参考工艺3118表面工程技术

1、国际焊接学会授权的培训机构国际焊接学会授权的培训机构 哈尔滨焊接技术培训中心哈尔滨焊接技术培训中心 Harbin Welding Training Institute 国际焊接工程师培训课程国际焊接工程师培训课程Training Course for International Welding EngineerIIW Authorised Training Body3/1.18 表面工程技术表面工程技术 （热喷涂与堆焊）（热喷涂与堆焊） Surfacing and SprayingIIW Authorised Training Body热喷涂技术热喷涂技术1 热喷涂技术概念热喷涂技术概念2 各

2、种热喷涂方法简介各种热喷涂方法简介3 喷涂层的结合机理简介喷涂层的结合机理简介4 热喷涂工艺过程热喷涂工艺过程5 热喷涂材料简介热喷涂材料简介6 热喷涂的质量保证热喷涂的质量保证7 热喷涂应用热喷涂应用IIW Authorised Training Body 热喷涂技术是表面工程学的重要组成部热喷涂技术是表面工程学的重要组成部分。是一种材料表面强化和表面改性的新分。是一种材料表面强化和表面改性的新技术，它可以使基体表面具有耐磨、耐蚀、技术，它可以使基体表面具有耐磨、耐蚀、耐高温氧化、电绝缘、隔热，防辐射，减耐高温氧化、电绝缘、隔热，防辐射，减磨，密封等性能。磨，密封等性能。 原则上讲可在任何固

3、体物质上喷涂。可原则上讲可在任何固体物质上喷涂。可喷涂的材料有金属，合金，塑料，陶瓷，喷涂的材料有金属，合金，塑料，陶瓷，金属陶瓷以及它们的复合物等等。金属陶瓷以及它们的复合物等等。 定义：定义：ISO 14919 ， EN 12741 热喷涂技术概念热喷涂技术概念IIW Authorised Training Body 热喷涂技术主要用于对部件的修复，热喷涂技术主要用于对部件的修复，预保护及新产品的制造，可使工件获得所预保护及新产品的制造，可使工件获得所需要的尺寸和性能，可广泛地应用于航天，需要的尺寸和性能，可广泛地应用于航天，航空，船舶，汽车，机车，石化，纺织，航空，船舶，汽车，机车，石化

4、，纺织，桥梁，机械制造等领域。并且随着先进的桥梁，机械制造等领域。并且随着先进的热喷方法的出现以及各种喷涂方法的不断热喷方法的出现以及各种喷涂方法的不断完善，这项技术由以往的维修为主发展到完善，这项技术由以往的维修为主发展到当今，已逐渐成为产品制造不可缺少的工当今，已逐渐成为产品制造不可缺少的工艺方法之一，即较广泛地用于新产品的制艺方法之一，即较广泛地用于新产品的制造。造。热喷涂应用热喷涂应用IIW Authorised Training Body1)工艺灵活，适应范围广。热喷涂施工对象，可小可大。工艺灵活，适应范围广。热喷涂施工对象，可小可大。 小的可到小的可到10mm内孔内孔(线爆喷涂线爆

5、喷涂)，大的可到桥梁，铁塔，大的可到桥梁，铁塔(火焰火焰线材喷涂、电弧喷涂线材喷涂、电弧喷涂)。可在实验室、车间内进行真空气氛。可在实验室、车间内进行真空气氛中喷涂，也可在野外现场作业。可整体喷涂，也可局部喷涂。中喷涂，也可在野外现场作业。可整体喷涂，也可局部喷涂。 2)基体及喷涂材料广泛。基体可是金属、非金属基体及喷涂材料广泛。基体可是金属、非金属(包括陶包括陶 瓷、瓷、塑料、石膏、水泥、木材、甚至纸张塑料、石膏、水泥、木材、甚至纸张)。喷涂材料可是金属。喷涂材料可是金属及其合金、塑料、陶瓷等。可以说，几乎是无所不能喷。这及其合金、塑料、陶瓷等。可以说，几乎是无所不能喷。这样，就有可能通过热

6、喷涂方法制备金属样，就有可能通过热喷涂方法制备金属/非金属复合涂层，非金属复合涂层，从而获得用其它方法难以得到的综合性能。从而获得用其它方法难以得到的综合性能。 3)除去火焰喷焊外，用热喷涂工艺加工的工件受热较少，工件除去火焰喷焊外，用热喷涂工艺加工的工件受热较少，工件产生的应力变形很小。产生的应力变形很小。 4)生产效率高。热喷涂工艺生产效率，从几公斤（每小时喷涂生产效率高。热喷涂工艺生产效率，从几公斤（每小时喷涂材料重量）到数材料重量）到数10公斤，甚至公斤，甚至200公斤，沉积效率很高。公斤，沉积效率很高。 5)应用范围广。（下面专门介绍）应用范围广。（下面专门介绍）热喷涂特点热喷涂特点

7、IIW Authorised Training BodyPrinziple of thermal spraying 原理原理喷涂材料：喷涂材料：-粉末粉末-丝材丝材-棒材棒材能量源：能量源：-火焰火焰-电弧电弧-等离子等离子加热与加速加热与加速喷枪喷枪基体基体无特别大影响无特别大影响IIW Authorised Training Body燃烧产生热量燃烧产生热量:heat generation by combustion processes :火焰喷涂火焰喷涂flame spraying D-枪枪 D-gun 超音速喷涂超音速喷涂 High-Velocity-Oxygen-Fuel spray

8、ing (HVOF) 电能产生热量电能产生热量:Heat generation byelectrical processes :电弧喷涂电弧喷涂arc spraying 等离子喷涂等离子喷涂plasma spraying 激光喷涂激光喷涂laser spraying IIW Authorised Training BodyParticle trajectory 粒子轨道粒子轨道powder injection注入粉末plasma plume等离子束Coating涂层Substrate基体to low 低Optimal 最佳to high 高IIW Authorised Training Bod

9、y孔隙孔隙氧化物氧化物喷涂方向喷涂方向接触区接触区侧面延伸侧面延伸Coating formation涂层形成涂层形成IIW Authorised Training Body孔隙孔隙氧化物氧化物未熔粒子未熔粒子基体基体IIW Authorised Training Body粒子速度粒子速度粉粉丝火焰喷涂丝火焰喷涂冷喷涂冷喷涂电弧喷涂电弧喷涂温温 度度爆炸喷涂爆炸喷涂IIW Authorised Training Body热能热能喷涂材料喷涂材料动能动能IIW Authorised Training Body高能量高能量-等离子喷涂等离子喷涂程序控制程序控制自动控制技术自动控制技术低能量低能量-等

10、离子喷涂等离子喷涂新材料：新材料：OEM的应用的应用 年年总总 交交 易易 额额IIW Authorised Training Body2 各种热喷涂方法简介各种热喷涂方法简介根据根据ISO 14917分类分类IIW Authorised Training Body火焰粉末喷涂火焰粉末喷涂焰温火度焰温火度:气体气体:氧气乙炔、氧气乙炔、丙烷、氢气、丙烷、氢气、天然气天然气材料材料:粉末粉末(金属金属,合金合金, 陶瓷陶瓷)粒子速度粒子速度:max. 50 m/s典型粒子尺典型粒子尺寸寸:20 m d 120 m沉积效率沉积效率:6 kg/h (金属金属)2 kg/h (陶瓷陶瓷) IIW Au

11、thorised Training BodyIIW Authorised Training Bodycoating of a roller with a double flame spray set upto increase process efficiency采用双火焰喷涂枪进行辊子喷涂，以提高喷涂效率采用双火焰喷涂枪进行辊子喷涂，以提高喷涂效率IIW Authorised Training Bodyremelting a self-fluxing based flame spray coating火焰对自熔合金涂层进行重熔火焰对自熔合金涂层进行重熔IIW Authorised Train

12、ing Body气体气体:氧气氧气乙炔、乙炔、丙烷丙烷焰温火度焰温火度:（非加热（非加热区）区）材料：材料：塑料塑料（颗粒）（颗粒）粒子速度粒子速度:max. 50 m/s沉积效率沉积效率: kg/h 塑料火焰喷涂塑料火焰喷涂IIW Authorised Training Body塑料火焰喷涂原理塑料火焰喷涂原理IIW Authorised Training BodyIIW Authorised Training Body火焰丝火焰丝(棒棒)材喷涂材喷涂气体气体:氧气氧气 乙炔、乙炔、 丙烷、丙烷、 氢气、氢气、 天然气天然气火焰温度火焰温度:材料材料:丝丝(棒棒)材材(金属，合金，金属，合金

13、，陶瓷陶瓷)直经直经:2-6粒子速度粒子速度max. 200 m/s沉积效率：沉积效率：8 kg/h (金属材料金属材料)IIW Authorised Training BodyIIW Authorised Training Bodycoating of a form part with bronze - wire flame spraying采用青铜材料喷涂零件采用青铜材料喷涂零件丝材火焰喷涂丝材火焰喷涂IIW Authorised Training Bodycoating of a guid pin with Mo - wire flame spraying导销喷涂钼导销喷涂钼丝材火焰喷涂

14、丝材火焰喷涂IIW Authorised Training Body气体气体:氧气氧气乙炔、乙炔、丙烷、丙烷、氢气、氢气、天然气天然气煤油煤油焰温火度焰温火度:材料材料:粉末粉末(金属金属,合金合金, 陶瓷陶瓷)粒子速度粒子速度:max. 50 m/s沉积效率沉积效率: kg/h (金属金属)2 kg/h (陶瓷陶瓷) 超音速火焰喷涂超音速火焰喷涂IIW Authorised Training BodyHVOF system of the 3rd generation第三代超音速喷涂系统第三代超音速喷涂系统cooling water冷却液冷却液cooling water冷却液冷却液powder

15、 injection粉末注入粉末注入Kerosine煤油煤油Ignition点火点火Oxygene氧气氧气IIW Authorised Training Body超音速火焰超音速火焰IIW Authorised Training BodyHVOF kerosene system K2HVOF 煤油系统煤油系统K2IIW Authorised Training Bodycoating of a roller using HVOF kerosene system采用采用HVOF煤油喷涂系统进行辊子喷涂煤油喷涂系统进行辊子喷涂IIW Authorised Training BodyHVOF cerm

16、et coating WC-Co (88/12)HVOF 金属陶瓷涂层金属陶瓷涂层WC-Co (88/12 )IIW Authorised Training BodyHVOF喷涂系统喷涂系统IIW Authorised Training Body爆炸喷涂爆炸喷涂气体气体:氧气乙炔氧气乙炔火焰温度火焰温度:材料材料:粉末粉末(金属金属,合金合金, 陶瓷陶瓷)粒子速度粒子速度:约约 m/s沉积效率沉积效率: kg/h IIW Authorised Training Body冷（动力、气）喷涂冷（动力、气）喷涂气流温度：约气流温度：约600C气流速度：气流速度：1000 m/s沉积效率：沉积效率：3

17、-15kg/hIIW Authorised Training BodyIIW Authorised Training Body优点：优点：涂层中氧化物含量底。涂层中氧化物含量底。-非常底的热输入（母材，喷涂材料）。非常底的热输入（母材，喷涂材料）。-高的喷涂及沉积效率。高的喷涂及沉积效率。-可实现厚涂层和结构。可实现厚涂层和结构。-某些材料可实现不需前处理。某些材料可实现不需前处理。IIW Authorised Training Body电弧温度：电弧温度：约约4000能量能量:电能电能材料材料:导电材料导电材料(丝材丝材)粒子速度：粒子速度：150m/s熔敷效率：熔敷效率：约约20 h(20

18、0 h)电弧喷涂电弧喷涂IIW Authorised Training Body丝材丝材丝材丝材雾化气体雾化气体空气流控制粒子流空气流控制粒子流丝材及电源丝材及电源保护罩保护罩IIW Authorised Training BodyIIW Authorised Training Bodyapplication of two arc spray systems to increase process efficiency同时采用两个电弧喷涂系统以提高喷涂效率同时采用两个电弧喷涂系统以提高喷涂效率IIW Authorised Training Body粒子速度：粒子速度：m/s熔敷效率：熔敷效率：

19、 h材料材料:粉末粉末(金属金属,合金合金, 陶瓷陶瓷)等离子温等离子温度：度：20,000k气体：气体：氩、氢、氦、氩、氢、氦、氮气氮气等离子喷涂IIW Authorised Training Body等离子喷涂喷枪结构等离子喷涂喷枪结构IIW Authorised Training BodyIIW Authorised Training Body等离子喷涂系统等离子喷涂系统IIW Authorised Training Body低压等离子喷涂低压等离子喷涂IIW Authorised Training Body激光喷涂气体：气体：二氧化碳、二氧化碳、氦、氮、氦、氮、氩、混合氩、混合气体气体

20、温度：温度：10000材料材料:粉末粉末(金属金属,合金合金, 陶瓷陶瓷)粒子速度：粒子速度：1m/s熔敷效率：熔敷效率：1-2 hIIW Authorised Training Body典型热喷涂方法特性典型热喷涂方法特性IIW Authorised Training Body3 喷涂层的结合机理简介喷涂层的结合机理简介 喷涂层与基材的结合是在以下作用下实喷涂层与基材的结合是在以下作用下实现的：现的： （1）微观机械）微观机械“夹持夹持”作用作用（2）微观）微观“焊接焊接”作用作用 （3）扩散作用）扩散作用IIW Authorised Training Body （1）微观机械“夹持”作用

21、基体的表面从微观上看是凸凹不平的，熔化的颗粒喷射到基体表面后，添满或部分添满表面凹的部分，待冷却后，喷涂材料被机械“夹持”在基体表面。 影响这一作用最主要的因素是熔化颗粒所具有的动能 E=1/2mv2 而影响动能的最主要因素是粒子喷射的速度。超音速喷涂正是由于粒子喷射速度的大大提高。极大地提高了粒子所具有的动能，粒子在打到基体表面时，动能转化为机械能量，从而提高了涂层的结合强度。IIW Authorised Training Body （2）微观“焊接”作用 温度高的熔液打到基材表面一些尖角部分。会造成基材尖角局部的熔化，从而实现微观“焊接”，影响其因素主要是熔滴的温度。比如钼作为打底材料，除

22、了其质量重（动能大）外，其熔点高达2620，这样其熔化质粒子温度是造成结合强度好的重要方面。IIW Authorised Training Body （3）扩散作用 扩散效果D=f（t、T）它是时间和温度的函数。随温度的提高，扩散效果好，故喷焊（喷涂，重熔）是充分提高了温度及扩散时间，故其结合强度比单纯喷涂好得多，可达钎焊程度。IIW Authorised Training Body4 热喷涂工艺过程热喷涂工艺过程热喷涂工件热喷涂工件:-表面预处理表面预处理(制备制备)-喷涂喷涂-工件涂层的后加工工件涂层的后加工 处理处理 IIW Authorised Training Body热喷涂工件的表

23、面制备热喷涂工件的表面制备 为提高涂层和基体间的结合强度为提高涂层和基体间的结合强度 ,对工件表面对工件表面进行预处理是一个十分重要的步骤，它往往关系到进行预处理是一个十分重要的步骤，它往往关系到整个工艺过程的成败。整个工艺过程的成败。1)表面清洗表面清洗:待喷涂表面及其相邻近的区域除油、去污、待喷涂表面及其相邻近的区域除油、去污、除锈等清洗工作。除锈等清洗工作。2)表面预加工表面预加工:预加工的方法有车削、磨削等预加工的方法有车削、磨削等.预加工预加工可以可以 1)除去待修工件表面的各种损伤除去待修工件表面的各种损伤(如疲劳层和如疲劳层和腐蚀层等腐蚀层等)，原喷，原喷 涂层、淬火层、渗碳层、

24、渗氮层涂层、淬火层、渗碳层、渗氮层等，以及修正不均匀的磨损表面，使涂层的厚度均等，以及修正不均匀的磨损表面，使涂层的厚度均匀化。匀化。2)预留涂层厚度。预留涂层厚度。3)以提高涂层与工件的结以提高涂层与工件的结合强度。合强度。3)表面粗化表面粗化:喷砂处理喷砂处理IIW Authorised Training Body热喷涂工件后加工热喷涂工件后加工 热喷涂涂层的种类、金相组织以及切削热喷涂涂层的种类、金相组织以及切削加工最大的特点是具有高的硬度与高的耐加工最大的特点是具有高的硬度与高的耐磨性。其硬度磨性。其硬度HRC可达可达5070。象这类热。象这类热喷涂涂层可称之为高硬度热喷涂涂层喷涂涂层

25、可称之为高硬度热喷涂涂层.-切削切削-磨削磨削IIW Authorised Training Body 切削热喷涂涂层较好的刀具有以下切削热喷涂涂层较好的刀具有以下3类：类： （1)添加碳化钽、碳化铌的超细晶粒硬质合金添加碳化钽、碳化铌的超细晶粒硬质合金 (2) 陶瓷刀具材料陶瓷刀具材料 (3)立方氮化硼立方氮化硼(CBN) 热喷涂涂层的切削数据热喷涂涂层的切削数据 “热喷涂层的切削加工规则热喷涂层的切削加工规则” DVS2305 注意事项注意事项 1975.11 热喷涂涂层的磨削热喷涂涂层的磨削 热喷涂涂层的精加工，通常采用磨削方法，热喷涂涂层的精加工，通常采用磨削方法，因为它可以获得更高的

26、精度与更好的表面粗糙度。因为它可以获得更高的精度与更好的表面粗糙度。IIW Authorised Training Body5 热喷涂材料简介热喷涂材料简介 热喷涂材料的种类：热喷涂材料的种类： 形式形式 :粉末粉末 ,线材线材 ,棒材棒材 ,带材带材,柔性丝等柔性丝等 成份成份 :金属、非金属、陶瓷、碳化物、金属、非金属、陶瓷、碳化物、 自自 熔合金、熔合金、复合粉、塑料、非晶复合粉、塑料、非晶 体等体等 热喷涂材料相关标准热喷涂材料相关标准: ISO/DIS 14232 1997 热喷涂用粉末热喷涂用粉末 ISO/DIS 14919 1997 热喷涂；火焰和电弧喷热喷涂；火焰和电弧喷涂用丝

27、和棒材涂用丝和棒材IIW Authorised Training Body粉末粉末:IIW Authorised Training Body线线(棒棒)材材:IIW Authorised Training Body6 热喷涂的质量保证热喷涂的质量保证 随着科学技术及现代工业的不断快速随着科学技术及现代工业的不断快速发展，热喷涂的涂层性能检测及热喷涂的发展，热喷涂的涂层性能检测及热喷涂的质量控制越来越被人们重视。国际国内相质量控制越来越被人们重视。国际国内相关标准及规程也不断制定和颁布。这些对关标准及规程也不断制定和颁布。这些对提高热喷涂技术质量控制水平提高热喷涂技术质量控制水平,从而扩大其从而

28、扩大其应用领域和范围起到积极的作用。应用领域和范围起到积极的作用。IIW Authorised Training Body质量控制因素：质量控制因素：热喷涂设备热喷涂设备喷涂材料和辅助材料喷涂材料和辅助材料喷涂工艺的实施喷涂工艺的实施准备、喷涂和后处理准备、喷涂和后处理人员培训及认证人员培训及认证需注意的工艺实施基本条件需注意的工艺实施基本条件工件和对比试验件的检验。工件和对比试验件的检验。IIW Authorised Training BodyISO14922-1 热喷涂构件的质量要求热喷涂构件的质量要求 第一部分：选择和应用指南第一部分：选择和应用指南ISO14922-2 热喷涂构件的质量

29、要求热喷涂构件的质量要求 第二部分：全面质量要求第二部分：全面质量要求ISO14922-3 热喷涂构件的质量要求热喷涂构件的质量要求 第三部分：标准质量要求第三部分：标准质量要求ISO14922-4 热喷涂构件的质量要求热喷涂构件的质量要求 第四部分：基本质量要求第四部分：基本质量要求IIW Authorised Training Body质量管理体系要素质量管理体系要素完整质量要求完整质量要求ISO14922-2一般质量要求一般质量要求ISO14922-3基本质量要求基本质量要求ISO14922-4合同评审合同评审设计设计/结构评定结构评定分承包商分承包商热喷涂工热喷涂工喷涂监督管理喷涂监督

30、管理质量检验人员质量检验人员生产设备生产设备设备维修设备维修生产计划生产计划-喷涂工艺评定喷涂工艺评定a)工艺能力工艺能力b)生产能力生产能力喷涂工艺规程喷涂工艺规程生产检证（随生产进行）生产检证（随生产进行）工作指令工作指令文件文件喷涂材料的批量试验喷涂材料的批量试验喷涂材料的储存及保管喷涂材料的储存及保管基材的储存及保管基材的储存及保管喷涂前和工作中的工艺监督喷涂前和工作中的工艺监督热喷涂后的质量检验热喷涂后的质量检验不符合项的确认不符合项的确认测量仪器的校准测量仪器的校准标识和可追溯性标识和可追溯性质量记录质量记录注：注：完全要求完全要求较低程度要求较低程度要求（ISO14922-2部分

31、的要求比部分的要求比较）较）最低程度要求最低程度要求不作要求不作要求根据根据ISO14922的质量管理的质量管理体系要素体系要素IIW Authorised Training Body合同中的热喷涂质量要求合同中的热喷涂质量要求无下一步行动无下一步行动ISO9001/ISO9002是否适合是否适合达成协议的热喷涂质量要求达成协议的热喷涂质量要求完整质量要求完整质量要求 ISO14992-2一般质量要求一般质量要求 ISO14992-3基本质量要求基本质量要求 ISO14992-4选择相应的要素选择相应的要素使用使用ISO9002-2对质量体系的热喷涂要求对质量体系的热喷涂要求无无有有是是否否I

32、IW Authorised Training Body热喷涂人员培训和认证热喷涂人员培训和认证 热喷涂从业热喷涂从业 人员素质和水平的好坏人员素质和水平的好坏是热喷涂质量控制的关键因素。是热喷涂质量控制的关键因素。ISO14918中作出热喷涂从业人员的资格中作出热喷涂从业人员的资格考核的相关规定。考核的相关规定。 国外非常重视热喷涂从业国外非常重视热喷涂从业 人员职人员职业培训业培训,比如比如:德国等欧洲国家，较早就德国等欧洲国家，较早就开展了这方面工作。欧洲焊接联合会热开展了这方面工作。欧洲焊接联合会热喷涂委员会于喷涂委员会于1993年就制定了有关热喷年就制定了有关热喷涂人员的培训，考试及资

33、格认证方面的涂人员的培训，考试及资格认证方面的规程，规程中将热喷涂从业规程，规程中将热喷涂从业 人员分为三人员分为三类类: 欧洲热喷涂技师欧洲热喷涂技师/ETSS 欧洲热喷涂教师欧洲热喷涂教师/ETSP 欧洲热喷涂工欧洲热喷涂工/ETS IIW Authorised Training Body热喷涂人员（热喷涂人员（TSTS）的培训（根据）的培训（根据EWFEWF规程）规程）入学资格入学资格培训培训/证书证书权力和职责权力和职责工程师，技术员，工程师，技术员，技师技师欧洲热喷涂欧洲热喷涂技师技师/ETSS企业生产，质量控企业生产，质量控制，继续培训制，继续培训加工领域培训经历加工领域培训经历欧

34、洲热喷涂欧洲热喷涂教师教师/ETSP自身工作，自身工作，指导和监督指导和监督无要求无要求根据工艺要求工作根据工艺要求工作ETSFETSAETSPETSH欧洲热喷涂工欧洲热喷涂工/ETS约约20%理论理论约约80%实践实践约约50%理论理论约约50%实践实践3年实践年实践经经80%理论理论约约20%实践实践3年实践年实践IIW Authorised Training BodyIIW Authorised Training Body热喷涂企业的认证热喷涂企业的认证 热喷涂监督人员的责任和任务在E13214中作出了各项的规定，而热喷涂从业人员的资格考查在国际标准ISO14918中也作出了此项规定。以上这些都为开展热喷涂企业的资格认证奠定了必要的标准基础，而有关企业认证的标准为ISO14922-1至-4。 IIW Authorised Training Body1ISO20631991金属及其它无机物涂层，热喷涂，锌，铝及其合金金属及其它无机物涂层，热喷涂，锌，铝及其合金DIN EN 220632ISO/DIS 142311997热喷涂热喷涂