热喷涂工艺材料选择指南

1、热喷涂工艺材料选择指南一打底涂层2019/10/23热喷涂的实际操作过程中，通常在基体材料和工作层之间往 往不能形成良好的结合。为了增加结合强度和保护基体，需要在 工件表面喷涂一层形成伪冶金结合的、材料的膨胀系数与工件和 表面涂层材料相近的打底涂层。打底涂层材料应具有下述一个或多个特性：1、“自粘结”效应在热喷涂火焰高温热源的作用下。涂层材料不同组分能发生 放热化学反应，使涂层与基体形成伪冶金结合。最典型和应用最广的“自粘结”打底涂层材料是镣包铝粉末和铝包镣粉末。涂层与基体的结合强度主要取决于基体与喷射微粒之间的 接触温度、微粒的熔融状态以及在喷射过程中施加于微粒的冲击 力。而在工艺制度中，所

2、能考虑的主要因素就是提高接触温度。打底涂层材料的放热特性就是基于这种前提而设计的。一般说来，接触温度又取决于形成涂层瞬问的基体温度、微 粒温度及二者的热物理性质。在热喷涂过程中，金属基体不可能 预热到很高的温度，原则上不超过100-200 C，否则其表面将氧 化严重，阻碍涂层与基体材料的结合。依靠热源提高微粒的温度， 其效果不明显，因为微粒飞行到基体的时间不过千分之几秒，受 热时间太短。因此，借助于微粒本身产生化学反应来贡献热最， 是最行之有效的途径。自粘结型打底涂层材料有两种：一种是高熔点金属，如钨、 钼等，它们在熔化状态下具有很高的热含量（钨为29.4kJ/mol,钼 为21kJ/mol）

3、；另一种是具有放热特性的复合粉末材料，如 Ni-Al 粉等。它们在热喷涂过程中发生Ni, Al间的放热反应，这种放热 反应可在粉末微粒到达基体表面之后仍然持续0.003-0.005S，从而使涂层与基体之间产生很强的微冶金结合。已知有100多对元素在它们的相互反应中放出大量的热，其 中较理想的是Al与Co、Cr、Mo、W、Nb、Ti之中的一种或多 种。而最常用的是Al和Ni或Mo等元素之间的放热反应，如Ni-Al 粉末、Ni-Mo-Al粉末。2、“粗化”效应粘结底层的表面比喷砂粗化处理的基体表面更不规则，因而 工作涂层能与之形成更强的机械嵌合。当粉末粒子以熔融或半熔 融状态喷射到基体表面时，会产

4、生大量的扁平状蝶形微粒的重复 堆积，形成层状结构。由于微粒的骤然冷却、凝结和收缩的结果，会产生宏观应力。而粗糙不平的基体表面的主要作用是抑制和控 制这种收缩应力。粗糙度增加了涂层结合的表面面积，并使收缩 应力局限于局部，从而可增大结合强度。因此，在选择底层粉末时，粉末的平均粒度可略大于工作面 层粉末的平均粒度。3、“屏蔽娅打底涂层具有比基体材料更好的抗氧化能力和耐蚀性能，在 工作涂层与基体之间起屏蔽作用，能将热喷涂涂层固有孔隙引起 的基体氧化或腐蚀程度降至最低。4、“缓冲”效应打底涂层的热膨胀系数介于基体材料和工作涂层之间，且在 机械及热负荷下具有足够的韧性，能对因基体与工作涂层热膨胀 系数不

5、同而产生的应力起“缓冲”作用。在选择打底层材料时，自粘结型材料为首选。自粘结型材料 可以在室温下与光洁基体表面形成结合。对于大多数基体来说， 镣包铝是最好的打底材料，它的粘结性能好。结合强度高，涂层 致密。需要指出的是，镣包铝不适合用作铜合金材料的过渡层。 有些材料本身并非自粘结性的，但可改善涂层系统的粘结性能。例如镣格合金，它不是自枯结材料，要求表面喷砂处理后才 能得到必要的结合强度，但是这种材料作为底层是很有用的，特 别适用于热障涂层系统作为打底涂层，传统的打底层材料的适用 温度如下：镣包铝(80Ni20Al) : 650 C。铝包镣(95Ni5Al) : 650 C。3）镣铭合金、镣铬铝

6、（95NiCr、5Al） : 980 C。5 粘结底层材料（打底材料）有什么要求？由于陶瓷涂层材料在化学键、晶体结构和热物理性能等方面 与金属材料有相当大的差别，因此，在金属基体上喷涂陶瓷涂层 时，通常都要先在金属基体表面喷涂一层粘结底层。对粘结底层材料有如下的要求。（1）能与金属基体表面形成牢固的结合，最好是冶金结合。“自粘结”复合粉末，如 Ni-AI、NiCr-AI、M（Ni、Co、Fe）CrAIY 等， 在热喷涂火焰的高温下，组分间产生放热化学反应，生产金属间 化合物，并释放出大量的热，对基体表面薄层补充加热到熔融状态，促使喷射熔粒与基体表面形成微区冶金结合。（2）能形成致密的抗氧化、耐腐蚀涂层，以防止高温下氧 气或腐蚀介质通过陶瓷涂层的孔隙侵入，保护基体金属不被氧化 和腐蚀。(3 )能形成粗糙的粘结底层表面，其表面粗糙程度甚至超过喷砂预处理的表面粗糙度，以利于提高陶瓷