热喷涂技术及应用

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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

2、结构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

3、涂、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

4、图粉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

5、子喷涂在阴极和阳极（喷嘴）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

6、可控制到2-5%； c. 惰性气体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

7、弧；电弧；8-喷涂射流；喷涂射流；9-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，

8、并使熔粒加速到2倍音速喷出，撞击到基体表面形成涂层，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20l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；l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5

9、0%以上；以上；l气孔率低：喷涂气孔率低：喷涂WC-Co涂层气孔率一般只有涂层气孔率一般只有0.5%；l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