热喷涂技术及应用

《热喷涂技术及应用》由会员分享，可在线阅读，更多相关《热喷涂技术及应用（40页珍藏版）》请在装配图网上搜索。

1、12n热喷涂是利用热源将喷涂材料加热到熔化或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度喷射到经过制备的基体表面形成某种功能的涂层。的涂层。什么是热喷涂？什么是热喷涂？3Particle or Droplet generationAcceleratingHeatingSplat formation:Impact,flatteningSolidification热喷涂原理热喷涂原理4典型热喷涂系统5涂层结构涂层结

2、构6单个粒子表面形貌单个粒子表面形貌530 oC740 oC涂层断面形貌（层状结构）涂层断面形貌（层状结构）7热喷涂分类热喷涂分类线材火焰喷涂、棒材火焰喷涂线材火焰喷涂、棒材火焰喷涂 气体燃烧火焰法气体燃烧火焰法粉末火焰喷涂粉末火焰喷涂、爆炸喷涂爆炸喷涂超音速火焰喷涂超音速火焰喷涂、粉末火焰喷熔、粉末火焰喷熔电弧喷涂电弧喷涂大气等离子喷涂大气等离子喷涂热热真空等离子喷涂真空等离子喷涂喷喷 气体放电法气体放电法等离子喷涂等离子喷涂 保护气体等离子喷涂保护气体等离子喷涂涂涂水稳等离子喷涂水稳等离子喷涂超音速等离子喷涂超音速等离子喷涂等离子喷熔等离子喷熔电热法电热法：高频喷涂、线材电爆喷涂：高频喷涂

3、、线材电爆喷涂激光热源激光热源：激光喷涂、激光喷熔：激光喷涂、激光喷熔8几种主要热喷涂方法和设备几种主要热喷涂方法和设备9粉末火焰喷涂粉末火焰喷涂 喷枪通过气阀分别引入燃料气（主要采用乙炔）和氧气，经混合后从喷枪通过气阀分别引入燃料气（主要采用乙炔）和氧气，经混合后从喷咀喷出，产生燃烧火焰。合金粉末在高速氧气流的带动下由喷嘴射、喷咀喷出，产生燃烧火焰。合金粉末在高速氧气流的带动下由喷嘴射、出，穿过燃烧火焰时被加热到熔化或半熔化状态，并高速撞击在已预处出，穿过燃烧火焰时被加热到熔化或半熔化状态，并高速撞击在已预处理的基体表面上，沉积为喷涂层。理的基体表面上，沉积为喷涂层。粉末火焰喷涂原理示意图粉

4、末火焰喷涂原理示意图1-氧、乙炔混合气；氧、乙炔混合气；2-送粉气；送粉气；3-喷涂粉末；喷涂粉末；4-喷嘴；喷嘴；5-火焰；火焰；6-涂层；涂层；7-基体基体10火焰喷涂特点及应用火焰喷涂特点及应用特点：a.设备简单、轻便、初投资少，操作工艺简单，现场施工方便；b.适于机械零部件的局部修复和强化，成本低，耗时少，效益高；c.可以喷涂纯金属粉、合金、陶瓷、金属陶瓷和复合粉末等多种材料；d.涂层孔隙率较高，涂层结合强度10-30MPa。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。对喷枪喷咀部分作适当变动后，可用于喷涂塑料粉末。11等离子喷涂等离子喷涂在阴极和阳极（喷

5、嘴）之间产生一直流电弧。该电弧把导入的工作气体加热电离成高温等离子体并从喷嘴喷出形成等离子焰。粉末由送粉气体送入等离子射流后被熔化、加速、喷射到以预处理的基体材料表面形成涂层。等离子喷涂原理示意图等离子喷涂原理示意图1-喷涂粉末；喷涂粉末；2-工作气；工作气；3-阴极；阴极；4-阳极；阳极；5-等离子射流；等离子射流；6-基体；基体；7-喷涂层喷涂层;12APS设备组成13APS涂层特点及应用特点特点:a.喷涂材料范围广：制备难熔金属、陶瓷、金属陶瓷复合材料涂层及其它特殊功能涂层；b.等离子弧温度高，能量集中，焰流速度高涂层结合强度高，可达35-70MPa，气孔率可控制到2-5%；c.惰性气体

6、等离子射流有保护气氛，加氢的射流有还原气氛，避免或减少了喷涂粒子的氧化；应用：应用：制备质量要求高的耐蚀、耐磨、隔热、绝缘、抗高温和特殊功能涂层。14电弧喷涂是将两根被喷涂的金属丝作为自耗性电极，利用其端面产电弧喷涂是将两根被喷涂的金属丝作为自耗性电极，利用其端面产生的电弧作热源来熔化金属丝材，用压缩空气进行雾化的热喷涂方法。生的电弧作热源来熔化金属丝材，用压缩空气进行雾化的热喷涂方法。电弧喷涂原理示意图电弧喷涂原理示意图1-直流电源；直流电源；2-金属丝；金属丝；3-送丝滚轮；送丝滚轮；4-导电块；导电块；5-导电嘴；导电嘴；6-空气喷嘴；空气喷嘴；7-电弧；电弧；8-喷涂射流；喷涂射流；9

7、-涂层；涂层；10-基体基体电弧喷涂15电弧喷涂设备161)钢铁构件上制备Zn、Al长效防护涂层；2）在钢铁件上喷涂不锈钢或其它耐磨金属，用于耐磨蚀防护；3)喷涂碳钢、铬钢、青铜、巴氏合金等材料，用于修复零件已磨损或尺寸超差的部位；4)在电容器上喷涂导电涂层，在塑料制品上喷涂屏蔽涂层等。电弧喷涂典型应用17爆炸喷涂爆炸喷涂 将一定比例和流量的乙炔和氧气引入内径为25mm的水冷枪筒内，与同时引入的喷涂粉末混合，通过火花塞瞬间引爆，枪筒内的温度突然上升到3300以上,气体燃烧的速度超过音速的十倍，形成冲击波,爆炸的热能将喷涂粉末加热到熔融或半熔融状态，并使熔粒加速到2倍音速喷出，撞击到基体表面形成

8、涂层，此后将氮气引入枪筒内置换，直到下一个爆炸过程开始，喷涂频率可达每秒4-8次。18爆炸喷涂原理示意图爆炸喷涂原理示意图1-氮气；氮气；2-粉末；粉末；3-火花塞；火花塞；4-喷涂射流；喷涂射流；5-涂层；涂层；6-基体；基体；7-氧气；氧气；8-乙炔乙炔19爆炸喷涂设备201)涂层结合强度高：它与基材的结合力比等离子喷涂高，涂层结合强度高：它与基材的结合力比等离子喷涂高，尤其是尤其是WC-Co涂层比等离子喷涂高涂层比等离子喷涂高2倍以上；倍以上；2)涂层硬度高：喷涂涂层硬度高：喷涂WC-Co涂层的断面硬度比等离子喷涂层的断面硬度比等离子喷涂高涂高50%以上；以上；3)气孔率低：喷涂气孔率低

9、：喷涂WC-Co涂层气孔率一般只有涂层气孔率一般只有0.5%；4)目前爆炸喷涂主要用于制备优质耐磨涂层。目前爆炸喷涂主要用于制备优质耐磨涂层。爆炸喷涂特点及应用爆炸喷涂特点及应用21l燃料气体（氢气、丙烷、丙烯或燃料气体（氢气、丙烷、丙烯或MAPP）和助燃剂（）和助燃剂（O2)以一定的比例导入燃烧室内混合，爆炸式燃烧，高温燃气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咀，粉末经燃烧室上部燃烧头内的四根倾斜喷管进入铜喷咀，粉末由送粉气（由送粉气（Ar或或N2）定量沿燃烧头内碳化钨中心套管送）定量沿燃烧头内碳化钨中心套管送入高温燃气中，由高温高速燃

10、气带出喷咀，高速喷射到工入高温燃气中，由高温高速燃气带出喷咀，高速喷射到工件上形成涂层，整个喷枪由循环水冷却。件上形成涂层，整个喷枪由循环水冷却。超音速火焰喷涂超音速火焰喷涂 22Jet-Kote超音速粉末火焰枪原理图超音速粉末火焰枪原理图1-粉末及送粉气；粉末及送粉气；2-冷却水；冷却水；3-冷却水；冷却水；4-氧气；氧气；5-燃料气；燃料气；23超音速火焰喷涂设备241)火焰及喷涂粒子速度极高：燃气流速可达火焰及喷涂粒子速度极高：燃气流速可达1500-2000m/s，粉，粉粒撞击到工件表面的速度为粒撞击到工件表面的速度为550800 m/s；2)粉粒在火焰中加热时间长：喷涂粉末以中心轴式方

11、法供给，粉粒在火焰中加热时间长：喷涂粉末以中心轴式方法供给，这种供粉方式使粉末在火焰中停留时间长，能均匀地受热熔这种供粉方式使粉末在火焰中停留时间长，能均匀地受热熔融，产生集中的喷射束流；融，产生集中的喷射束流；3)熔粒与周围大气接触时间短：这可避免碳化物材料分解和脱熔粒与周围大气接触时间短：这可避免碳化物材料分解和脱碳；碳；4)喷涂粉末细微，涂层光滑：粉末粒度为喷涂粉末细微，涂层光滑：粉末粒度为5-45m，可获得表，可获得表面光滑的涂层；面光滑的涂层；5)涂层致密，结合强度高：涂层的孔隙率可小于涂层致密，结合强度高：涂层的孔隙率可小于0.1%，结合，结合力可大于力可大于100N/mm2；6)

12、气体耗量大、喷涂噪声大：目前喷枪所消耗的气体远大于一气体耗量大、喷涂噪声大：目前喷枪所消耗的气体远大于一般火焰喷涂；般火焰喷涂；7)被广泛使用来制备碳化物（被广泛使用来制备碳化物（WC-Co、NiCr-Cr3C2）涂层和）涂层和耐蚀涂层。耐蚀涂层。特点及应用25热喷涂的应用范围热喷涂的应用范围p 航天航空、机械、电子、冶金、能源、交通、航天航空、机械、电子、冶金、能源、交通、石油、化工、食品、轻纺等，并在高新技术领域石油、化工、食品、轻纺等，并在高新技术领域也得到了应用。也得到了应用。261抗腐蚀抗腐蚀/氧化涂层氧化涂层 1)抗化学腐蚀涂层：涂层材料主要有抗化学腐蚀涂层：涂层材料主要有Ni、N

13、iCr、NiAl、Al2O3、TiO2、Y2O3、Ta、Mo、塑性等；、塑性等；2)抗大气抗大气/电化学腐蚀涂层：电化学腐蚀涂层：涂层材料主要有：涂层材料主要有：Al、Zn、AlZn、青铜、不锈钢、蒙乃尔合金、镍基合金；、青铜、不锈钢、蒙乃尔合金、镍基合金；3)抗氧化涂层：抗氧化涂层：涂层材料主要有：涂层材料主要有：NiCr、MCrAlY（M为为Ni、Co或或Fe）、）、Mo、镍基合金和铝化物等。、镍基合金和铝化物等。涂层应用分类涂层应用分类272抗磨损涂层抗磨损涂层:抗滑动磨损、磨料磨损、冲蚀磨损、微动磨损、气蚀磨损等，其涂层材料主要有：Al2O3/TiO2、Cr2O3、WC/Co、TiC/

14、NiCr、高碳钢、不锈钢、NiCrBSi、CoCrW、Cr3C2/NiCr、Mo等。3 3热障涂层：热障涂层：热喷涂材料主要有ZrO2/Y2O3、ZrO2/MgO、ZrO2/CeO2、MCrAlY、NiAl等。4可磨密封涂层：可磨密封涂层：涂层材料主要有Al/聚酯、Ni/石墨、NiCr/Al2O3、NiCr/TiC、NiCr/SiC、ZrO2等。285.5.修复修复/装饰涂层装饰涂层 涂层材料主要有Ni、Al、Cu、铝青铜、不锈钢、碳钢、NiAl、NiCr、Mo等。6电电/磁磁/光涂层光涂层:电/磁/光涂层包括绝缘涂层、导电涂层、半导体与超导体涂层、压电涂层、电致伸缩涂层、辐射、吸收及反射涂层

15、、光-电涂层等。7特殊功能涂层:生物种植、梯度功能材料、复合材料制造、防滑表面和模具制造中。29热喷涂的应用实例热喷涂的应用实例30石油行业l 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0.41.0 mm钻井抽油装置耐磨抗腐蚀喷涂31发电系统l 防护区域：锅炉四管（水冷壁管、过热器管、再热器管和省煤器（水冷壁管、过热器管、再热器管和省煤器管）管）、风机叶轮、风机轴承、风机轮毂等。工作状态：高温腐蚀、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

16、、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。电厂锅炉四璧抗磨损腐蚀电厂锅炉四璧抗磨损腐蚀风能发电机组防腐喷涂风能发电机组防腐喷涂混流式水轮机混流式水轮机32航空l 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 33印刷行业l 防护区域：辊、烘缸、储料槽。工作状态：物料磨损、介质腐蚀。解决方法：超音速喷涂WC-CoCr涂层、火焰喷涂金属钼涂层、电弧喷涂耐蚀合金印刷设备辊筒耐磨防腐喷涂印刷设备辊筒耐磨防腐喷涂34钢结构防腐东方明珠电视塔钢结构天线喷铝东海大桥桥墩

17、支架喷铝三峡永久闸门喷锌桥梁防腐及维护35钢铁冶金行业瓦楞辊炉辊喷涂36l涂层功能：恢复尺寸、耐磨 涂层材料：Ni、Fe、Co基基合金 工艺方法：火焰喷涂、电弧喷涂、等离子弧喷涂、超 音速火焰喷涂 机械轴类零件37耐磨衬套涂层功能：恢复尺寸、耐腐蚀涂层材料：Ni基合金、马氏体不锈钢工艺方法：火焰喷涂、电弧喷涂、超音速火焰喷涂38热喷涂特点热喷涂特点1.喷涂材料的选择范围广泛喷涂材料的选择范围广泛,它几乎包括所有的固体它几乎包括所有的固体材料；如金属及其合金，各种陶瓷及金属陶瓷、材料；如金属及其合金，各种陶瓷及金属陶瓷、塑料和各种类型的复合材料等。塑料和各种类型的复合材料等。2.选择合适的工艺方

18、法几乎选择合适的工艺方法几乎能在任何固体材料表面能在任何固体材料表面上进行喷涂。上进行喷涂。3.一般一般不受施工场所的限制不受施工场所的限制，既可以在室内喷涂，既可以在室内喷涂，又可以现场施工。又可以现场施工。4.一般不受工件尺寸及形状限制一般不受工件尺寸及形状限制，既可对大型构件，既可对大型构件进行大面积喷涂，也可以对工件进行局部喷涂。进行大面积喷涂，也可以对工件进行局部喷涂。5.涂层厚度涂层厚度可以在几十微米到几毫米范围内控制，可以在几十微米到几毫米范围内控制，因此可作薄涂层或厚涂层使用。因此可作薄涂层或厚涂层使用。396.除喷熔外，热喷涂工艺对除喷熔外，热喷涂工艺对基体材料热影响基体材料

19、热影响较小，较小，并且可以进行控制，它不会影响基体金属的金相并且可以进行控制，它不会影响基体金属的金相组织和机械性能。组织和机械性能。7.能使涂层具有耐磨、耐蚀、耐氧化、耐高温、隔能使涂层具有耐磨、耐蚀、耐氧化、耐高温、隔热、导电、绝缘、密封、减磨、辐射及电子发射热、导电、绝缘、密封、减磨、辐射及电子发射等不同功能或使等不同功能或使涂层具有复合功能涂层具有复合功能。8.热喷涂的热喷涂的生产率高生产率高，对于大多数热喷涂工艺方法，对于大多数热喷涂工艺方法，其生产率可达每小时数公斤，有的方法甚至可达其生产率可达每小时数公斤，有的方法甚至可达每小时数十公斤。每小时数十公斤。9.与其它堆焊方法比较，火焰喷熔层和等离子喷熔与其它堆焊方法比较，火焰喷熔层和等离子喷熔层的层的冲淡率较低冲淡率较低，而且表面成形平整、光滑、加，而且表面成形平整、光滑、加工余量少，节省合金材料。工余量少，节省合金材料。10.废旧件采用热喷涂修复后，还废旧件采用热喷涂修复后，还能比新件具有更能比新件具有更高的性能和更长的使用寿命。高的性能和更长的使用寿命。40谢谢大家！谢谢大家！