1、1,第二章 热喷涂技术及其应用,2.1 热喷涂的定义与分类 2.2 热喷涂工艺过程 2.3 常见热喷涂技术 2.4 热喷涂涂层功能和应用,2.3.1 火焰喷涂 2.3.2 电弧喷涂 2.3.3 等离子喷涂 2.3.4 爆炸喷涂 2.3.5 超音速喷涂 2.3.6 冷喷涂,2,2.1 热喷涂的定义与分类,定义：喷涂材料以粉末或线材方式进入焊炬，经熔融或至少软化，雾化成微细颗粒后，通过高速喷射到工件表面形成涂层的工艺。 热源：电弧、等离子弧、燃烧火焰等 雾化：焰流本身的动力或外加的高速气流,3,热喷涂原理示意图,热喷涂原理,4,热喷涂分类,5,热喷涂分类,6,热喷涂分类,7,热喷涂技术的特点,取材
2、范围广 几乎所有的金属、合金、陶瓷都可以作为喷涂材料。塑料等有机高分子材料也可以作为喷涂材料。 可用于各种基体 金属、陶瓷器具、玻璃、石膏、木材、布、纸等几乎所有固体材料都可以进行喷涂。 可使基体保持较低温度 一般情况下，温度可控制在30200之间，从而保证基体不变形、不弱化。 工效高 同样厚度的膜层，时间要比电镀短得多。,8,热喷涂技术的特点,被喷涂物件的大小一般不受限制 既可对大型设备进行大面积喷涂，也可对工件的局部进行喷涂；既可喷涂零件，又可对制成后的结构物进行喷涂。 涂层厚度较易控制 薄者可为几十微米，厚者可为几毫米。 可赋予普通材料以特殊的表面性能 可使材料满足耐磨、耐蚀、密封、隔热
3、、高温强度、抗高温氧化、减磨、耐辐射、导电、绝缘等性能要求，达到节约贵重材料，提高产品质量，满足多种工程和尖端技术的需要。例如可以把韧性好的金属材料和硬而脆的陶瓷材料相复合，形成表面复合材料。 成本低，经济效益显著,9,热喷涂TiC,10,喷涂材料,powders粉末，rods棒材，wires线材 线材由金属或合金制得，主要用于火焰喷涂和电弧喷涂。,11,喷涂材料线材,包含有WC芯和金属外包层的喷涂用线材,12,喷涂材料粉材,金属雾化过程示意图：1加热器 2感应加热线圈 3熔融态金属 4漏斗 5校准出口 6液态金属 7喷嘴 8雾化气体或液体 9粉体金属,13,Scanning electron
4、 micrograph (secondary electrons) of a gas-atomized powder of a self-fluxing alloy having a composition (in wt%) of Ni+16Cr+45Fe+35B+35Si+1C,14,Scanning electron micrograph (secondary electrons) of a commercially available fused and crushed chromium oxide powder （烧结-破碎法）,15,Scanning electron microgr
5、aph (secondary electrons) of a WCCoCr commercial cermet powder,16,粉体喷雾干燥过程示意图：1a离心雾化器 1b喷嘴雾化器 2进料泵 3气体清洁过滤器 4气体加热器 5气体分配器 6烘干腔 7输送管 8粉末分离器 9排气扇 10出气管,17,Scanning electron micrograph (secondary electrons) of a spray-dried powder of Cr2O3+SiO2,18,Optical micrograph of a metallographic cross-section of
6、 a powder: The numbered particles have the following internal porosities (%): (1) 22.8; (2) 26.6; (3) 26.7; (4) 21.5,19,Scanning electron micrograph (secondary electrons) of an arc-plasma densified Cr2O3 +5wt% SiO2 powder,粉体致密化手段： 烧结 电弧等离子体 射频等离子体,20,Optical micrograph (in bright field) of a cross-s
7、ection of the arc-plasma-densified Cr2O3 +5wt% SiO2 powder,21,Powders obtained by Ni precipitation on the cores of Al,22,造粉设备实物图,23,喷涂涂层结构,由变形粒子、气孔和氧化物组成。 热喷涂层一般会有一部分孔隙（0.02550），其产生原因主要有3个：一是未熔化颗粒的低冲击动能；二是喷涂角度不同造成的遮蔽效应；三是凝固收缩和应力释放效应。,喷涂层结构示意图,24,喷涂涂层结构,孔隙 不利：涂层中的孔隙特别是穿孔将损害涂层的耐腐蚀性能，增加涂层表面加工后的粗糙度，降低涂层
8、的结合强度、硬度和耐磨性。 有利：孔隙可以储存润滑剂，提高涂层的隔热性能，减小内应力并由此增加涂层厚度，以及提高涂层抗热震性能。,25,涂层结合机理,涂层的结合包括：涂层与基材表面的结合（结合强度）及涂层内部的结合（内聚力），均属物理-化学结合，包括以下几种类型： 机械结合 碰撞成扁平状并随基体表面起伏的颗粒和凹凸不平的表面相互嵌合，以颗粒的机械联锁而形成的结合（钉锚效应），一般来说，涂层与基体的结合以机械结合为主。 冶金-化学结合 当涂层和基体表面产生冶金反应，如出现扩散和合金化时的一种结合类型。 物理结合 颗粒与基体表面间由范德华力或次价键形成的结合。,26,热喷涂层的应力,大部分涂层材料
9、的冷却凝固伴随着收缩过程。当熔滴撞击基体并快速冷却、凝固时，涂层内部会产生拉应力而在基体表面产生压应力。喷涂完成后，在涂层内部存在残余拉应力，大小与涂层厚度成正比。 当涂层厚度达到一定程度后，涂层中的拉应力超过涂层与基体的结合强度或涂层自身的内聚强度时，涂层就会发生破坏。,涂层中残余应力,27,2.2 热喷涂工艺过程,工件表面预处理,工件预热,喷涂,涂层后处理,28,（1）基体表面预处理,目的：使涂层与基体材料很好地结合 净化和粗化（适合于各种热喷涂） 清洗（除油、除锈）粗化（喷砂、车削、磨削） 表面粗化的作用：提供表面压应力；改善残余应力的分布；增大结合面积；净化表面。这些措施都会使粘结力得
10、到加强。,29,净化,净化处理的目的：除去工件表面的所有污垢，如氧化皮、油渍、油漆及其他污物，关键是除去工件表面和渗入其中的油脂。 净化处理的方法：溶剂清洗法、蒸汽清洗法、碱洗法及加热脱脂法等。 净化可以针对新工件或已有涂层的旧工件。前者是清除基体表面防腐的油脂层，可采用有机溶剂（如 甲醇或丙酮）或高压热水或水蒸气冲刷（尤适于大型辊）；后者是剥除已与基体结合的涂层，可采用粗砂喷砂、机加工、金刚石或氮化硼砂轮等方法。,30,粗化,目的： 增加涂层与基材间的接触面，增大涂层与基材的机械咬合力，使净化处理过的表面更加活化，以提高涂层与基材的结合强度。 同时基材表面粗化还改变涂层中的残余应力分布，对提
11、高涂层的结合强度也是有利的。 粗化处理的方法有：喷砂、机械加工法(如车螺纹、滚花)、电拉毛等。其中喷砂处理是最常用的粗化处理方法。,31,活化,在喷涂沉积前，基体表面还需要经过活化处理，否则涂层可能无法有效地附着在基体表面。最常用的活化手段是采用粗砂喷丸处理，比如粗磨。,32,粗粒喷砂示意图 （1）喷嘴；（2）吸腔；（3）压缩空气进口；（4）粗砂进料器；（5）研磨粗砂；（6）软管,表面粗糙度是与喷砂密切相关的参数，同时也强烈影响涂层与基体的结合力。,34,（2）工件预热,目的： 为了消除工件表面的水分和湿气，提高喷涂粒子与工件接触时的界面温度，以提高涂层与基体的结合强度。 减少因基材与涂层材料
12、的热膨胀差异造成的应力而导致的涂层开裂。 预热温度控制：60120之间。 当在金属表面喷涂陶瓷时，由于残余应力，基体温度应保持在373 473 K之间。,35,（3）喷涂,陶瓷涂层：最好选用等离子喷涂； 碳化物金属陶瓷涂层：最好采用高速火焰喷涂； 喷涂塑料：采用火焰喷涂； 户外大面积防腐工程的喷涂：灵活高效的电弧喷涂或丝材火焰喷涂； 预处理好的工件要在尽可能短的时间内进行喷涂，喷涂参数要根据涂层材料、喷枪性能和工件的具体情况而定，优化的喷涂条件可以提高喷涂效率、并获得致密度高、结合强度高的高质量涂层。,36,（4）涂层后处理,用于防腐蚀的涂层：封孔处理 用作封孔剂的材料很多，有石腊、环氧树脂、
13、硅树脂等有机材料及氧化物等无机材料。 对于承受高应力载荷或冲击磨损的工件：重熔处理 譬如火焰重熔、感应重熔、激光重熔以及热等静压等，使多孔的且与基体仅以机械结合的涂层变为与基材呈冶金结合的致密涂层。 有尺寸精度要求的：机械加工,37,基体的造型,热喷涂中几种可接受和不可接受基体形貌示例,38,基体的造型,热喷涂中几种可接受和不可接受基体形貌示例,39,2.3 常见热喷涂技术,火焰喷涂 电弧喷涂 等离子喷涂 爆炸喷涂 超音速喷涂 冷喷涂,热喷涂技术,40,2.3.1 火焰喷涂(Flame Spraying),分线材、粉末两种，以氧-乙炔燃烧为热源，利用压缩空气将喷涂材料雾化喷到工件表面上的方法。
14、 枪的结构、火焰的大小和种类、空气的纯净度、流速、压力、线材种类、直径的大小、进料速度等都可影响涂层质量。 具有设备简单、工艺成熟、操作灵活、投资少、见效快的特点。可制备各种金属、合金、陶瓷及塑料涂层。,41,2.3.1 火焰喷涂(Flame Spraying),线材,42,2.3.1 火焰喷涂(Flame Spraying),线材,43,2.3.1 火焰喷涂(Flame Spraying),粉末,44,2.3.1 火焰喷涂(Flame Spraying),粉末,45,2.3.1 火焰喷涂(Flame Spraying),粉末喷涂与线材喷涂的比较：,与线材法相比，粉末法得到涂层的粘结强度及本身
15、的综合强度都比较低（粉末部分未熔），气孔率高，沉积效率低。因为线材送料稳定，加热时间短，微粒飞行速度高，覆层氧化物夹杂少。,46,2.3.1 火焰喷涂(Flame Spraying),火焰喷涂的优缺点：,优点：成本低廉，使用方便，可用于防蚀耐磨及易损件的修复，设备简单，操作灵活。 缺点：涂层孔隙度较大，与基体材料的结合强度也较低。,47,2.3.1 火焰喷涂(Flame Spraying),织物上火焰喷涂金属,48,2.3.2 电弧喷涂(Arc Spraying),在两根丝状的金属材料之间产生电弧，电弧产生的热使金属丝熔化，熔化部分由压缩空气气流雾化并喷向基体表面而形成涂层。 喷涂材料必须是导
16、电的金属及合金丝。 高效率使得它在喷涂Al、Zn 及不锈钢等大面积防腐应用方面成为首选工艺。,49,2.3.2 电弧喷涂(Arc Spraying),电弧喷涂示意图（1）雾化气流；（2）喷枪外罩；（3）熔融粒子流；（4）电弧；（5）自耗电弧电极,50,2.3.2 电弧喷涂(Arc Spraying),两条自耗电弧电极线（自耗丝）从线轴拉出，在电弧加热下形成液滴。通入雾化气体，吹动液滴，并将熔融态液滴雾化，并推动细小粒子沉积到基体上。 如果两条电极线由不同的金属组成，则可制得伪合金涂层（pseudo-alloy coating）。,51,2.3.2 电弧喷涂(Arc Spraying),电弧喷涂
17、喷枪实物图,52,2.3.2 电弧喷涂(Arc Spraying),电功率：通常在5-10 kW之间 电弧温度：在280A的电弧电流下，可达6100K 电弧电压：通常在20-40V之间（电压增加会导致喷涂液滴尺寸增大）,工艺参数：,53,2.3.2 电弧喷涂(Arc Spraying),材料：所有的导电材料均可用 直径：通常在1.6-5.0 mm之间 粒子速度：自耗丝形成的熔融粒子速度可达150 m/s,自耗丝：,54,2.3.2 电弧喷涂(Arc Spraying),与线材火焰喷涂相比具有以下特点：,热效率高火焰喷涂热能利用率只有515，电弧喷涂热利用率可高达6070。 生产率高电弧喷涂时两
18、根丝同时给进，喷涂效率高，喷涂同样的金属丝，电弧喷涂的喷涂速度可达到火焰喷涂的3倍以上。 喷涂成本低火焰喷涂所消耗燃气的价格是电弧喷涂电价的几十倍，电弧喷涂的施工成本比火焰喷涂要降低50以上。,55,2.3.2 电弧喷涂(Arc Spraying),与线材火焰喷涂相比具有以下特点：,涂层结合强度高在不用贵金属打底的情况下，涂层的结合强度高于线材火焰喷涂。 可方便地制备伪合金涂层利用两根成分不同的金属丝便可制备伪合金涂层，如铜-钢伪合金涂层具有良好的耐磨、减摩和导热性能。,56,2.3.3 等离子喷涂(Atmospheric Plasma Spraying),气体如氮、氩、氢及氦等通过压缩电弧时
19、产生电离而形成电中性的等离子体。 等离子弧的能量集中、温度很高，其焰流的温度在万度以上，可以将所有固态工程材料熔化。以这种高温等离子体作热源将涂层材料熔化制备涂层的工艺就是等离子喷涂。,57,等离子体：,2.3.3 等离子喷涂(Atmospheric Plasma Spraying),气体电离后，在空间不仅有原子，还有自由电子和正离子，这种状态叫做等离子体。 等离子体可分为三大类： 高压高温等离子体，电离度100，温度可达几亿度，用于核聚变的研究； 低温低压等离子体，电离度不足1，温度仅为50250； 高温低压等离子体，约有1以上的气体被电离，具有几万度的温度。 离子、自由电子、未电离的原子的
20、动能接近于热平衡。热喷涂所利用的正是类等离子体。,58,等离子弧：,2.3.3 等离子喷涂(Atmospheric Plasma Spraying),等离子弧是压缩电弧，按接电的方法不同，等离子弧有三种形式： 非转移弧：正极接在喷嘴上，工件不带电； 转移弧：喷嘴不接电源，工件接正极； 联合弧：喷嘴、工件均接正极。 等离子喷涂采用的是非转移型弧。 等离子弧和自由电弧相比较，其弧柱细，电流密度大，气体电离度高，因此具有温度高、能量集中、弧稳定性好等特点。,59,工作原理：,2.3.3 等离子喷涂(Atmospheric Plasma Spraying),在阴极和阳极（喷嘴）之间产生一直流电弧，该电
21、弧把导入的工作气体加热电离成高温等离子体并从喷嘴喷出形成等离子焰。 粉末由送粉气体送入火焰中被熔化、加速、喷射到基体材料上形成膜。 工作气体可以用氩气、氮气，或者在这些气体中再掺入氢气，也可采用氩和氦的混合气体。,60,设备配置图：,2.3.3 等离子喷涂(Atmospheric Plasma Spraying),61,喷枪结构：,2.3.3 等离子喷涂(Atmospheric Plasma Spraying),1阳极 2阴极 3水出口和阴极连接器 4水进口和阳极连接器 5工作气体进口 6粉末喷射器 7电子绝缘体,62,工艺参数：,2.3.3 等离子喷涂(Atmospheric Plasma
22、Spraying),工作气体成分： 通常为Ar或者Ar+H2、Ar+He、Ar+N2的混合气体，有时N2以及N2+H2的混合气体，其中： Ar可稳定喷嘴内的弧； He、N2或H2具有高的热导率，可增强粒子间的热传递。,63,工艺参数：,2.3.3 等离子喷涂(Atmospheric Plasma Spraying),粉末： 尺寸：通常在20-90 m之间 类型：绝大多数是氧化物陶瓷 喷涂距离：60-130 mm之间,64,涂层性能：,2.3.3 等离子喷涂(Atmospheric Plasma Spraying),在金属基体上等离子喷涂陶瓷层，其结合强度大约在15-25 MPa，若喷涂粘结合金
23、（如NiAl、NiCrAl）或金属（如Mo）则可达70MPa甚至更高。 等离子喷涂涂层的孔隙率一般在1-7%之间，但有时会人为地更高一些。 等离子喷涂涂层的厚度一般在300-1500 m之间。,65,等离子喷涂优缺点：,2.3.3 等离子喷涂(Atmospheric Plasma Spraying),优点： 可喷涂高熔点材料，如氧化铝等（可熔化任何固体材料）； 工作气体保护，涂层夹杂少； 微粒温度高，飞行速度大，涂层孔隙率小，结合强度高，质量好。 缺点： 设备复杂，电能消耗大，成本高，工作条件差。,66,2.3.3 等离子喷涂(Atmospheric Plasma Spraying),67,2
24、.3.4 爆炸喷涂(Detonation-Gun Spraying),利用氧和可燃性气体的混合气，经点火后在喷枪中爆炸，利用脉冲式气体爆炸的能量，将被喷涂的粉末材料加热、加速轰击到工件表面而形成涂层。 爆炸喷涂涂层致密，与基体的结合强度高，最高可达24 kg /mm2。该法缺点是噪音大，而且爆炸是不连续的，因而效率较低。,68,爆炸喷涂过程示意图：,2.3.4 爆炸喷涂(Detonation-Gun Spraying),69,爆炸喷枪实物图：,2.3.4 爆炸喷涂(Detonation-Gun Spraying),70,爆炸喷涂特点：,2.3.4 爆炸喷涂(Detonation-Gun Spr
25、aying),（1）涂层结合强度高，致密性好 涂层粉末在高温高速的气流的推动下以8001200m/s的速度撞击工件表面，涂层与基材的结合强度高，致密度高。 （2）工件受热小，不变形 每次爆炸喷涂的过程只有几毫秒，所以工件不会受到连续加热。温升一般小于100，工件不易发生相变和形变。,71,爆炸喷涂特点：,2.3.4 爆炸喷涂(Detonation-Gun Spraying),（3）功能性强，应用范围广 可对单一金属、合金、氧化物或者混合氧化物、硬质合金、以碳化钨或碳化钛为基体的金属陶瓷及各种复合材料等进行喷涂，因而可赋予工件表面某些特定性能，如耐磨、耐热抗蚀、导电、绝缘等一系列特殊性能。,72
26、,爆炸喷涂特点：,2.3.4 爆炸喷涂(Detonation-Gun Spraying),（4）适用于大尺寸工件的喷涂 爆炸喷涂过程是在大气中完成的，工件周围不需要真空或其它保护气体，喷枪和工件均可采用移动工作方式，因而适用于对大型工件进行喷涂。,73,涂层性能：,2.3.4 爆炸喷涂(Detonation-Gun Spraying),爆炸喷涂涂层的孔隙率非常小：WC-Co涂层的报道值是0.5%，Al2O3涂层的报道值是2%（Tucker，1982）。 拉伸强度和粘结强度分别达83 MPa和70 MPa。 涂层厚度不超过300 m。,74,2.3.5 超音速喷涂,超音速喷涂包括：超音速粉末火焰
27、喷涂（High-Velocity Oxy-Fuel (HVOF) Spraying或Active Combustion High Velocity Air-Fuel (AC-HVAF) Spraying）和超音速等离子喷涂两种。 火焰含氧少，温度适中，焰流速度很高，能有效地防止粉末涂层材料的氧化和分解，故特别适合碳化物类涂层的喷涂。,75,超音速喷涂特点：,2.3.5 超音速喷涂,涂层致密，孔隙率很小，结合强度高，涂层表面光滑，焰流温度高、速度大。 可喷涂高熔点材料，熔粒与周围大气接触时间短，喷涂材料不受损害，涂层硬度高。 喷涂效率高，涂层厚度可达数mm。,76,超音速粉末火焰HVOF喷枪：,
28、2.3.5 超音速喷涂,77,超音速粉末火焰HVOF喷涂：,2.3.5 超音速喷涂,78,超音速粉末火焰HVOF喷涂：,2.3.5 超音速喷涂,燃料气体（丙烷、丙烯或氢气）和助燃剂（氧气）以一定的比例输入燃烧室，燃气和氧气在燃烧室爆炸或燃烧，并产生高速热气流；同时由载气（Ar或N2）沿喷管中心套管将喷涂粉末送入高温射流，粉末加热熔化和加速。整个喷枪由循环水冷却，射流通过喷管时受到水冷壁的压缩，离开喷嘴后燃烧气体迅速膨胀，产生达2倍以上音速的超音速火焰，并将熔融微粒喷射到基材表面形成涂层。,79,超音速粉末火焰HVOF喷枪实物图：,2.3.5 超音速喷涂,80,超音速粉末火焰AC-HVAF喷涂：
29、,2.3.5 超音速喷涂,AC-HVAF（活性燃烧高速燃气）喷涂工艺是介于传统超音速火焰（HVOF）喷涂和冷喷涂（CGS）之间的新喷涂工艺，其特点是通过压缩空气与燃料燃烧产生高速气流加热粉末，使粉末在低于熔点的温度下被加速至高速（700m/s以上），并撞击基体，形成极低氧化物含量和极高致密度的涂层。 AC-HVAF对喷涂材料的热退化影响非常低，制备的涂层表现出卓越的耐磨损及耐腐蚀特性；且生产效率高，其喷涂速率是HVOF的510倍，沉积效率也优于HVOF。,81,超音速粉末火焰AC-HVAF设施实物图：,2.3.5 超音速喷涂,82,超音速粉末火焰喷涂特点：,2.3.5 超音速喷涂,焰流及熔粒速
30、度极高，焰流速度可达音速的2倍以上，熔粒速度可达300700m/s。 粉末在火焰中加热时间长，能均匀地受热熔融，产生集中的喷射流。 采用的粉末细，一般为545m，因而可获得表面光滑的涂层。 涂层致密，孔隙率小于 5，且结合强度高，涂层结合力可达100N/m2。,83,超音速等离子喷涂原理图：,2.3.5 超音速喷涂,84,超音速等离子喷涂特点：,2.3.5 超音速喷涂,等离子射流集中，能量密度高，喷嘴外的射流长度为一般等离子喷涂的3-4倍。 等离子射流速度高，达数倍音速，喷枪热效率高，可达70%，电弧功率大，可达200kW。 粉末在弧焰中加热、加速充分、飞行速度达一般等离子喷涂的6-8倍，喷涂
31、速率提高510倍。 涂层结合强度高，超过超音速粉末火焰喷涂，涂层气孔率极低，硬度高。 等离子射流功率大、温度高，可喷涂任何高熔点的陶瓷材料，这是超音速粉末火焰喷涂所不及的。,85,各种热喷涂方法比较,86,喷涂与喷焊的比较,工件受热情况不同喷涂在250以下，工件不变形、无组织变化；喷焊可达900以上。 与基材结合状态不同喷涂涂层与基体间以机械结合为主；喷焊的基体发生合金化，原子间结合，冶金结合。 所用粉末不同喷焊为自熔性粉末，喷涂不限。 涂层结构不同喷焊均匀致密，无孔隙；喷涂有孔隙。 承载能力不同喷涂适于面接触工件，喷焊适于线接触工件。,87,2.3.6 冷喷涂(Cold Gas-Dynami
32、c Spraying),冷喷涂工艺是利用电能把高压气流加热到一定的温度（100600），该气流再经拉瓦尔管加速产生超音速的束流，用该束流加速粉末粒子，以超音速撞击到基体表面，通过固体的塑性变形，形成涂层。,88,冷喷涂工作原理示意图：,2.3.6 冷喷涂(Cold Gas-Dynamic Spraying),89,冷喷涂工作原理：,2.3.6 冷喷涂(Cold Gas-Dynamic Spraying),载气（通常采用N2或He）加压至3.5MPa后，经加热线圈后温度可达873K。 经过一个收缩扩展型喷嘴（拉瓦尔管）后，工作气体可达超音速。 粉末被高温高压气体喷射进喷嘴收缩部位后，急剧加速，同
33、时温度升至熔点以下而软化，然后轰击基板表面沉积。,90,冷喷涂基本条件：,2.3.6 冷喷涂(Cold Gas-Dynamic Spraying),粒子的速度要达到临界速度； 基体与喷涂材料都要有一定的塑性变形能力。,91,冷喷涂涂层优点：,2.3.6 冷喷涂(Cold Gas-Dynamic Spraying),涂层致密，且涂层成分基本上与粉末保持一致； 涂层残余应力低，涂层厚度基本不受限制； 涂层具有稳定的相结构； 工件温度低，热影响小； 涂层具有锻造结构，其硬度高于同样成分的块体材料；,92,冷喷涂涂层优点：,2.3.6 冷喷涂(Cold Gas-Dynamic Spraying),涂层
34、是形变组织，特殊处理后可得到纳米结构组织； 沉积的斑点大小可以调节，省去遮挡工作； 设备运行成本低； 工作环境好，无高温辐射、噪音低； 几乎所有金属和合金都可以进行喷涂。,93,冷喷涂涂层微观结构：,2.3.6 冷喷涂(Cold Gas-Dynamic Spraying),94,冷喷涂设备实物图：,2.3.6 冷喷涂(Cold Gas-Dynamic Spraying),95,2.4 热喷涂涂层功能和应用,抗磨损涂层 防腐蚀涂层 热障涂层 耐熔融金属涂层 ,96,抗磨损涂层,抗磨料磨损涂层 许多机件，如各种破碎机、泥浆泵、农用机械及混凝土搅拌机等工程机械，往往因遭受硬物、岩石、泥沙等磨料的磨损
35、而失效。 在此类机件表面喷涂某些铁基、镍基、钴基材料或在这些喷涂材料中加入WC、Al2O3、Cr2O3、ZnO2等陶瓷颗粒获得复合涂层，可显著提高其抗磨料磨损性能。,97,抗磨损涂层,抗粘着磨损涂层 在机件表面喷涂铁、镍基或钴基的WC、Al复合涂层，或喷涂陶瓷，将增大或改变摩擦副间的物理、化学晶体结构的差异和性质，从而提高机械的抗粘着磨损性能。 另外，在边界润滑条件下，钼具有优异的耐粘着磨损性能。,98,抗磨损涂层,耐微动磨损涂层 凸轮从动件、汽缸衬套、导叶、涡轮叶片等机件常因微动磨损而失效。 喷涂自熔合金、氧化物或碳化物金属陶瓷、某些Ni、Fe、Co基材料可显著提高机件的抗微动磨损性能。,9
36、9,抗磨损涂层,耐热磨损涂层 各种热作模具、轧管定径穿孔机、压铸模具以及粉末冶金模具等，其不仅服役在较高的温度环境下，且遭受磨损、挤压、冲击及冷热疲劳作用。 可喷涂钴基自熔合金、Ni/Al以及陶瓷来提高耐热磨损性能。,100,抗磨损涂层,耐冲蚀磨损和耐气蚀磨损涂层 各种风机、水电阀等的失效主要由于冲蚀磨损引起，而水轮机叶片、喷头及各种汽缸衬套常因气蚀磨损而失效。 可喷涂Ni基自熔合金、自熔合金加铜粉、不锈钢、WC复合粉末显著提高机件的耐冲蚀磨损和耐气蚀磨损能力。,101,防腐蚀涂层,Zn、Al、Zn-Al合金涂层对钢铁具有良好的防护作用，这不仅与阴极保护作用有关，涂层本身也具有良好的抗腐蚀作用
37、。 处于室外工业气氛中的钢件，若气氛呈碱性，可采用Zn涂层；若气氛中硫或硫化物含量高，可采用Al涂层；如桥梁、输电线、钢结构件、高速公路护栏、照明灯秆等可喷涂Zn或Al涂层进行长效防腐。,102,防腐蚀涂层,处于盐气雾中的钢件，如海岸边的金属构件、甲板、发射天线、海上吊桥等均可喷涂Al、Zn或其合金进行长效防腐，一般二三十年不需要维护。 长期处于水中的钢件，如船体、钢体河桩及桥墩等可喷涂Al进行长期防腐。耐饮用水的涂层可用Zn，涂层不需封孔，如淡水储器、输送器等。耐热淡水的涂层可用Zn，但涂层带封孔，如热交换器、蒸汽净化设备及处于蒸汽中的钢件。,103,ZrO2、Al2O3等陶瓷涂层，熔点高，
38、导热系数低，在高温条件下对基体金属具有良好的隔热保护作用称为热障涂层。 金属粘结底层为Co 或Ni、加有Cr、Al、Y 的合金材料，陶瓷材料最好采用由Y2O3 稳定的ZrO2，热障涂层一般用于柴油发动机活塞、涡轮发动机燃烧室、阀门和火焰稳定器等。,热障涂层,104,耐熔融金属涂层,耐熔融Zn浸蚀涂层：可喷涂Al2O3+TiO2、MgO+ ZrO2及纯白钨等，如浸Zn槽、浇铸槽。 耐熔融Cu浸蚀涂层：可喷涂Al2O3+TiO2 及ZnO2十24MgO及Mo等，如锭模。 耐熔融Al浸蚀涂层：可用Al2O3 +TiO2及ZnO2+24 MgO涂层，如模具、输送槽。,105,喷涂涂层示例,106,喷涂涂层示例,107,喷涂视频,http:/ D240*1930）,铝滚筒（D110*800）,筛鼓-喷涂中,110,超音速火焰喷涂产品实物图,注塑机挤出螺杆,密炼机组件,111,超音速火焰喷涂产品实物图,蝶阀阀体（上）与阀座（下）,硬密封球阀,阀体开关次数提高6倍！,112,超音速火焰喷涂产品实物图,粉末破碎机：螺杆（上左）、异形杆（上右）、分散盘（下左）与旋转叶片（下右）,一次出粉量提高10倍！,
