义：定义： 在零件表面熔敷上一层在零件表面熔敷上一层耐磨、耐蚀、耐热耐磨、耐蚀、耐热等等具有特殊性能具有特殊性能合金层合金层的技术。的技术。n厚度：厚度：0.8-15mmn目的：为了发挥堆焊层的优良性能。目的：为了发挥堆焊层的优良性能。n用途：零件修复或制造特殊表面性能的新零件。用途：零件修复或制造特殊表面性能的新零件。n意义：意义： 合理使用材料、节约贵重金属、提高产品使用寿命、降低制造成合理使

34、用材料、节约贵重金属、提高产品使用寿命、降低制造成本等。本等。n其物理本质和冶金过程与一般的熔焊工艺基本相同。其物理本质和冶金过程与一般的熔焊工艺基本相同。n在堆焊时必须控制尽可能低的稀释率，有足够高的生产效率，并保在堆焊时必须控制尽可能低的稀释率，有足够高的生产效率，并保证焊层的冶金质量。证焊层的冶金质量。n常规堆焊一般采用线材或焊条。常规堆焊一般采用线材或焊条。n与热喷涂相比：与热喷涂相比： 优势：熔敷效率高，技术更成熟优势：熔敷效率高，技术更成熟 不足：稀释率大不足：稀释率大 堆焊技术应用非常广泛。堆焊技术应用非常广泛。一、堆焊层的形成和控制一、堆焊层的形成和控制1. 堆焊层的形成堆焊层

35、的形成 堆焊时堆焊时必定必定会产生过渡层。会产生过渡层。2. 相容性相容性 冶金相容性：互溶性、金属间化合物是否产生冶金相容性：互溶性、金属间化合物是否产生 物理相容性：熔化温度、热膨胀系数、热导率、比电阻等。物理相容性：熔化温度、热膨胀系数、热导率、比电阻等。 3. 熔合区熔合区n定义：堆焊层与基体之间的分界区，定义：堆焊层与基体之间的分界区，n包括：熔合线、过渡区段包括：熔合线、过渡区段(过渡层过渡层)n熔合线：过渡层与基体之间的界线。熔合线：过渡层与基体之间的界线。 n注意控制过渡层中脆性金属间化合物的形成。注意控制过渡层中脆性金属间化合物的形成。n堆焊过程中应尽量避免或控制过渡层的产生

36、和长大。应根据基体材料合理堆焊过程中应尽量避免或控制过渡层的产生和长大。应根据基体材料合理选用堆焊材料。选用堆焊材料。4. 稀释率稀释率 稀释率的控制：稀释率的控制： (1)控制堆焊工艺参数控制堆焊工艺参数 (2)向熔池中补加填充金属向熔池中补加填充金属5. 内应力内应力 减少堆焊层内应力的方法：减少堆焊层内应力的方法： (1)焊前预热焊前预热 (2)焊后缓冷焊后缓冷 (3)堆焊底层堆焊底层二、堆焊工艺方法二、堆焊工艺方法n各种焊接方法都可以用来进行堆焊。各种焊接方法都可以用来进行堆焊。n常用堆焊工艺方法：常用堆焊工艺方法： 氧乙炔焰堆焊氧乙炔焰堆焊 手工电弧堆焊手工电弧堆焊 钨极氩弧堆焊钨极氩弧堆焊 熔化极气体保护电弧堆焊熔化极气体保护电弧堆焊 埋弧堆焊埋弧堆焊 等离子弧堆焊等离子弧堆焊 电渣堆焊电渣堆焊n堆焊材料通常为棒状、管状、带状。堆焊材料通常为棒状、管状、带状。n稀释率、熔敷速度和堆焊层厚度是最重要的指标。稀释率、熔敷速度和堆焊层厚度是最重要的指标。常用堆焊方法特点 堆焊方法 特 点 氧乙炔焰堆焊 设备简单，成本低。火焰温度较低，稀释率小。堆焊层表面光滑，用于堆焊批量不大的零件。 手工电弧堆焊 设备简单，成本低，是一种主要的堆焊方法。常用于小型或复杂形状零件