(表面工程学课件）6热喷涂、喷焊与堆焊技术.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→扩展→冷却凝固→涂层 加热熔化（关键）： 　　涂层材料在熔化过程中不产生挥发，并一般希望在撞击基体表面之前，保持完全熔化（存在临界粉末尺寸及临界熔滴滞留时间）。（式6－1） 　　熔滴的滞留时间主要取决于焰流的速度及能量密度、喷涂距离。 加速： 　　喷涂材料的喷涂速度主要由焰流速度决定，同时也与材料的粒径有关。 　　喷涂材料在飞行速度最大时撞击基体的颗粒动能与冲击变形最大，形成的涂层结合较好。 撞击基体： 　　熔滴撞击基体后扩展成薄膜，撞击时的高速度有助于熔滴的扩展，但会因为表面张力或凝固过程而停止扩展，并凝固成一种扁平的薄饼状结构。 凝固： 　　应避免完全未熔和过热。 　　部分未熔：未熔部分会反弹出来，留下空洞；或包裹在涂层中形成类似于“夹杂”的组织。 　　过热：会造成“喷溅”现象，凝固成许多小球状液滴。 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。 致密涂层中残余应力比疏松涂层的大。(涂层结构设计：梯度过渡层) 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