SHS涂层技术.ppt

1、SHS涂层技术,SHS,自蔓延高温合成(SHSSelfpropagatingHightemperature Synthesis)是利用配合的原料自身燃烧反应放出热量使化学反应过程自发地持续进行，通过控制自维反应速率、温度和转化率等因素，进而获得具有指定成分和结构产物的一种新型材料合成手段。,自1967年，俄罗斯科学家Merzhanov首次完整地提出自蔓延高温合成概念，经过30多年发展，SHS在材料领域形成了独特的优势并广泛地应用在航空航天、石油化工、冶金矿山、地质勘探等工业生产领域。,随着现代工业发展，对矿山机械材料的表面性能有了更高的要求，特别是在高速、高温重载、磨损、腐蚀等介质条件下，材料

2、经常受恶劣的工作环境影响产生破坏、失效。,磨损失效图,表面涂层技术是采用一定的工艺方法，在零件表面制备出优于本体材料性能的表面功能薄膜或涂层，赋予零件或构件耐高温、耐腐蚀、抗磨损等性能。因此，表面涂层技术也渐渐成为国际材料科学研究的热点。,目前常用的表面涂层技术有等离子喷涂(APS)、溶胶一凝胶(SolGel)、化学气相沉积(CVD)和物理气相沉积(PVD)等方法，由于上述方法工艺繁琐，设备复杂，成本较高，在很多时候应用价值并不高。SHS高温合成涂层法能够克服上述缺点，适用于大规模生产满足不同要求的高性能复合材料。因此，对SHS合成涂层技术的研究，具有重要的学术价值和广阔的应用前景。,SHS涂

3、层技术,SHS涂层技术，通常是在金属基体上预置成分呈梯度变化的涂层物料，然后在致密条件下局部点火引燃化学反应，利用放出的热使反应持续进行，同时使基体金属表面短时间内高温熔化，涂层与基体金属间通过冶金结合而获得高粘结强度的梯度涂层。,SHS表面涂层技术的研究现状,SHS涂层技术的实质是在金属基体上预置呈梯度变化的涂层物料混合物，然后在致密条件下局部点火引燃化学反应，利用放出的热使反应持续进行，放出的热量促使材料制备。同时基体金属表面会在短时间内高温熔化，使涂层与基体金属间通过冶金结合而获得高粘结强度的梯度涂层。,SHS表面涂层技术主要研究方法,SHS气相传输涂层 SHS喷涂沉积涂层 SHS熔铸涂

4、层 SHS反应铸渗涂层 SHS烧结涂层技术,SHS气相传输涂层技术,SHS气相传输涂层技术最早由俄罗斯学者Shtessel们等提出并发展起来，是用适当的气体作为载体来输送反应原料，通过调节气相输送控制涂层中成分梯度分布，在工件表面发生化学反应，反应物沉积于工件表面的涂层技术。目前应用最广泛的气相传输涂层有两种类型：钢件表面的CrB和Cr-C、Ni、Al涂层以及硬质合金上的TiN涂层。,SHS喷涂沉积涂层技术,反应热喷涂是SHS技术与热喷涂技术结合而发展起来的新技术。热喷涂技术是利用热源(如等离子弧、电弧或火焰)将喷涂材料加热熔化或软化，并用热源自身的动力或外加高速气流雾化，使喷涂材料的熔滴以一

5、定速度喷向经过预处理的基板表面，依靠喷涂材料的物理变化和化学反应，与基板形成结合层的工艺方法。石建稳等利用超音速火焰喷涂合成技术制备了4种不同成分含量的(Ti，Mo)CTi金属陶瓷涂层，并对涂层的组织和性能进行了研究。,SHS反应药芯线材电孤喷涂,反应电弧喷涂是用药芯线材做自耗电极，利用其端部产生的电弧做热源来熔化线材外管，引燃药芯的自蔓延反应，合成出的熔滴用压缩气流雾化喷射到基材表面，形成涂层的技术。栗卓新等已经成功采用低碳钢包覆070TiB2A1：03硬质相的粉芯丝材和高速电弧喷涂(HVAS)原位合成了MMC涂层。,SHS等离子弧喷涂,在陶瓷涂层制备应用较多的是等离子喷涂。等离子喷涂陶瓷涂

6、层具有高硬度、高熔点、耐磨、隔热和绝缘等特点。一般采用常用的气稳等离子设备，喷涂粉末为高反应放热体系，在喷涂过程中同时完成材料的合成和沉积。,SHS反应火焰喷涂,反应火焰喷涂主要是利用气体作为辅助热源，引发喷涂粉末的自蔓延反应。火焰喷涂技术的主要设备是普通氧乙炔火焰喷枪，反应喷涂粉末在飞行过程中受到喷枪火焰引燃体系的放热反应并合成需要的涂层材料。目前，已成功研制出FeTiC、CrFeTiC、AlFeTiC体系的反应火焰喷涂技术。,SHS熔铸涂层技术,该技术是将高放热反应体系(其绝热燃烧温度高于产物的熔点)物料预置在基体表面，点火引燃后发生强烈的化学放热反应，使反应产物处于熔融状态，冷却后即得表

7、面涂层的一种工艺方法。根据对熔融产物所施加的致密化工艺的不同，主要有离心熔铸涂层、重力分离熔铸涂层和压力熔铸涂层。,SHS离心涂层,SHS离心铝热法(动态法)，是SHS技术与离心技术的结合。将反应物粉末装入工件内，在离心力的作用下点燃，利用铝、镁、硅和锆等粉末与金属氧化物发生反应的潜热来加热反应产物，燃烧波面首先沿轴向传播，然后沿径向传播。在离心力的作用下，熔化的产物因密度差异而分层，密度低的如Alzos陶瓷处于工件内表面形成陶瓷涂层，密度大的组分与钢管基体结合。铁处于中间过渡层，并且铁层与基体为冶金结合。,SHS重力分离涂层,SHS重力法(静态法)是利用铝热反应的大量热量将反应产物氧化铝和铁

8、熔融，并在钢管内未反应物料上部形成液相熔池。 由于熔池中液相Fe的密度大于液相A1：o。的密度，在重力的作用下，不互溶两相熔体分离，金属铁沉积于熔池底部，氧化铝浮于熔池上部。随着自蔓延反应燃烧波面和两相熔池自上而下的移动，钢管向外迅速散热冷却，液态A1。O。陶瓷自上而下附着于钢管内壁并结晶凝固，从而形成一层连续、均匀的氧化铝陶瓷涂层，多余的金属铁和陶瓷在管底部聚集脱落。,SHS压力熔铸涂层,SHS压力熔铸法区别于动态法和静态法，压力熔铸法是在外界气体压力条件下引发放热体系反应原料的SHS反应，金属表面形成熔体并与金属基体反应，形成冶金结合过渡区的金属陶瓷涂层。,SHS涂层技术的优势,表示在相同

9、的生产率基础上所得到的数据。,由于SHS涂层技术受到世界许多国家的重视，可以预见在今后几年内对SHS涂层技术的研究将集中在以下几个方面： 复杂形状工件的SHS涂层制备技术。目前制备SHS涂层都是针对直管展开研究的，但对于复杂形状的工件如弯管、三通、异形管件及复杂形状的工件如何形成高质量的SHS涂层问题也将得到充分的研究。,板材上的SHS涂层制备技术。在板材上形成SHS涂层具有重要的现实意义，例如通过形成SHS涂层对不同碳钢板料进行表面改性，使之成为制造大型设备的结构材料。 利用添加剂改善SHS图层性能。目前的燃烧合成涂层制备工艺配方所形成的SHS涂层与金属基体的界面结合性能不理想，限制了SHS

10、涂层复合钢管的工业应用。,SHS涂层技术在矿山领域的应用和展望,在选矿工业中，由于矿石硬度高、粒度大、浓度高、磨损严重。特别是矿浆输送、浮选和尾矿输送等工艺过程中，设备受到严重磨损。所以要求矿山输送矿浆管道不但要有良好的耐磨性，而且要具有良好的耐腐蚀性。SHS陶瓷内衬复合钢管重量轻，具有可切割和焊接、易安装、耐腐蚀和耐高温等特点。尤其是耐磨性明显优于铸石管和其它材料内衬钢管，目前已得到广泛应用。,目前，TiCNiFe复合涂层钢板已见报道，钢板中的Fe和TiC颗粒分布均匀，过渡层呈冶金结合的特征，组织致密、无微观裂纹、具有良好的韧性。TiC相和金属Ni相互相连续分布，TiC颗粒互相缠结形成立方体网状结构，大幅提高了耐磨性能，界面结合性能良