热喷涂技术
4、热喷涂技术特点
热喷涂技术在应用上已由制备装饰性涂层发展为
制备各种功能性涂层，如耐磨、抗蚀、抗氧化、
隔热、导电、绝缘、减摩、润滑、防辐射等涂层。
热喷涂既可用于修复，又可用于制造。由于涂层
材料的性能优于基体，用其对零件表面进行涂覆， 能使产品质量得到大幅度提高。
热喷涂技术
4、热喷涂技术特点
热喷涂技术
1、前言
定 义 ：热喷涂是指采用氧——乙炔焰、电弧、 等离子弧、爆炸波等提供不同热源的喷涂装置， 产生高温高压焰流或超音速焰流，将要制成涂层 的材料如各种金属、陶瓷、金属加陶瓷的复合材 料、各种塑料粉末的固态喷涂材料，瞬间加热到 塑态或熔融态，高速喷涂到经过预处理（清洁粗 糙）的零部件表面形成涂层的一种表面加工方法。 我们把特殊的工作表面叫 “涂层”，把制造涂层 的工作方法叫“热喷涂”，它是采用各种热源进 行喷涂和喷焊的总称。
5、热喷涂材料涂层
3)物理-化学结合。物理-化学结合即指借 助于分子(原子)之间的范德华力将喷涂层 与基材结合在一起。化学结合是指涂层分 子与基材表面原子生成化学键而形成的结 合。例如在喷涂环氧树脂时，环氧树脂中 含有的羟基―(CH)－OH、醚键－(O)－和 环氧基被加热活化。当环氧树脂聚合物分 子与基材表面紧密接触时，这些极性基团 有利于与金属原子形成化学键并形成物理 吸附，从而获得一定的结合强度。
等离子喷涂设备总图
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6、喷涂工艺流程
等离子喷涂的应用
轴类零件，钴碳化钨
辊套，氧化铝
氧化铝薄板上喷涂氧化锆
内孔专用等离子喷涂设备
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6、喷涂工艺流程
等离子弧根据电源的不同接法可分为三类： (a) 非转移型等离子弧； (b) 转移型等离子弧；
(c) 联合型等离子弧。
非转移弧称为等离子焰流，转移型等离子弧称为 等离子弧。
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3、热喷涂原理
热喷涂是采用各种热源使喷涂材料加热熔化或半 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。 以一定形式的热源将粉状、丝状或棒状喷涂材料 加热至熔化或熔融状态的同时用喷射气流使其雾 化，喷射在经过预处理的零件表面上，形成喷涂 层。
热喷涂技术
召开第八届国际热喷涂会议,就采用“热喷涂”这一名词,这就是“热
喷涂”名词的由来。
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2、热喷涂的历史
我国热喷涂技术是从五十年代开始的，当时由吴 剑春和张关宝在上海组建了国内第一个专业化喷 涂厂，研制氧乙炔焰丝喷及电喷装置，并对外开 展金属喷涂业务。我国热喷涂技术起步较早，50 年代就发展了丝材电弧喷涂；60年代某些军工部 门开始研究等离子喷涂；70年代出现了品种和型 号较为齐全的喷涂设备和材料，但总的来说进展 缓慢，只是到了近些年才获得了较快的发展。
优点：
(1)基材及涂层材料广泛。
(2)基体温度低。 (3)操作灵活。 (4)涂层厚度范围宽。
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4、热喷涂技术特点
缺点：
(1)热效率低
(2)材料利用率低，浪费大 (3)涂层与基材结合强度低
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5、热喷涂材料涂层
涂层材料的选择 首先，热喷涂材料最好有较宽的液相区，较宽 的液相区可以使涂层材料的熔滴在较长时间内 保持液相。 金属和氧化物陶瓷都适合于热喷涂，材料在热 喷涂温度下如果易于分解，则不适用于热喷涂。 如在喷涂有机高分子化合物时，为避免有机高 分子化合物分解，必须控制喷涂材料的加热时 间。
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6、喷涂工艺流程
热喷涂工艺方法 1.火焰喷涂工艺：是线材火焰喷涂(Wire Flame Spray)和粉末火焰喷涂(Powder Flame Spray) 的总称。是最早的喷涂工艺。用乙炔、丙烷、 氢气或天然气等作燃料，以压缩空气、氧气或 惰性气体作动力，使熔融材料雾化并加速，喷 射到基体形成喷涂层。粉末、线材、棒材、带 材等都可以用火焰喷涂工艺进行喷涂。
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6、喷涂工艺流程
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6、喷涂工艺流程
(a)非转移型等离子弧：简称为非转移弧。是在
接负极的钨级与接正极的喷嘴之间形成的，工件
不带电。
等离子弧在喷嘴内部不延伸出来，但从喷嘴中喷
射出高速焰流。 非转移弧常用于喷涂、表面处理及焊接或切割较 薄的金属或非金属。
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6、喷涂工艺流程
两根彼此绝缘并加有18～40V直流电压的线形 电极，由送丝机构向前输送，当两极靠近时， 在两线顶端产生电弧并使顶端熔化，同时吹入 的压缩空气是熔融的液滴雾化并形成喷涂束流， 沉积在工件表面。 电弧喷涂只能用于具有导电性能的金属线材， 当前主要用于喷涂锌铝防腐蚀涂层，不锈钢涂 层、高铬钢涂层，用于大型零件的修复和表面 强化。 电弧喷涂涂层比火焰喷涂涂层致密，结合强度 也比火焰喷涂高。
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6、喷涂工艺流程
火焰喷涂的优势：设备投资少。操作简单，可
现场施工，无电力要求，沉积效率高。
火焰喷涂的缺点：涂层氧化物多，孔隙率高，
结合强度低。
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6、喷涂工艺流程
2.电弧喷涂(Arc Spray)工艺： 电弧喷涂(Arc Spray)的原理如下图：
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6、喷涂工艺流程
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6、喷涂工艺流程
热喷涂的工艺流程包括： (1)表面预处理 (2)热喷涂
(3)后处理
(4)机加工等。
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6、喷涂工艺流程
总结起来，四个因素影响热喷涂质量： 设备Machine 材料Materials 工艺Methods 人员Man，称为4M因素。
(c)联合型等离子弧：由转移弧和非转移弧联合
组成，简称为联合弧。主要用于电流在100A以
下的微弧等离子焊接，以提高电弧的稳定性。
在用金属粉末材料进行等离子堆焊时，联合型等
离子弧可以提高粉末的熔化速度而减少熔深和焊
接热影响区。
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6、喷涂工艺流程
等离子弧的特点： 1)温度高、能量集中，可达15000～33000K，这一特点有很大的应用价 值，在喷涂、焊接和堆焊时，它可以熔化任何金属或金属陶瓷，可以获得很 高的生产率、减少工件变形和热影响区； 2)焰流速度高，进入喷枪中的工作气体被加热到上万摄氏度的高温，体积剧
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6、喷涂工艺流程
3.等离子喷涂工艺(Nontransferred Plasma Arc Spray)： 等离子喷涂：以等离子焰流(非转移弧)或等离 子弧为热源，加热喷涂材料到熔融或高塑性状 态，并在高速焰流载引下，熔融材料高速撞击 工件表面形成涂层的工艺。
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6、喷涂工艺流程
热喷涂
安全技术及工程
目 录
1 2 3 4 5
前言
热喷涂技术发展历史
热喷涂技术原理
热喷涂技术特点 热喷涂涂层
6
热喷涂工艺流程
热喷涂技术
1、前言
热喷涂是一项修复和预保护技术，随着 现代科技的发展，对工业生产装备以及 机械零部件的使用性能要求也越来越高。 整体铸造或锻造比较昂贵的金属，如钛、 镍、钴、钨、锆等造价很高而且铸、锻 造以及焊接方法都有一定困难，于是在 普通材料的工作表面，喷涂一层特殊的 涂层，使其达到防腐、耐磨、减摩、抗 高温、抗氧化、隔热、绝缘、导电、防 微波辐射等一系列功能，使其达到节约 材料，节约能源的目的。
(b) 转移型等离子弧：简称为转移弧。是在接负
极的钨级与接正极的喷嘴之间形成的，引弧时要
先用喷嘴接电源正极，产生小功率的非转移弧， 而后工件转接正极将电弧引出去，同时将喷嘴断 电。 转移弧有良好的压缩性，电流密度和温度都高于 同样焊枪结构的非转移弧。转移弧主要用于切割 、焊接和堆焊。
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6、喷涂工艺流程
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5、热喷涂材料涂层
2)机械嵌合。机械嵌合是指具有具有一定动能的 熔滴在碰撞到经过粗糙处理的基材表面后与表面 上的凸起和凹陷处形成的机械咬合。涂层的微粒 与表面、微粒与微粒之间靠相互嵌镶而连在一起。 在粗糙度较大的表面(如经过粗粒喷砂的表面或 有机制沟槽和螺纹的表面)上热喷涂时，机械嵌 合具有重要作用。实验证明，当在Ra=0.63μm 的表面上喷涂镍包铝时，结合强度为36～ 41MPa，如果表面经过喷砂粗糙化处理后，则 结合强度可达到45MPa。这在一定程度上反映 了机械嵌合的作用。表面越粗糙，机械嵌合的效 果越大。所以，在热喷涂工艺中，表面粗化已成 为必不可少的重要的预处理工序。 热喷涂技术
3、热喷涂原理
根据热源来分，热喷涂有四种基本方法：
A：火焰喷涂
B：电弧喷涂 C：等离子喷涂
D：特种喷涂。
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3、热喷涂原理
火焰喷涂就是以气体火焰为热源的热喷涂。
火焰喷涂按火焰喷射速度又分为：
A：火焰喷涂 B：气体 (爆炸喷涂) C：超音速喷涂3种。
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3、热喷涂原理
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5、热喷涂材料涂层
涂层应力 涂层在冷却凝固时伴随着收缩，所以涂层颗粒 内部存在着张应力，而基体表面受压应力。涂 层内部的张应力大小与涂层厚度成正比，当涂 层厚度达到一定程度时，涂层内的张应力大于 涂层与基体的结合强度或涂层自身的结合强度 时，涂层就会产生破坏。
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5、热喷涂材料涂层
涂层结合强度 热喷涂层的种类很多。从成份上看，有纯金属、 合金、陶瓷、复合材料和高分子材料。从材料 的形态上看，有丝材、粉末等。由于这些材料 的范围很广，所以它们与基材的结合形式也差 别很大。
• 1)冶金结合。
• 2)机械嵌合。
• 3)物理-化学结合。 热喷涂技术
5、热喷涂材料涂层
1)冶金结合。这种冶金结合可以是涂层材 料与基材在界面形成共同晶粒(联生结晶)， 或者在界面只是晶粒相接触并存在晶粒界 限(不形成共同晶粒)，也可以相互间发生 反应生成金属间化合物。形成共同晶粒的 情况，可称为“晶内结合”，不形成共同 晶粒而只是相互接触的情况称为“晶间结 合”。一般来说，热喷涂工艺中的涂层材 料与基体的结合很少有“晶内结合”的作 用。