厦门大学材料表面工程第五章课件.pptVIP

第五章 热喷涂 5.1 概述 5-2 热喷涂的一般原理 5-3 火焰喷涂 5-4 等离子喷涂 5-5 爆炸喷涂和超音速喷涂 5-6 热喷涂用材 5-7 热喷涂涂层的特性 5-8 涂层设计 5-1 概述 热喷涂 用专用设备把某种固体材料熔化并加速喷射到机件表面上，形成一特制薄层，以提高机件耐蚀、耐磨、耐高温等性能。 ? 分类： (5) 工件大小—般不受限制： (6) 涂层厚度较易控制：薄者可为几十微米，厚者可为几毫米。 (7) 可赋予普通材料以特殊的表面性能：耐磨、耐蚀、抗高温氧化、隔热、高温强度、密封、减磨、耐辐射、导电、绝缘等 。 (8) 经济效益显著。 涂层的形成 ： 熔融的粒子以一定的速度与 基体表面相碰撞产生变形， 与此同时，冷的基体会把其 热量迅速传走，粒子在变形 中凝固，从而形成圆盘状组 织，接之而来的粒子在其上 堆积，形成了热喷涂层。 ②化学结合(包括冶金结合)：基体经过预热，热喷涂粉末 有高的熔化潜热，或热喷涂粉末本身会发生放热反应(如 Ni/Al)，化学结合也可以在某些局部发生，形成所谓“焊 点”。 当熔融粒子开始碰到基体表面时，仅是物理接触，即机械 结合；若基体原子得到足够的活化能，基体原子将同粒子 的原子发生化学相互作用，对粒子与基体的结合及粒子与 粒子间的结合有很大的增强作用。 基体表面预处理： 涂层的粘结强度直接与基体表面的清洁度和粗糙度有关。 1．基体表面清洗：除去工件表面的污垢，如氧化皮、油 脂、油漆和尘埃。 2．基体表面粗化：提供表面压应力；改善残余应力的分 布；增大结合面积；净化表面。 粗化后的新鲜表面极易被氧化或受环境污染，要及时进行喷涂。 间隔最长不应超过4h，若时间过长就要重新粗化处理。 5-4 等离子喷涂 等离子的形成及其特点： 在0 K时，气体分子的两个原子成哑铃形， 仅在x ，y ，z方向上做平动[图5-8(a)] ； 当温度上升到10000K以上时，原子间产生 了振动[图5-8(b)]，由于分子之间的相互撞 击，则发生离解[图5-8(c)]，变为单原子。 N2 + UD ? N + N 温度进一步升高，电子从原子中飞出而 发生电离[图5-8(d)]。 N + UI ? N+ + e 气体电离后，在空间不仅有原子，还有自由电子和正离子，这种 状态叫做等离子体。 等离子体可分为三大类： ① 高压高温等离子体，电离度100％，温度可达几亿度，用于核聚变的研究； ② 低温低压等离子体，电离度不足1％，温度仅为50—250℃； ③ 高温低压等离子体，约有1％以上的气体被电离，具有几万度的温度。离子、自由电子、未电离的原子的动能接近于热平衡。热喷涂所利用的是这类等离子体。 4．喷涂距离和喷涂角：金属粉末喷距取75～130 mm；陶瓷粉末取50～100 mm。焰流轴线与被喷涂工件表面之间的喷涂角不能小于45?。 5．喷枪与工件的相对运动速度：一般移枪速度以较快为好。 6．基体温度控制：喷涂前把工件预热到喷涂过程中要达到的温度，然后在喷涂过程中对工件采用喷气冷却的措施，使其保持原来的温度。 ⑥ 抗表面疲劳涂层； ⑦ 红外线辐射、太阳能吸收和其它光学薄膜涂层； ⑧ 导电、绝缘涂层； ⑨ 磁性涂层、超导涂层； ⑩ 催化用涂层、热中心吸收涂层、 制造金属、陶瓷类高熔点复合材料等。 5-5 爆炸喷涂和超音速喷涂 爆炸喷涂 爆炸喷涂是利用氧气和乙炔气点火燃烧，造成气体膨胀而产生爆炸，释放出热能和冲击波。热能使喷涂的粉末熔融，冲击波使熔融粉末以约800m/s的速率喷射到零件表面上形成涂层。 超音速喷涂 超音速喷涂是通过一个喷嘴实现的，这个喷嘴按流体动力 学的原理设计。喷嘴的流道是由细的喉管和逐渐加粗到某 一尺寸的锥形管组成。 燃料气体和助燃剂(O2)以一定的比例导入燃烧室内混合，粉末由送粉气 (Ar或N2)定量沿燃烧头内碳化钨中心套管送人高温燃气中，由高温高速燃 气带出喷嘴，直接喷在工件上。 5-6 热喷涂用材 热喷涂技术的发展除了设备和工艺外就是材料的开发， 而且设备、工艺、材料三者的发展总是交错前进、互为 前提的。 线材喷涂： 设备简单，操作方便，耗能少，效率高，成本低，工艺因素影响小