热喷涂技术及其发展历程与应用.ppt

1、热喷涂,热喷涂 热喷涂技术发展历史 热喷涂技术原理 热喷涂技术特点 热喷涂涂层 热喷涂工艺流程 热喷涂应用,热喷涂,热喷涂:利用热能将喷涂材料熔化，再借助高速气流将其雾化，并在高速气流的带动下粒子撞击基材表面，冷凝后形成具有某种功能的涂层。,热喷涂技术发展历史,热喷涂技术最早于1910年由瑞士肖普博士发明，当时命名：“金属喷镀” 1943年美METCO首次出版金属喷镀手册 1959年美METCO第七次出版改名火焰喷涂手册 1973年9月10-14日在伦敦召开第七届有关国际热喷涂会议，改名“金属喷涂” 1979年9月27-10月1日在美Florida州一著名休养地Miami城召开第八届国际热喷涂

2、会议，就采用“热喷涂”这一名词，这就是“热喷涂”名词的由来。,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。,热喷涂技术发展历史,我国热喷涂技术是从五十年代开始的， 当时由吴剑春和张关宝在上海组建了国内第一个专业化喷涂厂， 研制氧乙块焰丝喷及电喷装置，并对外开展金属喷涂业务。我国热喷涂技术起步较早，50年代就发展了丝材电弧喷涂； 60年代某些军工部门开始研究等离子喷涂：70年代出现了品种和型号较为齐全的喷涂设备和材料， 但总

3、的来说进展缓慢， 只是到了近些年才获得了较快的发展。,热喷涂在国内的发展,热喷涂技术原理,热喷涂是利用热源将喷涂材料加热到熔化或半熔化状态，借助于焰流或外加的推力将熔滴雾化或推动熔粒成喷射的粒束，以一定速度喷射到经过制备的基体表面形成某种功能的涂层。,典型热喷涂系统,热喷涂基本过程示意图,热喷涂基本过程示意图,热喷涂技术特点,热喷涂技术在应用上已由制备装饰性涂层发展为制备各种功能性涂层， 如耐磨、抗蚀、抗氧化、隔热、导电、绝缘、减摩、润滑、防辐射等涂层。 热喷涂既可用于修复，又可用于制造。由于涂层材料的性能优于基体，用其对零件表面进行涂覆，能使产品质量得到大幅度提高。,热喷涂技术特点,优点：

4、（1）基材及涂层材料广泛。 （2）基体温度低。 （3）操作灵活。 （4）涂层厚度范围宽。 缺点： （1）热效率低。 （2）材料利用率低， 浪费大。 （3）涂层与基材结合强度低。,热喷涂涂层,涂层材料的选择： （1）热喷涂材料最好有较宽的液相区，较宽的液相区可以使涂层材料的熔滴在较长时间内保持液相。 （2） 热稳定性好，在高温焰流中不升华，不分解。材料在热喷涂温度下如果易于分解，则不适用于热喷涂。 （3）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。 （4）与基材有相近的热膨胀系数， 以防止因膨胀系数相差过大产生较大的热应力。,热喷涂涂层,涂层形成过程： （1

5、）喷涂材料被加热到熔融状态。 （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。,热喷涂工艺流程,热喷涂的工艺流程包括： （1）表面预处理 （2）热喷涂 （3）后处理 （4）机加工等,基材表面预处理,(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。 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会； 3）增大结合面积； 4）净化表面。,表面粗化处理,（1）表面喷砂,（2）开槽,（3）电火花拉毛,（

6、4）喷涂粘结底层,热喷涂,工件表面处理好之后要在尽可能短的时间内进行喷涂。 为增加涂层与基体的结合强度，一般在喷涂工作之前，先喷涂一层厚度约0.100.15 mm的放热型的镍包铝或铝包镍粉末作为打底层，打底层不宣过厚，如超过0.2mm 不但不经济，而且结合强度下降。 喷涂镰铝复合粉末时应使用中性焰或轻微碳化焰，另外选用的粉末粒度号在180250为直，以避免产生大量烟雾导致结合强度下降。,后处理（封孔处理）,封孔处理的目的： (1）防止或阻止涂层界面处的腐蚀； (2) 在某些机械部件中防止液体和压力的密封池露； (3) 防止污染或研磨碎屑碎片进入涂层； (4) 保持陶瓷涂层的绝缘强度。 封孔处理

7、是在喷涂之后、机加工之前进行。,主要几种热喷涂技术,火焰喷涂材料及应用,粉末火焰喷涂广泛用于机械部件和化工容器、辊筒表面制备耐蚀、耐磨涂层。对喷枪喷嘴部分作适当变动后， 可用于喷涂塑料粉末,火焰喷涂,电弧喷涂的用途 1) 在钢铁构件上喷涂特、铝涂层，对构件进行长效防护。 2）在钢铁件上喷铝可防止高温氧化。 3）在钢铁件上喷不锈钢或其它耐磨金属，用于耐磨蚀防护。 4）在机械零件上啧涂碳钢、青铜等材料，用于修复零部件。 5）在塑料制品上喷涂屏蔽涂层等。 6）用电弧喷铝或喷铸生产复合铜板。,电弧喷涂,等离子喷涂,等离子弧焰流温度高，适合喷涂高熔点材料。涂层密度可达85-98% ，结合强度高达3570

8、Mpa，喷涂质量远优于火焰喷涂层。主要用于： 1）耐磨、减磨涂层； 2）耐蚀涂层； 3）抗高温氧化、抗高温气流冲刷、热障涂层； 4）制造金属、陶瓷类高烙点复合材料。,爆炸喷涂,将粉末注入喷枪，同时引入氧乙炔混合气，点燃引爆气体产生3300高温， 粉末被加热并以2倍音速以上速度喷射到工件表面，形成20mm直径，8m厚的高结合强度和高致密度的涂层。整个涂层由小圆形薄片重叠而成。,爆炸喷枪示意图,1) 航空发动机铁合金风扇叶片阻尼台上用爆炸喷涂0.25mn厚的WC，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。 3)目前爆炸喷涂主要用于制备优质耐磨涂层。,超

9、音速火焰喷涂,燃料气体（氢气、丙烷、丙烯或MAPP）和助燃剂（02） 以一定的比例导入燃烧室内混合，爆炸式燃烧，高温燃气经燃烧室上部燃烧头内的四根倾斜喷管进入铜喷嘴，粉末由送粉气（Ar或者N2）定量沿燃烧头内碳化物中心套管送入高温燃气中，由高温高速燃气带出喷嘴，高速喷嘴到工件上形成涂层，整个喷枪由循环水冷却。,各种喷涂方法比较,热喷涂的应用范围,航天航空、机械、电子、冶金、能源、交通、石油、化工、食品、轻纺等， 并在高新技术领域也得到了应用。,1.抗腐蚀/氧化涂层 2.抗磨损涂层 3.热障涂层 4.可磨密封涂层 5.修复/装饰涂层 6.电/磁/光涂层 7.特殊功能涂层,热喷涂应用实例,石油行业

10、 防护区域：杆表面， 油泵等。 工作状态：介质腐蚀、磨粒磨损等。 解决方法： 火焰喷焊、超音速喷涂、电弧喷涂。 涂层材料：镍基合金、金属陶瓷粉末、蒙乃尔合金粉等。 技术规范： 涂层厚度0.41.0mm,钻井抽油装置耐磨抗腐蚀喷涂,发电系统 防护区域： 锅炉四管（水冷壁营、过热器营、再热器营和省煤器管）、风机肘轮、风机轴承、风机轮毅等。 工作状态： 高温庸蚀、高速磨粒磨损、海水侵蚀等。 解决方法：喷涂耐磨耐蚀涂层。 涂层材料： 复合芯丝、金属陶瓷、高耐蚀合金。 喷涂工艺：电弧喷涂、超音速喷涂、喷焊。 使用效果：提高耐蚀耐磨寿命3-8倍。,电厂锅炉四壁抗磨损腐蚀,风能发电机组防腐喷涂,混流式水轮机,航空领域 防护区域： 高温燃气接触部位。 工作状态： 物料磨损、介质腐蚀等。 解决方法： 等离子喷涂、超音速喷涂。 涂层材料： 陶瓷、金属陶瓷、高温合金,印刷行业 防护区域： 辊、烘缸、储料槽。 工作状态： 物料磨损