热喷涂喷焊与堆焊技术精要.ppt

6 热喷涂、喷焊与堆焊技术 教学目的和要求 　　 　 学习热喷涂、喷焊与堆焊技术的工艺流程，主要工艺方法及其基本原理与主要特点；热喷涂层的组织特征及涂层应力特点。 重点：热喷涂技术的技术原理与特点、工艺流程、涂层形成过程、喷涂层的组织特征及涂层应力特点。 前言 热喷涂、喷焊、堆焊技术都是利用热能(如氧-乙炔火焰、电弧、等离子火焰等)将具有特殊性能的涂层材料熔化后涂敷在工件上形成涂层的技术。 重要特点：可以制备比较厚的涂层(0.1-10mm)。 主要应用：制造复合层 零件修复 6.1 热喷涂技术 一、热喷涂技术原理与特点 1、热喷涂原理 定义：采用各种热源使涂层材料加热熔化或半熔化，然后用高速气体使涂层材料分散细化并高速撞击到基体表面形成涂层的工艺过程。 分类： 2. 热喷涂技术的特点 涂层及基体材质广泛 基体温度低 操作灵活 喷涂效率高、涂层厚度范围宽 (不足)热效率低、材料利用率低、涂层与基体结合强度较低。(三低) 3. 涂层材料 有较宽的液相区，在喷涂温度下不易分解或挥发； (碳化钨-金属复合材料) 必须是线材或粉末材料 4. 涂层形成过程 涂层材料经加热熔化和加速→撞击基体→冷却凝固→形成涂层 5. 涂层结构 组成： 由大小不一的扁平颗粒、未熔化的球形颗粒、夹杂和孔隙组成。(共性) 孔隙产生原因： 未熔化颗粒的低冲击动能； 喷涂角度不同时造成的遮蔽效应； 凝固收缩和应力释放效应。 孔隙的影响： (不利)将损坏涂层的耐腐蚀性能，增加涂层表面加工后的粗糙度，降低涂层的结合强度、硬度、耐磨性。 (有利)孔隙可以储存润滑剂，提高涂层的隔热性能，减小内应力并因此增加涂层厚度，以及提高涂层抗热震性能。此外，孔隙还有助于提高涂层的可磨耗性能，特别适用于可磨耗封严涂层中。 6. 热喷涂中的相变 高冷速(106K/s)→亚稳相→使用时相变或分解→相变应力 7. 涂层应力 喷涂完成后，在涂层内部会产生残余张应力而在基体表面产生压应力。其大小与涂层厚度成正比。 薄涂层(小于0.5mm)一般比厚涂层更加经久耐用。 涂层结构和喷涂方法影响涂层的应力水平。(涂层结构设计) 致密涂层中残余应力比疏松涂层的大。 8. 涂层的结合强度 结合强度较差。 结合机理： 机械结合(抛锚作用)：机械咬合 微冶金结合：局部扩散(扩散层≤0.5μm)和焊合 　 　结合强度只相当于母体材料的5－30%（10－90MPa）。 9. 热喷涂工艺流程和质量控制 工艺流程：基体表面预处理、热喷涂、后处理、精加工等过程。 清洗与粗化是两个非常重要工艺步骤，直接影响涂层的结合质量。 粗化表面可使涂层与基体之间、涂层颗粒之间的结合得到强化： 　①提供表面压应力； 　②提供涂层颗粒互锁的结构； 　③增大结合面积； 　④净化表面。 粗化处理一般采用喷砂加粘结底层的办法。 粘结底层：能够在很宽的条件下喷涂并粘结在清洁、光滑的表面上的涂层，且其表面粗糙度适中，对随后喷涂的其它涂层有良好的粘结作用。 粘结底层适用于太薄或太硬的基体材料。 采用喷砂加粘结底层的粗化处理方法，可明显提高结合强度。 喷涂质量控制： 热能的产生 热能与喷涂材料交互作用 颗粒与基体交互作用 涂层的后处理包括封孔处理和致密化处理。 多孔隙是热喷涂层的固有缺陷(孔隙度0.025-50%)。 封孔处理的作用： 　①防止或阻止涂层界面处的腐蚀； 　②延长防护涂层的寿命； 　③在某些机械部件中防止液体和压力的密封泄露； 　④防止污染或研磨碎屑碎片进入涂层； 　⑤保持陶瓷涂层的绝缘强度。 致密化处理的方法及技术： 重熔致密化处理：火焰重熔，炉内重熔，感应重熔，激光束重熔，电子束重熔等； 高温致密化处理：热等静压，热扩散，高温烧结等； 复合工艺处理：喷涂－电镀工艺，喷涂―轧制工艺等。 机加工对热喷涂层是必要的，也是较困难(硬度和粗糙度)的。 二、热喷涂工艺方法 1. 火焰喷涂工艺 种类： 线材火焰喷涂 粉末火焰喷涂 历史悠久，且目前仍广泛使用。 热源： 氧-乙炔、丙烷、氢气、天然气等 特点： (优点)设备投资少，无电力要求，操作容易，沉积效率高等 (缺点)涂层氧含量较高，孔隙较多，焰流温度较低，涂层种类较少，涂层结合强度偏低，涂层质量不高。 2. 电弧喷涂工艺 工作电压：18—40V直流电压 特点： (优点)涂层密度及结合强度较高，喷涂速度和沉积效率高，运行费用较低。 (缺点)