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1、金属粉末火焰喷焊技术金属粉末火焰喷焊技术 1 1 一 热喷涂喷焊技术发展简介一 热喷涂喷焊技术发展简介 n n 最早的热喷涂装置由瑞士科学家最早的热喷涂装置由瑞士科学家M V SchoopM V Schoop发明发明 的 原理是将熔化的金属液注入到由旋管喷出的的 原理是将熔化的金属液注入到由旋管喷出的 热空气流中 被雾化喷射到工件表面 热空气流中 被雾化喷射到工件表面 n n 19131913年年SchoopSchoop利用氧利用氧 乙炔焰加热金属丝原理 乙炔焰加热金属丝原理 制成了早期的气喷涂装置 制成了早期的气喷涂装置 n n 19201920年日本人江泽谦二郎发明了电弧喷涂装置 年日本人
2、江泽谦二郎发明了电弧喷涂装置 n n 三十年代 美国三十年代 美国MetcoMetco公司发明了用空气涡轮和马公司发明了用空气涡轮和马 达送丝的达送丝的Metco EMetco E型和型和K K型气喷涂装置 同期英国型气喷涂装置 同期英国 人人SchoriSchori发明了粉末型火焰喷枪 发明了粉末型火焰喷枪 2 2 热喷涂喷焊技术发展简介热喷涂喷焊技术发展简介 n n 二战前后 喷涂的应用已扩展到喷锌 喷铝 防二战前后 喷涂的应用已扩展到喷锌 喷铝 防 腐 耐热 抗氧化等方面 腐 耐热 抗氧化等方面 n n 19531953年 年 H S SayreH S Sayre发明了发明了 自熔合金自
3、熔合金 这是热喷 这是热喷 涂技术的重大突破 涂技术的重大突破 n n 5050年代后期 美国联合碳化物公司发明了爆炸喷年代后期 美国联合碳化物公司发明了爆炸喷 涂 同期美国涂 同期美国PlasmaynePlasmayne公司发明了等离子喷涂公司发明了等离子喷涂 技术 技术 n n 6060年代 年代 MetcoMetco公司发明了放热型自熔合包复粉公司发明了放热型自熔合包复粉 末 末 n n 6060年代后期 日本九洲大学栖原发明了线爆喷涂年代后期 日本九洲大学栖原发明了线爆喷涂 技术 技术 3 3 热喷涂喷焊技术发展简介热喷涂喷焊技术发展简介 n n 7070年代捷克 瑞士 美国先后研制成
4、功年代捷克 瑞士 美国先后研制成功8080 千瓦高能高速等离子喷涂设备 千瓦高能高速等离子喷涂设备 n n 8080出现了超音速喷涂设备 出现了超音速喷涂设备 4 4 二 热喷涂材料简介二 热喷涂材料简介 1 1 分类 分类 金属及其合金金属及其合金 自熔合金粉末自熔合金粉末 陶瓷材料陶瓷材料 塑料塑料 复合粉末复合粉末 5 5 热喷涂材料简介热喷涂材料简介 2 2 对热喷涂材料的要求 对热喷涂材料的要求 良好的使用性能良好的使用性能 耐磨 耐耐磨 耐蚀蚀 耐高温 耐高温 抗氧化 抗氧化 导电导电 绝缘绝缘 等 等 热稳热稳 定性定性 不升不升华华 不分解 不 不分解 不挥发挥发 不不发发生晶
5、格生晶格转变转变 热热膨膨胀胀系数和系数和导热导热 率与母材接近 率与母材接近 良好的固良好的固态态流流动动性 性 良好的良好的润润湿性和液湿性和液态态流流动动性 性 6 6 热喷涂材料简介热喷涂材料简介 3 3 自熔合金的性质及在喷焊中的应用 自熔合金的性质及在喷焊中的应用 自熔合金定自熔合金定义义 含硼和硅元素 低熔点 自 含硼和硅元素 低熔点 自 脱氧 与基体湿脱氧 与基体湿润润性良好的合金 性良好的合金 自熔合金的特点 自熔合金的特点 熔点低熔点低 流流动动性好性好 能自行脱氧 造渣能自行脱氧 造渣 能形成高硬度的弥散能形成高硬度的弥散强强 化相化相 7 7 热喷涂材料简介热喷涂材料简
6、介 分分类类 镍镍镍镍基合金基合金 钴钴基合金基合金 铁铁基合金基合金 8 8 热喷涂材料简介热喷涂材料简介 合金元素在自熔合金中的作用合金元素在自熔合金中的作用 硼 硅元素硼 硅元素 脱氧 造渣脱氧 造渣 降低合金熔点 提高固液相温度范降低合金熔点 提高固液相温度范围围 形成弥散形成弥散强强化相 提高硬度和化相 提高硬度和强强度度 9 9 1100 1050 1000 950 温度 1 2 3 4 5 硼含量对熔化温度的影响 B 液相线 固相线 1010 温度 1100 1050 1000 950 3 5 4 4 5 5 5 5 Si 硅含量对熔化温度的影响 1111 镍基自熔合金镍基自熔合
7、金 1 1 镍的作用镍的作用 基体材料 占基体材料 占70 70 以上 以上 提高韧性提高韧性 提高耐蚀性提高耐蚀性 2 2 铬的作用铬的作用 铬约占铬约占15 15 左右左右 形成硬质点的主要元素形成硬质点的主要元素CrCr23 23 C C6 6 CrCr 7 7C C3 3 CrCr 2 2 B B CrBCrB 还能形成碳化铬和硼化铬还能形成碳化铬和硼化铬 与镍形成固溶体 使基体固溶强化与镍形成固溶体 使基体固溶强化 1212 3 3 碳的作用碳的作用 形成碳化物 提高合金的硬度和耐磨性形成碳化物 提高合金的硬度和耐磨性 能增加合金的脆性 一般控制在能增加合金的脆性 一般控制在1 1
8、以下以下 碳与镍形成低熔点共晶体 降低合金熔碳与镍形成低熔点共晶体 降低合金熔 点点 1313 4 4 合金粉末的主要技术指标合金粉末的主要技术指标 硬度硬度 HRC HRC 粉末含氧量 粉末含氧量 O O 小于小于0 1 0 1 粒度粒度 目目 FeFe含量含量 Fe Fe含量高会降低合金的膨胀系数含量高会降低合金的膨胀系数 松装比 松装比 g cmg cm 3 3 摇实比 摇实比 g cmg cm 3 3 流动性 流动性 s 50gs 50g 粉末圆度粉末圆度 1414 4 4 镍基合金的性能镍基合金的性能 耐磨性耐磨性 在低应力磨粒磨损条件下 在低应力磨粒磨损条件下 镍基合金涂层的耐磨性
9、比相同硬度的碳素钢镍基合金涂层的耐磨性比相同硬度的碳素钢 高高8 108 10倍 在镍基合金中加入适当的倍 在镍基合金中加入适当的WCWC CrBCrB 耐磨性能进一步提高 耐磨性能进一步提高 耐蚀性耐蚀性 镍基合金涂层有优良的耐热镍基合金涂层有优良的耐热 耐蚀 和抗氧化性能 耐蚀 和抗氧化性能 红硬性红硬性 镍基合金具有较高的红硬性镍基合金具有较高的红硬性 原于硼化物的作用 原于硼化物的作用 500500度时仍有很高的硬度度时仍有很高的硬度 1515 100 75 50 25 2 4 6 8 10 12 14 失重 mg cm 2 时间 t Cr13 18 8 在Cr13上喷焊 在18 8上
10、喷焊 介质 10 盐酸 镍基自熔合金与不锈钢耐蚀性比较 1616 HRC 100 200 300 400 500 600 700 温度 60 50 40 30 20 镍基合金硬度随温度变化情况 1717 涂层结构和基体表面制备涂层结构和基体表面制备 1 1 涂层结构特点涂层结构特点 涂层是层状结构 由涂层的形成过程决定 涂层的物理涂层是层状结构 由涂层的形成过程决定 涂层的物理 特性有方向性特性有方向性 涂层中存在内应力涂层中存在内应力 涂层化学成份存在不均匀性涂层化学成份存在不均匀性 涂层的多孔性涂层的多孔性 2 2 涂层与基体的结合机理涂层与基体的结合机理 机械结合机械结合 金属键力结合金
11、属键力结合 微扩散结合 在界面形成微小的扩散微扩散结合 在界面形成微小的扩散 微焊接结合微焊接结合 1818 基体表面制备基体表面制备 1 1 预清洁预清洁 去油 除锈等去油 除锈等 2 2 加工加工 注意边角的过渡注意边角的过渡 3 3 粗化粗化 喷砂喷砂 主要参数有 磨料类型 多棱角 磨料粒度 压缩空气主要参数有 磨料类型 多棱角 磨料粒度 压缩空气 压力 工件表面硬度 压缩空气清洁度 无水无油 喷砂角度等压力 工件表面硬度 压缩空气清洁度 无水无油 喷砂角度等 机加工法机加工法 车螺纹 滚花等车螺纹 滚花等 车螺纹的优点是 粗化了结合的表面 增加结合面积 提高涂层的车螺纹的优点是 粗化了
12、结合的表面 增加结合面积 提高涂层的 剪切强度 减不涂层的应力叠加剪切强度 减不涂层的应力叠加 镍拉毛镍拉毛 电火花加工方法 适于工件表面硬度 不能采用喷砂和机电火花加工方法 适于工件表面硬度 不能采用喷砂和机 加工方法的工件加工方法的工件 注意 粗化后的工件应在注意 粗化后的工件应在2 2小时内进行喷涂小时内进行喷涂 1919 输送辊喷焊工艺及检验要点输送辊喷焊工艺及检验要点 1 1 辊坯辊坯 管坯管坯 无缝管无缝管 状态 去应力 状态 去应力 管坯加工管坯加工 车螺纹车螺纹 R R角角 防表面污染防表面污染 R R角喷砂角喷砂 定期检查压缩空气质量 油水定期检查压缩空气质量 油水 含量 含
13、量 喷前粗化处理喷前粗化处理 定期检查砂子是否标准 粒度和定期检查砂子是否标准 粒度和 棱角 棱角 检查喷砂质量 检查喷砂质量 Sa2 5Sa2 5 压缩空气压力和流量压缩空气压力和流量 清洁度控制清洁度控制 去油去水 温度和大气露点 去油去水 温度和大气露点 2020 2 2 温度控制温度控制 红外测温 反射系红外测温 反射系 数 数 预热 预热 300300 温度检测温度检测 热电偶测温热电偶测温 喷预保护涂层 约喷预保护涂层 约0 1mm 0 1mm 加热加热 温度控制 小于温度控制 小于500 500 重熔温度控制 重熔温度控制 1000 1100 1000 1100 镜面反射镜面反射
14、 冷却冷却 旋转冷却至旋转冷却至300 300 以下 拆卸 立放至室温以下 拆卸 立放至室温 2121 3 3 涂层均匀性控制涂层均匀性控制 涂层的均匀性是输送辊喷焊的一项关键技术 涂层均涂层的均匀性是输送辊喷焊的一项关键技术 涂层均 匀性好的优点是 匀性好的优点是 降低喷焊成本降低喷焊成本 降低喷焊层的内应力降低喷焊层的内应力 降低加工难度降低加工难度 涂层均匀性控制目标 涂层均匀性控制目标 涂层不均匀性小于涂层不均匀性小于0 2mm0 2mm 控制机床的稳定性控制机床的稳定性 粉轴粉轴 送粉管送粉管 送粉器送粉精度控制送粉器送粉精度控制 喷咀喷咀 控制涂层均匀性的方法控制涂层均匀性的方法
15、合金粉合金粉 载气载气 氧气 燃气 压缩空气压力和流量氧气 燃气 压缩空气压力和流量 重熔温度控制重熔温度控制 2222 4 4 重熔控制重熔控制 重熔时须对加热温度进行精确控制 温度过高会造成重熔时须对加热温度进行精确控制 温度过高会造成 喷焊层淌流 温度过低会造成喷焊层熔化不充分而出现生粉喷焊层淌流 温度过低会造成喷焊层熔化不充分而出现生粉 只有对加热温度进行精确控制才能保证喷焊层质量 具体 只有对加热温度进行精确控制才能保证喷焊层质量 具体 的做法是 的做法是 1 1 确保辊坯的加工精度 为重熔时建立均匀 确保辊坯的加工精度 为重熔时建立均匀 稳定的温度场创造条件 稳定的温度场创造条件
16、2 2 重熔过程采用计算机程序控制 重熔过程采用计算机程序控制 3 3 对粉末的物理性能进行调整 将其熔化的 对粉末的物理性能进行调整 将其熔化的 温度范围调宽 使镜面加宽 进而降低重熔难度 温度范围调宽 使镜面加宽 进而降低重熔难度 2323 5 5 变形控制变形控制 1 1 轴向变形控制 轴向变形控制 采用弹性卡具控制辊子的轴向变形 经计算及实测 喷采用弹性卡具控制辊子的轴向变形 经计算及实测 喷 焊时辊子 焊时辊子 300 1500300 1500 的轴向彭胀量一般在 的轴向彭胀量一般在15 20mm15 20mm范范 围内 径向彭胀量在围内 径向彭胀量在3mm3mm左右 为此采用弹性卡具 如图所左右 为此采用弹性卡具 如图所 示 在保证一定夹紧力的情况下 辊子在加热和冷却时能自示 在保证一定夹紧力的情况下 辊子在加热和冷却时能自 由胀缩 这样可防辊子由于轴向固定而产生旁弯 由胀缩 这样可防辊子由于轴向固定而产生旁弯 2424 弹性夹具示意图 2525 2 2 径向变形的控制 采用环向加热的方式进行重熔 径向变形的控制 采用环向加热的方式进行重熔 避免了由于单枪加热造成的加热不均
