第二章 热喷涂 - 图文(2)

细微级靠近。其原因是，HVOF和HPPS焰流和颗粒飞行速度极高，缩短了颗粒在焰流中的受热时间，使之在未熔化之前就已达到基体表面，不能形成涂层。而粉末细级化，可改善这一状况。当前，有些公司已推出专门用于HVOF喷涂的系列粉，粒度范围常在-270～+500目之间。

3．涂层功能多元化耐磨损、耐热、抗氧化和耐腐蚀等工程技术要求，是热喷涂涂层的主要功能。尤其是耐磨损涂层，是热喷涂技术的优势所在。近年来，热喷涂技术试图在生物工程、超导和复合材料等高科技方面发挥特长，甚至崭露头角，进入实用阶段。

4．打底粉家族出现新成员在航空和汽车工业中，用工程塑料代替金属，因重量减轻而提高效率，这是当今材料革命的新成果，在电子工业、机械工业和油汽制造业也有类似要求。利用热喷涂技术实现这些要求，确是一条捷径，但很多喷涂材料不能直接喷涂在塑料基体上。为此，SULZERMETCO专门研究了一种喷涂塑料基体表面的打底层粉，结合强度高、表面形态好、残余应力低，深受市场青睐。

5．复合材料喷涂有增大的趋势有人研究出纤维强化的等离子喷涂涂层，即喷涂碳化硅晶须增强的铝，抗张强度比纯铝高90%，而用VPS喷McrAlY-AlO：复合材料，其耐磨性显著提高；用激光一等离子喷涂工艺，在N2气氛中喷Ti，得到TiN涂层，类似方法还制得氧化物、碳化物、氮化物和硅化物等陶瓷涂层；也有人用碳黑包裹TiC，使TiC在喷涂中减少失C，以保留TiC的高熔点、低原子数、优良的抗热震性、抗化学侵蚀等特点。

corrosionNi and Comolybdenumcarbidesabradeothers

热喷涂类型

1、火焰类喷涂 (线材火焰喷涂和粉末火焰喷涂 ) 2、电弧喷涂 3、等离子喷涂

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4、超音速喷涂（HVOF ） 5、爆炸喷涂 6、 冷 喷 涂

第二节 火焰喷涂

火焰喷涂包括线材火焰喷涂和粉末火焰喷涂

1-1 线材火焰喷涂

特点是：低投入，操作简单，导线比粉末成本低，沉积效率高，可以采用纯钼涂层用于耐磨材料，可以采用移动式 ，不用预热系统，适合野外作业。导线收到限制，直径要小 ，涂层氧化严重，不如等离子和 HVOF喷涂具有高密度和高强度。

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线材火焰喷涂原理图

1-2线材火焰喷涂工作原理

线材火焰喷涂法：1910 by Schoop in Switzerland最早发明的喷涂法。它是把金属线以一定的速度送进喷枪里，使端部在高温火焰中熔化，随即用压缩空气把其雾化并吹走，沉积在预处理过的工件表面上。

基本原理。喷涂源为喷嘴，金属丝穿过喷嘴中心， 氧气和乙炔（oxy-acetylene）混合气体通过围绕喷嘴和气罩形成温度很高火焰，金属丝的尖端连续地被加热到其熔点。棒状涂材在火焰中被加热熔化后，在焰流的作用下形成雾状小液滴，由通过气罩的压缩空气将其雾化成喷射粒子，依靠空气流加速喷射到基体上，从而熔融的粒子冷却到塑性或半熔化状态，也发生一定程度的氧化。粒子与基体撞击时变平并粘结到基体表面上，随后而来的与基体撞击的粒子也变平并粘结到先前已粘结到基体的粒子上，从而堆积成涂层。

丝材的传送靠喷枪中空气涡轮或电动马达旋转，其转速可以调节，以控制送丝速度。采用空气涡轮的喷枪，送丝速度的微调比较困难，而且其速度受压缩空气的影响而难以恒定，但喷枪的质量轻，适用于手工操作；采用电动马达传送丝材的喷涂设备，虽然送丝速度容易调节，也能保持恒定，喷涂自动化程度高，但喷枪笨重，只适用于机械喷涂。在丝材火焰喷枪中，燃气火焰主要用于线材的熔化，适宜于喷涂的金属丝直径一般为1.8～4.8mm。但有时直径较大的棒材，甚至一些带材亦可喷涂，不过此时须配以特定的喷枪。

1-3线材火焰喷涂设备

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1．空气压缩机；2．空气干燥器；3．储气罐； 4．乙炔瓶； 5．氧气瓶； 6．气体流量表； 7．空气净化器；8．空气控制器；9．空气流量； 10．丝架；11．喷枪

图1 喷涂装置

1-4 线材火焰喷涂材料

主要用于喷涂锌、铝和锌铝合金，用于大型钢结构件的长效防腐和各类钢丝用作耐磨涂层。喷涂材料为 AL203—3％TiO2和Ni一5％AI。两种材料的规格直径均为 6mm法国产火焰喷涂软线材，所谓软线材是由低沸点的有机材料包覆着粉末材料的一种管状线材，柔韧度比较好。涂层空隙率低，硬度虽略有降低，但耐磨性却有所提高，具有更好的韧性和电绝缘性，具有优异的耐磨蚀性能。

特 点：可手提操作，灵活方便，能拉拔成丝的金属材料几乎都能用来喷涂。火焰最高温度约3100℃，喷涂材料在飞行沉积过程中冷却，喷涂施工对基体的热影响很小，基体受热温度不超过200℃，基体不会发生热变形和性能变化，喷涂质量稳定。

应用范围：应用范围广，在曲轴、机床主轴、柱塞、机床导轨、各种轴承位处喷钢；在桥梁、高压铁塔、钢闸门及化工厂、化肥厂区的钢铁设施的喷铝、喷锌防腐；在轴瓦上喷铜、喷巴士合金等。

1-5 喷涂工艺对涂层性能的影响

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喷涂参数主要包括喷涂距离、走线速度、喷涂火焰气体比例等。 1）喷涂距离对涂层组织形貌的影响

喷涂距离主要选用60 mm、80 mm、100 mm、120 mm、140 mm、160 mm等。，喷涂距离在100 mm时，涂层组织均匀致密，在8O～120 mm范围内，组织形貌有所变化，但变化不大。喷涂距离为60 mm、140 mm、160 mm时，组织形貌变化较大。喷涂距离的大小，直接影响喷涂材料的熔化或熔融的程度在焰流中停留时间的长短，以及喷射的速度和到达喷涂表面动能的大小。对陶瓷软线材的火焰喷涂，由于火焰燃烧温度较低，所以在焰流中会有熔化、熔融、未熔三种状态的喷涂粒子存在。随着喷涂距离的减小，喷涂粒子在焰流中停留的时间缩短，得不到充分的加温和熔化，导致熔融和未熔粒子所占比例增加。另外，喷涂粒子在喷射过程中，由于喷涂距离的减小而得不到充分加速，导致喷涂粒子到达喷涂表面的动能有所减少，虽然喷涂距离的减小能使涂层的温度提高，但喷涂的速度很快，最终涂层的致密度还是较低，空隙率高，涂层组织不均一，并有半熔融状态的大块陶瓷颗粒存在的现象。随着喷涂距离的增加，喷涂粒子在焰流中停留的时间增长，增加了喷涂粒子的熔化和熔融时间，使未熔粒子的比例减少，熔化和熔融所占比例得到了增加，另外，喷涂距离的增加，喷涂粒子在喷涂过程中提高了喷射速度和冲击动能，使涂层的致密度提高，空隙率减少，涂层组织逐渐变的均一，涂层中未熔颗粒减少。喷涂距离增加到100 mm时，涂层变的非常致密，组织均匀，空隙率经测定能达到4％以下，涂层中未熔颗粒极少。 2）喷涂距离对涂层孔隙率的影响

空隙率代表着涂层的致密程度。当喷涂距离在60 mm时，孔隙率为13％，随喷涂距离的增加，孔隙率呈下降的趋势，当喷涂距离为100 mm时，孔隙率能达到4％。随着喷涂距离的进一步增加，孔隙率开始上升，当喷涂距离超过140 mm后，孔隙率增大的趋势非常明显。喷涂距离为160 mm时，孔隙率达到16％。经分析认为，造成这一结果的主要原因是在火焰喷涂陶瓷材料的过程中，因为喷涂距离的长短直接影响喷涂粒子熔化或熔融的程度和数量，影响熔化或熔融的喷涂粒子喷射到工件表面的速度和动能，影响涂层的表层温度这三个方面的因素决定的。

3） 喷涂距离对显微硬度的影响

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