《机械设备维修》-模块6学习情境2：冶金机械设备现代维修技术

热喷涂技术就是这种表面防护和强化的技术之一，是表面工程中一门重要的学科。热喷涂技术起始于20世纪初。起初，只是将熔化的金属用压缩空气形成液流，喷到被涂敷的基体表面上，形成一层膜状组织。其喷涂温度、熔滴对基体表面的冲击速度及形成涂层的材料的性能构成了喷涂技术的核心。热喷涂技术的整个发展，基本上是沿着这三支主导线向前推进的。温度和速度取决于不同的热源和设备结构。从某种意义上说，温度越高、速度越快，越有利于形成优异的涂层，这就导致了温度和速度两种要素在整个技术发展过程中的竞争与协调的局面。1、基本概念及原理繁多的喷涂材料的可选择性，是热喷涂指数的另一种优势，它可以使不同设备的工作面被“点铁成金、戴盔穿甲”。正是这三种要素，使热喷涂成为真正具有叠加效果的独特技术，它可以设计出所需的各种各样性能的表面，获得从一般机械维修，直到航天和生物工程等高技术领域广泛的应用。比如全军装备维修表面工程研究中心采用电弧喷涂技术及高速电弧喷涂技术多次对舰船甲板进行防腐治理。经过多年的应用，证明防腐效果显著，预计使用寿命可达15年以上，中国远望1号航天测量船通过电弧喷涂进行长效防腐。据国外有关材料介绍，近几年美国热喷涂总产值约为20亿美元，日本为800亿日元，分别占其国民经济总产值（GNP）的3。6/10000和2。3/10000。

。那么，什么是热喷涂技术呢？热喷涂技术是一种表面强化技术，是表面工程技术的重要组成部分，一直是我国重点推广的新技术项目。它是利用某种热源（如电弧、等离子弧或燃烧火焰等）将粉末状或丝状的金属或非金属材料加热到熔融或半熔融状态，然后借助焰留本身或压缩空气以一定速度喷射到预处理过的基体表面，沉积而形成具有各种功能的表面涂层的一种技术。

。热喷涂技术的原理是：喷涂材料经过具有某种热源形式的喷涂设备喷射之后，在到达被喷涂的基体表面之前，其飞行时间只有几千分之一秒或更少。在如此之短的时间内，它被加热、熔化或半熔化，形成细小而分散的熔滴，冲向基体表面，由于受到工件表面的阻碍，其被击成扁平的叠状小片。最先喷射来的颗粒与工件表面上的凹凸不平处产生机械咬合，随后喷射来的颗粒又打在先前到达的颗粒上，也同样变形并与先前到达的颗粒互相咬合，形成机械结合。这样先前生成的扁片又被后来者所覆盖，很快就形成由很多扁平罗叠而成的覆盖层，即为喷涂层。。热源湿度越高，熔滴冲击速度越大，形成的涂层越致密，从而使工件表面获得不同硬度、耐磨、耐腐、耐热、抗氧化、隔热、绝缘、导电、密封、消毒、防微波辐射以及其他各种特殊物理化学性能。它可以在设备维修中修旧利废，使报废的零部件“起死回生”；也可以在新产品制造中进行强化和预保护，使其“益寿延年”。与表面堆焊相对比而言，它可以用于恢复零件因磨损或其它原因造成的尺寸不足。但就热喷涂技术本身而言，它具有更广阔的选择材料和应用范围。无论是金属、合金还是陶瓷、玻璃、水泥、石膏、塑料、木材都可以作为喷涂的基体材料。喷涂材料也是多样的，金属、合金、陶瓷、塑料、复合材料都可选用。根据需要选用不同的涂层材料可以获得耐磨、耐蚀、耐热、抗氧化等方面的一种或几种性能，也可获得其它特殊性能的功能涂层。2、热喷涂技术种类（1）根据热源不同火焰喷涂电弧喷涂等离子喷涂特种喷涂。（2）按喷涂材料的形状粉末喷涂金属丝喷涂金属带喷涂熔罐喷涂（1）、基体材料不受限制，可以是金属和非金属，可以在各种基体材料上喷涂；（2）、涂层材料的种类选择范围广泛，只要具有熔点或拟熔融态的材料均可用于喷涂，如金属及其合金、陶瓷、塑料以及它们的复合材料，此外，还可制成具有特殊性能的不同材料的复合涂层或叠加涂层。；（3）、涂层性能多种种多样，可以形成耐磨、耐蚀、隔热、抗氧化、绝缘、导电、防辐射等具有各种特殊功能的涂层；3、热喷涂技术特点（4）、工艺灵活、方便，喷涂对象的尺寸大小和形状不受限制，即可以小到Φ10mm内孔，又可以大到桥梁、铁塔等大型结构件，可以在整体表面上进行喷涂，也可以在大型限定表面上进行喷涂，这对大型构件的局部表面要求涂层时，是既方便又经济的方法。（5）、涂层厚度可在较大范围内变化。由喷涂形成厚度可由0。01到数毫米。热喷涂技术可喷涂成形，其不但可以在材料表面形成涂层，还可以用来制造机械零件实体，即喷涂成形制品。3、热喷涂技术特点（6）、喷涂过程中基体材料温升小，不产生应力和变形。除火焰喷熔工艺外，在涂层施工中，母材受热温度低，从而使母材性能不发生变化，工件变形小，因而热喷涂也被称为“冷工艺”。（7）适应性强，经济效益好及生产率高。多数喷涂技术的生产率可达到每小时喷涂数千克的喷涂材料，有些工艺方法甚至更高。3、热喷涂技术特点热喷涂技术也有其局限性：（1）喷涂层与基体结合强度较低，不能承受交变载荷和冲击载荷；（2）对于工件基体表面制备要求高，表面粗糙化处理还会在一定程度上降低零件刚性［PS：装修贴瓷砖前，需在光滑墙面上凿孔］；（3）热喷涂工艺受多种条件影响，涂层质量尚无有效检测方法。3、热喷涂技术特点4、氧－乙炔火焰喷涂技术氧－乙炔火焰喷涂技术是最早的一种喷涂方法。它是利用氧和乙炔的燃烧火焰作为热源，借助高速气流，将粉末状或丝状、棒状的涂层材料加热到熔融或半熔融状态后，再喷射到制备好的基体表面而形成涂层的一种方法。它具有设备简单、工艺成熟、操作灵活、投资少、见效快、可进行现场维修等特点。它可制备各种金属、合金、陶瓷及塑料涂层，是目前国内最常用的喷涂方法之一，在设备维修领域得到广泛应用。氧－乙炔火焰喷涂示意图4、氧－乙炔火焰喷涂技术（1）、喷涂设备依据热喷涂技术的原理，喷涂设备一般主要由喷枪、热源、涂层材料供给装置以及控制系统和冷却系统组成。对氧－乙炔火焰喷涂而言，主要有喷枪、氧气和乙炔存储器（或发生器）、喷砂设备、电火花拉毛机、表面粗化工具及测量工具等4、氧－乙炔火焰喷涂技术（2）、喷涂工艺1）、喷涂前准备工作喷涂前的准备工作内容，主要有工艺制定；材料、工具和设备准备两大方面。其中，工艺准备要着眼于工件表面的实际状况、技术要求，同时从本企业设备、工装的实际条件出发，避免好高骛远，不切实际，重点应确定喷涂层厚度及选择喷涂材料。4、氧－乙炔火焰喷涂技术2）、表面预处理为了使涂层与基体材料很好地结合，基材表面必须清洁及粗糙。净化和粗化表面的方法很多，方法的选择要根据涂层的设计要求及基材的材质、形状、厚薄、表面原始状况以及施工条件等因素而定。防腐蚀界有这么一句话“七分除锈，三分涂装”，可见除锈的重要性。4、氧－乙炔火焰喷涂技术3）、预热预热的目的是为了消除工件表面的水分和湿气，提高喷涂粒子与工件接触时的界面温度，以提高涂层与基体的结合强度；减少因基材与涂层材料的热膨胀差异造成的应力而导致的涂层开裂。预热温度取决于工件的大小、形状和材质，以及基材和涂层材料的热膨胀系数等因素。4、氧－乙炔火焰喷涂技术4）、喷涂预处理好的工件要在尽可能短的时间内进行喷涂（如喷砂后，一般2h转入喷涂工序，否则拖得太久，可能前期预处理需重新进行），喷涂参数要根据涂层材料、喷枪性能和工件的具体情况而定，优化的喷涂条件可以提高喷涂效率、并获得致密度高、结合强度高的高质量涂层。4、氧－乙炔火焰喷涂技术5）、涂层后处理喷涂所得涂层有时不能直接使用，必须进行一系列的后处理。用于防腐蚀的涂层，为了防止腐蚀介质透过涂层的孔隙到达基材引起基材的腐蚀，必须对涂层进行封孔处理（喷涂层的孔隙约占总体积的15％左右）。用作封孔剂的材料很多，有石腊、环氧树脂、硅树脂等有机材料及氧化物等无机材料，如何选择合适的封孔剂，要根据工件的工作介质、环境、温度及成本等多种因素进行考虑。4、氧－乙炔火焰喷涂技术有尺寸精度要求的，要对涂层进行机械加工。由于喷涂涂层具有与一般的金属及陶瓷材料不同的特点，如涂层有微孔，不利于散热；涂层本身的强度较低，不能承受很大的切削力；涂层中有很多硬的质点，对刀具的磨损很快等，因而形成了喷涂涂层不同于一般材料的难于加工的特点。所以必须选用合理的加工方法和相应的工艺参数才能保证喷涂层机械加工的顺利进行和保证达到所要求的尺寸精度。二、喷焊1、定义喷焊是对经预热的自溶性合金粉末涂层再加热至1000～1300℃，使颗粒熔化，造渣上浮到涂层表面，生成的硼化物和硅化物弥散在涂层中，使颗粒间和基体表面达到良好结合。最终沉积物是致密的金属结晶组织并与基体形成约0.05～0.1mm的冶金结合层，其结合强度约400MPa，抗冲击性能较好、耐磨、耐腐蚀，外观呈镜面。这一加热过程成为重熔。2、喷焊用自熔性合金粉末主要是镍、钴、铁为基体的合金，其中添加适量硼、硅等元素，以起到脱氧造渣的作用，同时还能降低合金熔点，适用于氧乙炔火焰喷焊。具体选用时，可参见厂家提供的产品样本。。3、氧乙炔火焰喷焊技术喷焊技术过程与喷涂技术过程基本相同，但是喷焊技术是在喷涂后另外加有重熔工序。根据操作顺序不同可分为：（1）一步法喷焊：是指喷粉和重熔同时进行的操作方法，即边加粉边重熔，其对工件输入热量小，变形小，适用于小型零件或小面积喷焊；（2）二步法喷焊：即是指喷粉和重熔分两步进行。氧乙炔火焰喷焊示意风机叶轮火焰喷焊耐磨层三、喷涂与喷焊的工艺区别1、喷涂层和喷焊层与基体金属的结合形成不同。把特制的自放热型镍包铝粉通过喷涂焰束加热时发生放热化学反应，在经喷砂除锈达Sa3级，RZ＞50μm的碳钢表面形成微冶金结合底层与工作层又产生“锚钩”效应的机械结合涂层，其结合强度没有喷焊工艺高，而喷焊层与基体的结合纯属冶金结合涂层。2、喷涂材料不同，喷焊要求使用自熔性合金粉末，而喷涂则对粉末的自熔性要求不高，且不一定是自熔性合金粉末，各种自熔性合金粉末既可用于喷焊又可用于喷涂，但喷涂粉末不具备自熔性只能用于喷涂而不能用于喷焊工艺。3、工件受热情况不同，喷涂与喷焊过程中，喷前预热温度不同，工件受热影响不同，喷后工件的组织、性能亦不同。一般喷涂适用于工件材料不易加高温的场合，而喷焊基体加热温度较高，所以会出现工件热变形，金相组织发生变化高。4、涂层的致密性不同，喷焊层致密，而喷涂层中有少量孔隙。5、承受载荷的能力不同，喷涂层一般能承受大面积接触，多在有润滑条件的工作表面，配合面以及其它受力较小的工况条件下使用，喷焊层却能承受较大的冲击力，挤压应力或接触应力等。实例：曲轴摩擦面喷涂金属陶瓷耐磨涂层实例：拔丝鼓摩擦面喷涂耐磨涂层