八章-热喷涂技术课件.ppt
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1、热喷涂技术热喷涂技术第一节第一节:概述概述v一一.热喷涂技术及其特点热喷涂技术及其特点v热喷涂技术包括热喷涂和热喷焊两种工艺方法.v热喷涂热喷涂是利用热源,将喷涂材料加热至熔融状态,通过高速气流使其雾化,喷射到工件表面,形成涂层的加工方法.v热喷焊热喷焊是在喷涂过程中或喷涂后,加热喷涂层,使其熔化并润湿工件表面,通过涂层与基体的互熔和扩散,形成与基体具有冶金结合的喷焊层的加工方法.v热喷涂技术的特点热喷涂技术的特点:(优点优点)喷涂材料异常广泛,几乎包括所有固体材料.几乎能在任何材料上进行喷涂.涂层厚度可从几十微米到几毫米.喷涂时零件温度可小于300C,零件不会产生变形和组织变化,但喷焊时零件
2、温度达900C以上.热喷涂工艺灵活,适应性强,不受工件尺寸的限制.热喷涂生产效率较高,且效果好.恢复尺寸,改善性能,延长寿命.缺点缺点:1:喷涂层与基体结合强度不太高且存在孔隙 2:喷焊件存在变形问题v热喷涂技术分类及其特点热喷涂技术分类及其特点:二二:喷涂层的结构和喷涂层与基体的结合机理喷涂层的结构和喷涂层与基体的结合机理v(一)喷涂层的结构喷涂过程中,具有一定速度和温度的喷涂材料粒子到达工件表面时,喷涂粒子以一定的动能冲击工件表面,在产生碰撞的瞬间,粒子的动能转化为热能传给工件,并与工件的粗糙表面紧密接触产生变形,迅速冷凝收缩呈扁平状粘结在工件上.喷涂材料粒子连续不断地冲击,在粒子与工件表
3、面和粒子与粒子之间就会相互交错地粘接在一起形成喷涂层.其示意图如下:喷涂层的结构特点喷涂层的结构特点:喷涂层是由无数变形粒子相互交错堆叠在一起的层状结构喷涂层中会出现氧化物夹杂.这是喷涂中,喷涂粒子与周围气体发生氧化作用.喷涂粒子和粒子之间会出现孔隙,涂层不致密.这是由于粒子的变形不充分或有未熔融的粒子冲击到工件表面的缘故.(二二)喷涂层与基体的结合机理喷涂层与基体的结合机理1:机械结合机械结合当熔融的金属粒子以一定的温度和速度撞击到经过净化和粗化处理的工件表面时,由于表面是凸凹不平的,此时,颗粒变形并填满基材表面纵横交错的沟槽.同时,颗粒冷凝收缩,与表面的凹凸处机械地紧紧咬合在一起,而形成“
4、机械结合”,即所谓“抛锚效应”.对工件表面进行粗化处理是提高涂层与基体结合强度的重要途径之一.2:金属键结合金属键结合当接触面上的原子达到原子晶格常数范围时,喷涂粒子的原子与基体的原子就会产生金属键结合力.产生金属键结合须具备两个条件:一是表面要异常干净;二是原子之间的距离必须在晶格常数以内.提高工件表面的清洁度和活性(如喷砂处理);粒子的飞行速度可提高金属键的结合力.3:微扩散结合微扩散结合由于喷涂粒子与基体接触时产生的冲撞变形,高温等条件,在接触面上有可能出现微小的扩散.如在钢材表面喷涂镍-铝复合粉未时,在接合处有几个毫米的镍-铝-铁的结合层.这种扩散有助于提高涂层与基体的结合强度.4:显
5、微冶金结合显微冶金结合v当喷涂放热型复合粉时,由于在接触面上的温度很高,有可能使工件局部熔化,而产生局部的微焊接.v目前使用的放热型粉未能使颗粒之间及颗粒与基体之间都产生显微冶金结合,不仅能提高涂层与基体的结合强度,也可提高涂层的自身强度.v因前处理时净化和粗化的程度的不同,各种喷涂方法对粒子的加热温度和加速程度的不同,再加上各种材料自身性能的差异,以上各种结合形式有时以一种形式出现,有时以多种形式同时发挥作用.三三:喷涂和喷焊的区别喷涂和喷焊的区别v工件受热情况不同.喷涂的工件表面温度始终不超过300C,一般不会改变工件的原始组织和产生变形.喷焊时的工件表面温度可达900C以上,工件可能产生
6、退火及变形.v与基体的结合状态不同.喷涂层与基体之间一般以机械结合为主,另外还可能形成其它结合,结合强度一般为3050兆帕.喷焊是通过喷涂层熔化与基体形成冶金结合.结合强度一般为300400兆帕.v喷焊材料一般是自熔合金,而喷涂不限.v喷焊层均匀致密,一般无孔隙,而喷涂层有孔隙.v喷涂层一般适用于过盈配合部位或受冲击较小的场合;喷焊层则可承受较大的冲击载荷.v喷涂工件一般不受限制,几乎可在任何材料零件上喷涂,甚至低熔点或易燃材料;而喷焊对工件有要求.四四:工件对热喷焊的适应性工件对热喷焊的适应性(或对工件的要求或对工件的要求)基体材料的熔点要高于喷焊材料的熔点基体材料的线膨胀系数与喷焊材料的线
7、膨胀系数差别要小.基体材料在喷焊时应不易产生相变基体材料中不应含有过多的与氧亲合力大的元素,如铝,锰,钒,钨,镁铜等基体材料中含硫,氮,碳的量不应过高.否则易形成脆性的硫化镍,氮化硼或碳化硼,而使喷焊层形成裂纹或剥落.目前国内外对喷焊适应性的各种金属基体材料的种类:无需特殊处理就可喷焊的材料.需预热250375C,喷焊后要缓冷的材料.喷焊后需等温退火的材料.不适合喷焊的材料.第三节第三节:氧氧-乙炔火焰喷涂乙炔火焰喷涂v一一:氧氧-乙炔火焰粉未喷涂的原理乙炔火焰粉未喷涂的原理它是以氧它是以氧-乙炔火焰为热源乙炔火焰为热源,将喷涂材料粉未加热到熔融状将喷涂材料粉未加热到熔融状态态,同时借助高速火
8、焰流喷射到经过制备的工件表面上同时借助高速火焰流喷射到经过制备的工件表面上,冷却后形成喷涂层冷却后形成喷涂层.v二二:氧氧-乙炔火焰乙炔火焰v乙炔和氧气混合物质的量之比为乙炔和氧气混合物质的量之比为1:2.5,因空气原因因空气原因,实实际的混合物质的量的比为际的混合物质的量的比为1:1.2,氧与乙炔的物质的量之比小于氧与乙炔的物质的量之比小于1时时,乙炔不能充分燃烧乙炔不能充分燃烧,这这时的火焰为碳化焰时的火焰为碳化焰.其特点是焰心较长其特点是焰心较长,没有明显的轮廓没有明显的轮廓;内焰呈蓝色内焰呈蓝色,乙炔量越多乙炔量越多,内焰越长内焰越长;乙炔含量过多时乙炔含量过多时,因因没有足够的氧而冒
9、黑烟没有足够的氧而冒黑烟.外焰是桔红色外焰是桔红色.碳化焰的温度比碳化焰的温度比中性焰要低中性焰要低.碳化焰因不能充分燃烧而分解为碳和氢碳化焰因不能充分燃烧而分解为碳和氢,能能提高涂层中的碳含量提高涂层中的碳含量,降低喷涂效率降低喷涂效率,碳和氢进一步生成碳和氢进一步生成一氧化碳或氢气一氧化碳或氢气,则会引起涂层的脆裂则会引起涂层的脆裂.2222212212622C HOCOHKJ当氧与乙炔的物质的量之比为氧与乙炔的物质的量之比为11.2时时,氧和乙炔充分然烧氧和乙炔充分然烧,这时的火焰为中性火焰这时的火焰为中性火焰.其焰芯呈光亮的蓝白色圆锥形其焰芯呈光亮的蓝白色圆锥形,有有明显的轮廓明显的轮
10、廓;焰芯外面是淡白色的焰芯外面是淡白色的,闪动的内焰闪动的内焰;内焰时的内焰时的外面是外焰外面是外焰,颜色由内到外逐渐由淡蓝色变为橙黄颜色由内到外逐渐由淡蓝色变为橙黄.中性焰中性焰的内焰温度最高可达的内焰温度最高可达3150C.中性焰是喷涂金属材料较理想的火焰中性焰是喷涂金属材料较理想的火焰,它能提高喷涂效率它能提高喷涂效率,改善涂层质量改善涂层质量.当氧与乙炔的物质的量之比大于当氧与乙炔的物质的量之比大于1.2时时,得到的火焰是氧化焰得到的火焰是氧化焰.氧氧化焰较短化焰较短,焰芯尖而短焰芯尖而短,整个火焰呈蓝紫色整个火焰呈蓝紫色.氧化焰最高温度可氧化焰最高温度可达达3500C.易氧化的金属不
11、能采用氧化焰进行喷涂易氧化的金属不能采用氧化焰进行喷涂,因氧化焰具有氧化性因氧化焰具有氧化性.氧化焰不但降低喷涂效率而且减少涂层中碳及合金元素的含量氧化焰不但降低喷涂效率而且减少涂层中碳及合金元素的含量,金属材料的喷涂一般不采用氧化焰金属材料的喷涂一般不采用氧化焰.喷涂熔点高又不易氧化的陶瓷材料时喷涂熔点高又不易氧化的陶瓷材料时,为了使其达到熔融状态而为了使其达到熔融状态而宜采用比较强的氧化焰宜采用比较强的氧化焰.三三:氧氧-乙炔火焰粉未喷涂和喷焊设备乙炔火焰粉未喷涂和喷焊设备v主要包括各种喷枪主要包括各种喷枪,氧气和乙炔供给系统及一些辅助设备和装氧气和乙炔供给系统及一些辅助设备和装置置.v喷
12、枪喷枪:v它主要由两部分组成它主要由两部分组成:火焰燃烧系统和粉未供给系统火焰燃烧系统和粉未供给系统.它的火焰供给系统与普通焊枪相似它的火焰供给系统与普通焊枪相似;粉未系统是利用氧气射吸造粉未系统是利用氧气射吸造成负压抽吸粉未成负压抽吸粉未.其工作原理是当按下粉阀开关柄其工作原理是当按下粉阀开关柄,粉斗和粉阀体中射吸室之间的粉斗和粉阀体中射吸室之间的常闭阀门打开常闭阀门打开,氧气经过射吸器装置形成负压区氧气经过射吸器装置形成负压区,粉未被吸入射粉未被吸入射吸室吸室,并以一定的速度通过混合气管和喷嘴进入火焰中并以一定的速度通过混合气管和喷嘴进入火焰中,当放开当放开粉阀开关柄时粉阀开关柄时,阀门关
13、闭阀门关闭,停止送粉停止送粉.氧气和乙炔应尽量选用瓶装氧气和乙炔应尽量选用瓶装,以尽量保证流量和乙炔的稳定以尽量保证流量和乙炔的稳定.四四:氧氧-乙炔火焰粉未喷涂工艺乙炔火焰粉未喷涂工艺(课本课本)(一一)表面预处理表面预处理.切除工件表面坏层切除工件表面坏层(如疲劳层如疲劳层,腐蚀层腐蚀层,原喷涂原喷涂层等层等);采用一切方法采用一切方法(如加热如加热300除油除油)除去疏松工件表面除去疏松工件表面的油污的油污;采用酸洗采用酸洗,碱洗碱洗,机械方法去除工件表面的氧化层机械方法去除工件表面的氧化层;采采用喷砂用喷砂,机械方法等使工件表面粗化机械方法等使工件表面粗化,粗糙表面可使涂层与粗糙表面可
14、使涂层与基体形成较强的机械结合基体形成较强的机械结合,提高涂层的结合强度提高涂层的结合强度;对不需要对不需要喷涂的部位进行遮盖喷涂的部位进行遮盖,涂刷涂料进行保护涂刷涂料进行保护.(二二)预热预热.预热温度不宜过高预热温度不宜过高,否则工件表面会出现严重的氧化否则工件表面会出现严重的氧化,导致工件变形导致工件变形,一般以一般以100150C为宜为宜.其作用其作用:去除水分去除水分,防止喷涂时形成水蒸气进入涂层影响涂层的结合防止喷涂时形成水蒸气进入涂层影响涂层的结合.较高温度有利于粒子的变形和相互咬合且工件表面的活性较高温度有利于粒子的变形和相互咬合且工件表面的活性更高更高.可提高涂层与基体的结
15、合力及粉末的利用率可提高涂层与基体的结合力及粉末的利用率.降低冷却速度降低冷却速度,并使基体产生适当热膨胀并使基体产生适当热膨胀,减小因涂层与基减小因涂层与基体热膨胀的差异导致的内应力体热膨胀的差异导致的内应力.(三三)喷涂结合层喷涂结合层.喷涂工作层之前喷涂工作层之前,先喷上一层厚度约先喷上一层厚度约0.10.15毫米的结合层毫米的结合层.常用喷涂材料为镍铝复合粉未常用喷涂材料为镍铝复合粉未.喷涂时喷涂时,火焰应调火焰应调为中性焰或轻微碳化焰为中性焰或轻微碳化焰,喷涂距离在喷涂距离在180毫米左右毫米左右.喷枪的喷射角喷枪的喷射角度尽可能与喷涂面保持垂直度尽可能与喷涂面保持垂直,最小角度不能
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