1、第一節(jié)熱噴涂技術(shù) 一、 噴涂技術(shù)的原理與特點(diǎn) 1 熱噴涂原理 利用熱能將噴涂材料熔化，再借助高速氣流將其霧化，并在高速氣流的帶動(dòng)下粒子撞擊基材表面，冷凝后形成具有某種功能的涂層。,第六章 熱噴涂、噴焊與堆焊技術(shù),（1） 噴涂材料被加熱到熔融狀態(tài)。 （2） 噴涂材料被霧化成微小熔滴并高速撞擊基體表面，撞擊基體的顆粒動(dòng)能越大和沖擊變形越大，形成的涂層結(jié)合越好。 （3） 熔融的高速粒子在沖擊基材表面后發(fā)生變形，冷凝后形成涂層。,2 涂層形成過程,涂層性能具有方向性，垂直和平行涂層方向上的性能不一致。 涂層中伴有氧化物等夾雜，存在部分孔隙，孔隙率420。,3 涂層結(jié)構(gòu)（1）,涂層是由無數(shù)變形粒子互相交

2、錯(cuò)堆疊在一起，形成一層堆積而成的層狀結(jié)構(gòu)。,涂層內(nèi)有一定比例的孔隙，產(chǎn)生原因是： （1） 噴涂角度不同造成的遮蔽效應(yīng)； （2） 涂層材料凝固收縮時(shí)形成的空隙。 孔隙將降低涂層的硬度、耐磨性和耐蝕性。 涂層內(nèi)的氧化夾雜物含量及涂層的致密度取決于加熱源、噴涂材料及噴涂工藝。,涂層結(jié)構(gòu)（4）,涂層冷凝收縮時(shí)，涂層外層的拉應(yīng)力、涂層內(nèi)層的壓應(yīng)力、組織轉(zhuǎn)變產(chǎn)生的微觀應(yīng)力，結(jié)果使涂層產(chǎn)生殘余張應(yīng)力，應(yīng)力大小與涂層厚度成正比，當(dāng)張應(yīng)力超過涂層與基材之間結(jié)合強(qiáng)度時(shí)，涂層就會(huì)發(fā)生破壞。,4 涂層應(yīng)力（1）,殘余應(yīng)力限制了涂層的厚度。減少涂層殘余應(yīng)力措施： （1） 調(diào)整噴涂工藝參數(shù)； （2）致密涂層的殘余應(yīng)力要比

3、疏松涂層大； （3） 采用梯度過渡層緩和涂層內(nèi)應(yīng)力。,涂層應(yīng)力（2）,包括涂層與基材之間、涂層中顆粒與顆粒之間的結(jié)合，結(jié)合形式有： （1） 機(jī)械結(jié)合：撞成扁平狀的顆粒和凸凹不平的基材表面互相嵌合(即拋錨效應(yīng))而結(jié)合在一起。,5 涂層的結(jié)合強(qiáng)度（1）,（2） 物理結(jié)合：熔融粒子的原子與基材表面原子之間距離達(dá)到晶格常數(shù)范圍時(shí)，產(chǎn)生范德華力，形成物理結(jié)合。 （3） 冶金-化學(xué)結(jié)合：熔融粒子撞擊基材表面時(shí)釋放出的能量使噴涂材料與基材之間發(fā)生局部擴(kuò)散和焊合，形成冶金結(jié)合。如噴涂鎳包鋁復(fù)合粉末時(shí)的放熱反應(yīng)。 熱噴涂的涂層與基材的結(jié)合主要以機(jī)械結(jié)合為主，結(jié)合強(qiáng)度較差(70MPa)。,涂層的結(jié)合強(qiáng)度（2）,1

4、 熱噴涂技術(shù)的分類 按熱源分類，各噴涂方法的焰流溫度和粒子速度不同。,二、熱噴涂技術(shù)的分類及其特點(diǎn),（1） 可在各種基材上制備各種涂層； （2） 基材溫度低（30 200），熱影響區(qū)淺，變形??； （3） 涂層厚度范圍寬（0.5 5mm） ； （4） 操作靈活，可在不同尺寸和形狀的工件上噴涂； （5） 加熱效率低，噴涂材料利用率低， （6） 涂層與基體結(jié)合強(qiáng)度低。,熱噴涂技術(shù)的特點(diǎn),1 噴涂材料的分類和要求 熱噴涂材料按材料的形態(tài)分線材、棒材和粉末三大類。,三、熱噴涂材料,熱噴涂材料分類（金屬類，表1-3）,熱噴涂材料分類（非金屬類，表1-3）,（1）熱穩(wěn)定性好，在高溫焰流中不升華，不分解(復(fù)合

5、粉末）。 （2） 有較寬的液相區(qū)，使熔滴在較長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)保持液相。 （3）與基材有相近的熱膨脹系數(shù)，以防止因膨脹系數(shù)相差過大產(chǎn)生較大的熱應(yīng)力。 （4） 噴涂材料在熔融狀態(tài)下應(yīng)和基材有較好的浸潤(rùn)性，以保證涂層與基材之間有良好的結(jié)合性能。,熱噴涂材料的要求,（1） 要把實(shí)用性、工藝性和經(jīng)濟(jì)性結(jié)合起來考慮，盡量選擇合理的噴涂材料。 （2） 對(duì)于重要的部件以獲得最優(yōu)涂層性能為準(zhǔn)則；不十分重要的部件則以獲得最大的經(jīng)濟(jì)效益為準(zhǔn)則。 （3） 根據(jù)工件的工作環(huán)境選擇合適的工作涂層。 （4） 為滿足噴涂工件的使用要求，可采用復(fù)合涂層和梯度涂層。,2 熱噴涂材料的選材原則,質(zhì)量控制要素（4M）：設(shè)備（Machine）

6、、材料（Materials）、工藝（Methods）和人員（Man）。 熱噴涂工藝流程包括基材表面預(yù)處理、熱噴涂、后處理和精加工等過程。,四、熱噴涂工藝流程和質(zhì)量控制,熱噴涂工藝流程,（1） 凈化處理：清除表面污垢。 （2） 粗化處理：提高涂層與基體之間的結(jié)合牢度。,1 基材表面預(yù)處理,粗化處理可提高涂層結(jié)合強(qiáng)度的理由是： 1） 提供表面壓應(yīng)力； 2） 提供與涂層顆?；ユi機(jī)會(huì)； 3） 增大結(jié)合面積； 4） 凈化表面。,1） 表面噴砂，使其粗糙度為Ra3.212.5m；,粗化處理的方法（1）,2） 開槽；,粗化處理的方法（2）,粗化處理的方法（3）,4） 噴涂粘結(jié)底層。,3） 電火花拉毛；,封孔

7、處理的目的： （1） 防止或阻止涂層界面處的腐蝕； （2） 在某些機(jī)械部件中防止液體和壓力的密封泄露； （3） 防止污染或研磨碎屑碎片進(jìn)入涂層； （4） 保持陶瓷涂層的絕緣強(qiáng)度。 封孔處理是在噴涂之后、機(jī)加工之前進(jìn)行。,2 涂層的后處理（封孔處理）,常用封孔劑,1 火焰噴涂 用氧乙炔氣體作為加熱源，用燃?xì)饣蚨栊詨嚎s氣體霧化并加速噴涂材料，在基材表面沉積形成涂層。 火焰噴涂包括線材火焰噴涂和粉末火焰噴涂。,五、熱噴涂方法,常用的火焰噴涂材料及用途,線材火焰噴涂設(shè)備示意圖和噴涂槍。,（1）線材火焰噴涂,（1）線材火焰噴涂 線材火焰噴涂原理圖。,（2）粉末火焰噴涂 粉末火焰噴涂的基本原理和噴涂槍。,

8、（2）粉末火焰噴涂,工藝流程 工件表面預(yù)處理預(yù)熱噴涂打底層噴涂工作層后處理。 a) 預(yù)熱目的： 1） 去除工件表面的水分； 2） 提高工件表面與熔粒的接觸溫度； 3） 降低涂層冷卻速度，減小涂層內(nèi)應(yīng)力。 預(yù)熱溫度一般控制在150300為宜?？芍苯佑脟姌岊A(yù)熱。,火焰噴涂工藝（1）,b) 噴涂 需打底層時(shí)，可在噴涂工作層之前用鉬或放熱型的鎳包鋁、鋁包鎳粉末先噴涂一層厚度約0.100.15mm的打底層。 嚴(yán)格控制噴涂材料的供給速度、噴涂距離（100150mm）、每道涂層的厚度（0.10.15mm）、噴槍與工件的移動(dòng)速度（718mmin）和層間溫度（250）等。,火焰噴涂工藝（2）,c) 噴后處理 對(duì)

9、防腐涂層應(yīng)進(jìn)行涂層后處理。,火焰噴涂工藝（3）,電弧噴涂原理示意圖、設(shè)備和噴槍。,2 電弧噴涂,1）熱效率高：電弧噴涂熱能利用率高達(dá)6070。 2）涂層密度（7090）比火焰噴涂涂層致密，結(jié)合強(qiáng)度比火焰噴涂高。,（1）電弧噴涂特點(diǎn),3） 電弧噴涂可以利用兩根成分不同的金屬絲制備假合金涂層。 4） 由于電弧噴涂是兩絲同時(shí)送進(jìn)，所以噴涂效率高。 5） 火焰噴涂消耗的燃料費(fèi)是電弧噴涂電費(fèi)的幾十倍。,電弧噴涂特點(diǎn)（2）,電弧噴涂主要工藝參數(shù)有： 1） 電弧電壓：取決于噴涂材料的熔點(diǎn)，一般不低于1525V。 2） 電弧電流：電弧電流有自調(diào)節(jié)作用，調(diào)節(jié)電流可維持電弧的長(zhǎng)度和穩(wěn)定性。 3） 送絲速度：取決于

10、電參數(shù)和線材的性質(zhì)，決定了電弧噴涂速度。 4） 壓縮空氣壓力和流量：影響噴涂材料的霧化效果和熔粒的飛行速度，對(duì)涂層的質(zhì)量有很大的影響。 5） 噴涂距離應(yīng)控制在100200mm，噴涂角不應(yīng)小于45。,（2）電弧噴涂工藝（1）,1） 在鋼鐵構(gòu)件上噴涂鋅、鋁涂層，對(duì)構(gòu)件進(jìn)行長(zhǎng)效防護(hù)。 2） 在鋼鐵件上噴鋁可防止高溫氧化。 3） 在鋼鐵件上噴不銹鋼或其它耐磨金屬，用于耐磨蝕防護(hù)。 4） 在機(jī)械零件上噴涂碳鋼、青銅等材料，用于修復(fù)零部件。 5）在塑料制品上噴涂屏蔽涂層等。 6） 用電弧噴鋁或噴鋅生產(chǎn)復(fù)合鋼板。,（3） 電弧噴涂的用途,利用非轉(zhuǎn)移等離子弧作為熱源對(duì)噴涂材料進(jìn)行加熱、加速、涂敷。,3 等離子

11、噴涂,等離子焰流溫度高、流速快，因此噴涂效率高、涂層致密、結(jié)合強(qiáng)度高、基材表面熱影響區(qū)小。,由等離子弧電源、電器控制、噴槍、氣源、送粉系統(tǒng)、水冷系統(tǒng)等組成。,（1）等離子噴涂設(shè)備,等離子噴涂噴槍及噴嘴。 粉末送入方式：外送式和內(nèi)送式。,等離子噴涂設(shè)備（2）,1） 輸入功率和電參數(shù)：確保粉末熔化良好，防止出現(xiàn)生粉。 2） 等離子氣體的選擇： 氮?dú)猓簾犰矢?，價(jià)格低廉，是等離子噴涂主要工作氣體。 氬氣：易于引弧，等離子弧穩(wěn)定，有很好的氣體保護(hù)作用。 氫氣：可作為輔助氣體起到提高熱焓和防氧化的作用。,（2） 等離子噴涂工藝（1）,3） 供粉速率：速率過大使熔化不良的粉粒增多，涂層組織疏松、氣孔率增大；

12、速率過低則降低噴涂效率。 4） 噴涂距離和噴涂角：噴涂金屬粉末時(shí)噴距為75130mm；噴涂陶瓷粉末時(shí)噴距為50100mm。噴涂角度以90為最佳。 5） 噴槍與工件的相對(duì)移動(dòng)速度：移動(dòng)速度快些為好，可防止一次噴涂過厚導(dǎo)致涂層內(nèi)應(yīng)力過大，還可避免局部過熱。,等離子噴涂工藝（2）,1） 耐磨、減磨涂層； 2） 耐蝕涂層； 3） 抗高溫氧化、抗高溫氣流沖刷、熱障涂層； 4） 制造金屬、陶瓷類高熔點(diǎn)復(fù)合材料。,（3） 等離子噴涂的應(yīng)用,等離子弧焰流溫度高，適合噴涂高熔點(diǎn)材料。涂層密度可達(dá)8598，結(jié)合強(qiáng)度高達(dá)3570Mpa，噴涂質(zhì)量遠(yuǎn)優(yōu)于火焰噴涂層。主要用于：,（1）工作原理 將粉末注入噴槍，同時(shí)引入氧

13、-乙炔混合氣，點(diǎn)燃引爆氣體產(chǎn)生3300高溫，粉末被加熱并以2倍音速以上速度噴射到工件表面，形成20mm直徑，8m厚的高結(jié)合強(qiáng)度和高致密度的涂層。整個(gè)涂層由小圓形薄片重疊而成。,4爆炸噴涂,（2）爆炸噴涂工藝參數(shù),1） 涂層和基材的結(jié)合強(qiáng)度非常高（85MPa）。 2） 涂層致密（最高密度可達(dá)99.9）。 3） 工件表面溫度低。 4） 效率非常低，運(yùn)行成本高，只用于含碳化物涂層的噴涂。,（3）爆炸噴涂特點(diǎn),1） 航空發(fā)動(dòng)機(jī)鈦合金風(fēng)扇葉片阻尼臺(tái)上用爆炸噴涂0.25mn厚的WC，壽命提高10倍； 2） 燃燒室的定位卡環(huán)上噴一層0.12mm厚Cr3C2，壽命提高7倍。,（4）爆炸噴涂應(yīng)用,（1）超音速火

14、焰噴涂原理 超音速火焰噴涂原理圖。,超音速火焰噴涂 (High Velocity Oxygen Fuel，簡(jiǎn)稱HVOF),1） 焰流速度高但溫度相對(duì)較低，適合噴涂含碳化物材料。 2） 涂層致密（99.9），表面粗糙度低。 3） 結(jié)合強(qiáng)度略低于爆炸噴涂，達(dá)70MPa以上。 4） 噴涂效率高，但燃料消耗大，噴涂成本比較高。； 5） 噪音大(120dB)，需有隔音和防護(hù)裝置。,（3）超音速噴涂的特點(diǎn),超音速噴涂的涂層質(zhì)量?jī)?yōu)于等離子噴涂的涂層。,（4）涂層性能及應(yīng)用,各種熱噴涂方法比較,1 對(duì)涂層結(jié)合力要求不高，噴涂材料熔點(diǎn)2500，可采用火焰噴涂。 2 對(duì)涂層性能要求較高，噴涂高熔點(diǎn)材料時(shí)時(shí)，應(yīng)采用

15、等離子噴涂。 3 工程量大的金屬噴涂施工最好采用電弧噴涂。 4 要求高結(jié)合力、低孔隙度的金屬、合金及以某些金屬陶瓷涂層可采用超音速火焰噴涂。 5 對(duì)于批量大的工件，宜采用自動(dòng)噴涂。,六、噴涂工藝的選擇原則,1 噴涂耐腐蝕涂層 (1) 鋁、鋅及其合金涂層：鋅、鋁的腐蝕電極電位高于鐵，涂層有保護(hù)作用，可用于橋梁、鐵塔等大型部件的防腐處理(在鋅中加鋁可提高涂層的耐蝕性能，若鋁的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為30，則耐蝕性最佳) 。 (2) 不銹鋼涂層：不銹鋼電極電位比鐵高，易在涂層孔隙處產(chǎn)生電化學(xué)腐蝕，所以噴涂后必須封孔處理。 (3) 塑料涂層：用于化工、食品等行業(yè)。,七、熱噴涂技術(shù)的應(yīng)用,(1) 用于耐磨的涂層： 1

16、) 涂層硬度超過磨料硬度：如氧化鋁陶瓷涂層或鎳基、鈷基碳化鎢涂層。用于軋輥、螺旋送料器等部件。 (2) 用于修復(fù)的涂層：噴涂鐵基或鎳基耐磨合金涂層 。,2 噴涂耐磨涂層,3 噴涂耐高溫涂層 (1) 抗高溫氧化的涂層：如超音速火焰噴涂Cr2C3-NiCr涂層；用等離子噴涂氧化鋁陶瓷涂層。 (2) 熱障涂層：使金屬基體與高溫環(huán)境隔離，保持金屬構(gòu)件的力學(xué)性能。,3 噴涂耐高溫涂層,（1）生物相容性涂層：在種植體(不銹鋼等)表面用等離子噴涂一層生物相容性好的羥基磷灰石涂層，生物組織可以長(zhǎng)入涂層中的孔隙中，與種植體形成牢固的結(jié)合。,4 噴涂功能涂層,5 裝飾,6 汽車制造,6 航空航天,熱噴涂技術(shù)的應(yīng)用

17、領(lǐng)域和市場(chǎng),1 外觀 涂層應(yīng)無剝離、裂紋、大的變形等宏觀缺陷。 2 涂層的硬度 用布氏、洛氏、維氏和顯微硬度法測(cè)量涂層硬度。,八、熱噴涂的涂層質(zhì)量評(píng)定,（1） 直接測(cè)量法：用卡尺或在顯微鏡下測(cè)量。 （2） 測(cè)厚儀測(cè)量法： 1） 渦流法：利用高頻磁場(chǎng)引起金屬內(nèi)部渦流，渦流產(chǎn)生的磁場(chǎng)又影響探頭的阻抗，測(cè)量其阻抗值就可確定涂層的厚度。 2） 磁性法：根據(jù)非磁性涂層對(duì)探頭磁通量的變化值來測(cè)量。,3 涂層的厚度,（1）涂層拉伸結(jié)合強(qiáng)度：制備試樣，涂層厚度大于0.38mm。用粘結(jié)劑把試樣粘結(jié)在一起，然后將其拉斷，拉伸結(jié)合強(qiáng)度： b FA0 式中，b 為涂層結(jié)合強(qiáng)度；F為試樣斷裂載荷；A0為試樣涂層面積。,

18、4 涂層結(jié)合強(qiáng)度（1）,（2）涂層剪切強(qiáng)度：用粘結(jié)劑將涂層A粘在B上(a)，然后拉伸使涂層與基材分離；或用(b)方法在材料試驗(yàn)機(jī)上緩慢加壓，直至涂層被剪切剝離，此時(shí)涂層的剪切強(qiáng)度F： 式中，P涂層剪切剝離時(shí)的載荷；D試樣末噴涂前的直徑；L涂層在試樣上的寬度。,涂層結(jié)合強(qiáng)度（2）,（3）涂層的彎曲強(qiáng)度：將涂層試樣彎曲到一定角度時(shí)，涂層開始出現(xiàn)龜裂的彎曲角度就是涂層的彎曲強(qiáng)度。,涂層結(jié)合強(qiáng)度（3）,式中，m涂層材料密度（m可從相關(guān)手冊(cè)中查得）。,4 涂層的孔隙度（1）,（1）計(jì)算法：按圖351加工涂層試樣并稱重，涂層密度c： 式中G試樣重量；s 基材密度；Vs基材體積；Vc涂層體積。 根據(jù)c算出涂

19、層孔隙度 孔隙度,5 涂層的金相檢測(cè) 用金相觀察涂層的組織、涂層與基體的結(jié)合程度、涂層中的微觀缺陷等。,涂層的孔隙度（2）,（2） 金相法：用金相顯微鏡中的柵格測(cè)定孔隙所占的格數(shù)，與總視場(chǎng)格數(shù)的比值即為涂層的孔隙度。 （3） 試劑法和 高壓放電法。,1910年：線材火焰噴涂技術(shù)； 20年代：電弧絲噴涂技術(shù)； 50年代：爆炸噴涂和等離子噴涂技術(shù)； 60年代：自熔性合金粉末火焰、等離子噴涂和噴焊技術(shù)； 80年代：超音速火焰噴涂技術(shù)； 90年代：激光熔覆技術(shù)。,九、熱噴涂技術(shù)的發(fā)展過程,60年代以來主要噴涂方法的應(yīng)用比例,（1） 大功率高熱焓等離子噴涂，提高噴涂效率，降低成本。 （2） 精密噴涂技術(shù)

20、。 （3） 用熱噴涂法部分代替鍍硬鉻的工藝。 （4） 新型熱障涂層，如噴涂0.3mm的MCrAlY熱障涂層可使基材溫度降低200300。 （5） 噴涂新材料，如納米涂層材料、非晶態(tài)涂層材料。 （6） 計(jì)算機(jī)自動(dòng)控制，提高生產(chǎn)效率，減少工作強(qiáng)度。,熱噴涂技術(shù)主要發(fā)展動(dòng)向（1）,（7） 在較低溫度下具有高速飛行的噴涂，如脈沖放電線爆噴涂）和冷噴涂技術(shù) 。,熱噴涂技術(shù)主要發(fā)展動(dòng)向（2）,一、熱噴焊的特點(diǎn) 用熱源將涂層材料重熔，涂層內(nèi)顆粒之間、涂層與基體之間形成無孔隙的冶金結(jié)合。,第二節(jié) 熱噴焊工藝與特點(diǎn),1）工件表面溫度：噴涂時(shí)工件表面溫度900。 2）結(jié)合狀態(tài)：噴涂層以機(jī)械結(jié)合為主；噴焊層是冶金結(jié)

21、合。 3）粉末材料：噴焊用自熔性合金粉末，噴涂粉末不受限制。 4）涂層結(jié)構(gòu)：噴涂層有孔隙，噴焊層均勻致密無孔隙。 5）承載能力：噴焊層可承受沖擊載荷和較高的接觸應(yīng)力。,1 熱噴焊工藝與熱噴涂工藝的區(qū)別（1）,越大，涂層性能與原粉末性能偏差越大。噴焊層的約510，噴涂層的幾乎為零。,熱噴焊工藝與熱噴涂工藝的區(qū)別（2）,6） 涂層稀釋率 ： 式中A噴焊金屬質(zhì)量；B基材熔化的金屬質(zhì)量。,自熔性合金粉末：利用合金中B、Si元素的作用，獲得高質(zhì)量的噴焊層。B、Si的作用是： （1）降低合金熔點(diǎn)，擴(kuò)大固液兩相區(qū)（熔點(diǎn)9501200）。 （2）起到脫氧還原作用。 （3）起到造渣作用。 （4）利用B、Si固溶

22、強(qiáng)化、彌散強(qiáng)化、生成的金屬間化合物以及硼碳化合物等，提高合金的硬度和耐磨性。 （5）使自熔性合金有良好的噴焊工藝性能。,二、常用熱噴焊材料,常用的熱噴焊材料分為鐵基、鎳基、鈷基和銅基四大類。,熱噴焊材料分類,用氧乙炔火焰作為噴焊的熱源，把自熔合金粉末噴涂在基材表面，然后在基材不熔化的前提下加熱熔化涂層，獲得致密的、結(jié)合牢固的噴焊層。 1 火焰噴焊設(shè)備 噴焊槍,三、氧乙炔火焰噴焊,（1） 預(yù)處理：清潔、粗化被處理工件表面； （2） 預(yù)熱：使工件產(chǎn)生適當(dāng)?shù)臒崤蛎?，減少噴焊層應(yīng)力。 （3）噴粉和重熔： 1） 一步法：邊噴粉邊熔化。特點(diǎn)是粉末沉積率高，但涂層厚度不均勻。 2） 二步法：先噴涂，然后用重

23、熔槍將涂層熔化形成噴焊層（“鏡面”反光）。 （4） 后處理：噴焊較硬涂層時(shí)，應(yīng)采取噴焊后緩冷的措施。,2 火焰噴焊工藝,3 火焰噴焊的應(yīng)用,1 等離子噴焊設(shè)備 一般采用聯(lián)合弧。 噴嘴的長(zhǎng)度L和直徑d比(稱為壓縮比)通常在11.4之間，以獲得柔性弧。 噴焊槍要固定在機(jī)械擺動(dòng)裝置上左右擺動(dòng)。,四、等離子噴焊,噴焊工藝參數(shù)有：轉(zhuǎn)移弧和非轉(zhuǎn)移弧電流、噴焊速度、送粉量、氣體流量、噴槍擺動(dòng)頻率和幅度，噴嘴距工件距離等。,2 等離子噴焊工藝,（1） 轉(zhuǎn)移弧電流：對(duì)噴焊層的形狀、稀釋率有較大的影響。 （2） 噴焊槍的擺動(dòng)：擺動(dòng)軌跡對(duì)噴焊層的截面有影響。,與其它涂層技術(shù)相比，等離子噴焊技術(shù)的主要特點(diǎn)： （1）生

24、產(chǎn)效率高。 （2）稀釋率低(5)。 （3）工藝穩(wěn)定性好，易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化。 （4）噴焊層平整，成分均勻，可獲得0.258mm任意厚度噴焊層。,3 等離子噴焊的特點(diǎn),4 等離子噴焊的應(yīng)用（1）,等離子噴焊的應(yīng)用（2）,噴焊層主要評(píng)定指標(biāo)有涂層厚度、硬度、稀釋率、結(jié)合強(qiáng)度以及界面和涂層顯微結(jié)構(gòu)等。,五、噴焊層質(zhì)量評(píng)定,在金屬零件表面熔敷一層性能特殊的合金層。 一、影響堆焊層性能的因素 (1) 堆焊層的成分 堆焊屬于異種金屬焊接，難度較大。,第三節(jié) 堆焊工藝及特點(diǎn),1） 冶金相容性：堆焊材料與基體在液態(tài)和固態(tài)時(shí)的互溶性，是否出現(xiàn)金屬間化合物。 2） 物理相容性：兩者之間的熔點(diǎn)、膨脹系數(shù)、熱導(dǎo)率的差異將影

25、響堆焊層的應(yīng)力和結(jié)合強(qiáng)度。,(2) 堆焊層與基材的相容性,(3) 堆焊層的內(nèi)應(yīng)力 用焊前預(yù)熱和焊后緩冷，或打底層的方法減少堆焊層的內(nèi)應(yīng)力。,避免在熔合區(qū)產(chǎn)生脆性相。,(4) 堆焊的熔合區(qū),(5) 稀釋率 一般稀釋率越低越好，取決于堆焊方法和堆焊工藝參數(shù)。,幾種常用的堆焊方法比較。,二、堆焊方法,（1） 在允許的稀釋率下具有最高的熔敷速度。 （2） 能獲得符合要求最小堆焊層厚度。 （3） 經(jīng)濟(jì)性。,選擇堆焊方法的原則,堆焊材料分鐵基、鎳基、鈷基、銅基和碳化鎢基等。 常見的堆焊材料形狀及適用的堆焊方法。,三、常用堆焊材料及其堆焊工藝,按合金元素含量分為低合金、中合金和高合金三種。根據(jù)材料的碳當(dāng)量選

26、擇最低預(yù)熱溫度。,1 鐵基堆焊材料及堆焊工藝,1) 珠光體鋼堆焊材料：c0.5，堆焊層為珠光體組織，硬度2038HRC?？珊感院?，有一定的耐磨性、韌性和切削加工性能，價(jià)格便宜，可用于不要求高硬度零件表面的堆焊和打過渡層的堆焊。用手工電弧堆焊和熔化極自動(dòng)堆焊，焊前不預(yù)熱。 2) 馬氏體鋼：堆焊層組織為馬氏體，硬度2565HRC。堆焊層韌性、強(qiáng)度和耐磨性都好，是最經(jīng)濟(jì)的堆焊材料。堆焊方法有手工電弧堆焊和熔化極自動(dòng)堆焊，預(yù)熱溫度150350。,（1）低合金鋼堆焊材料,1) 工、模具鋼堆焊時(shí)需預(yù)熱200600 ?？捎檬止る娀《押?、氣保堆焊和埋弧焊。母材碳當(dāng)量較高時(shí)可先用30HRC珠光體鋼堆焊一、二層，

27、然后再堆焊耐磨層。焊后應(yīng)緩冷。,（2） 中、高合金鋼堆焊材料（1）,2) 高錳鋼（奧氏體錳鋼）：硬度約200HB，受強(qiáng)烈沖擊后轉(zhuǎn)變成馬氏體，硬度提高到450500HB。高錳鋼用鉻錳鋼和高錳鋼堆焊材料堆焊，主要用于高錳鋼鑄件缺陷的補(bǔ)焊和修復(fù)，一般用手工電弧焊。為減少裂紋，應(yīng)采取以下措施： a) 焊前不預(yù)熱，用小電流、斷續(xù)焊、焊后快冷，使碳化物來不及析出。 b) 采用短道焊、分散焊、焊后捶擊等方法，以減少焊接應(yīng)力。 c) 舊件堆焊時(shí)，應(yīng)先磨去表面冷作硬化部分后再焊。,中、高合金鋼堆焊材料（2）,（3） 奧氏體鉻鎳鋼：有優(yōu)良的耐蝕性和抗高溫氧化性，主要用于石化企業(yè)中需要耐蝕、耐熱零件的堆焊。常用手工

28、電弧焊和帶極埋弧堆焊堆焊。基材是低碳（合金）鋼時(shí)，先用高鉻不銹鋼打過渡層（圖623）。多數(shù)情況下不預(yù)熱，堆焊電流盡可能小。,中、高合金鋼堆焊材料（3）,(4) 高鉻合金鑄鐵：堆焊組織中含有大量柱狀高硬度的Cr7C3相（圖），有很高的抗磨粒磨損、耐熱、耐蝕性能，用于鏟斗齒、高爐料鐘等設(shè)備的堆焊。堆焊方法有手工電弧堆焊和氧一乙炔焰堆焊，堆焊層允許有一些裂紋。,中、高合金鋼堆焊材料（4）,常用的鎳基堆焊材料Ni-Cr-B-Si型有較低的熔點(diǎn)（1040）、較好的潤(rùn)濕性和流動(dòng)性，堆焊層組織是奧氏體+硼化物+碳化物，有優(yōu)良的耐低應(yīng)力磨料磨損和耐金屬間磨損性能，以及耐高溫、耐腐蝕和抗氧化性。因鎳基合金脆，一

29、般制成鑄造焊絲用氣焊或鎢極氬弧焊（TIG焊）堆焊?？捎糜诟邷亻y門、泵的柱塞等零件的堆焊。,2 鎳基堆焊材料及工藝,稱為司太立合金。具有一定的抗粘著磨損能力和較高的抗氧化、耐蝕和耐熱性能，在650時(shí)仍能保持高的硬度。鈷基堆焊材料價(jià)格昂貴，應(yīng)采用低稀釋率的氧一乙炔焰堆焊或粉末等離子堆焊，焊前預(yù)熱200500。可用于高溫腐蝕和高溫磨損工況條件下工件的堆焊。,3 鈷基堆焊材料及工藝,堆焊層是含碳化鎢硬質(zhì)顆粒和較軟的基體金屬?gòu)?fù)合材料（圖）。基體金屬有鐵基、鎳基、鈷基和銅基合金。碳化鎢堆焊多用氧一乙炔焰手工堆焊，用中性焰，停留時(shí)間不宜過長(zhǎng)，焊后應(yīng)緩冷。碳化鎢堆焊在石油鉆探、冶金、礦山開采等設(shè)備上應(yīng)用較普遍

30、。,4 碳化鎢堆焊材料及工藝,各種堆焊材料的性能比較,一、涂敷原理與特點(diǎn) 通過電極與金屬之間的火花放電，使電極材料(如WC、TiC等)熔滲進(jìn)金屬工件的表層，從而形成含電極材料的合金熔覆層。 1 電火花涂敷原理 電火花涂敷設(shè)備的示意圖。,其它熔覆技術(shù),（1）電極開始接近工件，電容充電（圖517a） （2）當(dāng)電極接近工件到某個(gè)距離時(shí)，空間被擊穿電離而產(chǎn)生電火花，瞬時(shí)電流密度106Acm2，放電時(shí)間為數(shù)毫秒，產(chǎn)生幾千度高溫，使該區(qū)域的局部材料熔化或氣化，部分電極材料和基體材料向周圍介質(zhì)中濺射（圖517b）。,2 電火花涂敷過程（1）,（3）電極繼續(xù)向下運(yùn)動(dòng)，電極和工件上熔化了的材料擠壓在一起（圖517c）。 （4）電容放電結(jié)束，電極向上運(yùn)動(dòng)，工件表面熔融的材料迅速冷卻而凝固（圖517d）。,電火花涂敷過程（2）,（1）設(shè)備簡(jiǎn)單，操作方便。 （2）強(qiáng)化效果顯著。 （3）涂層結(jié)合非常牢固。 （4）工件變形小。 （5）表面粗糙度較高。 （6）涂敷效率低（0.3cm2min）。,4 電火花表面涂敷的特點(diǎn),1 電火花涂敷工藝 （1）電極材料：以提高硬度和耐磨性的電極選用YG硬質(zhì)合金；以修復(fù)為目的則根據(jù)工件對(duì)硬度、厚度等的要求采用硬