热喷涂喷焊与堆焊高级教育

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1、第一节热喷涂技术一、 喷涂技术的原理与特点技术的原理与特点1 热喷涂原理热喷涂原理 利用热能将喷涂材料熔化，再借助高速气流将其雾化，并在高速气流的带动下粒子撞击基材表面，冷凝后形成具有某种功能的涂层。第六章第六章 热喷涂、喷焊与堆焊技术热喷涂、喷焊与堆焊技术1古柏文书Particle or Droplet generationAcceleratingHeatingSplat formation:Impact, flatteningSolidification 热喷涂原理热喷涂原理2古柏文书典型热喷涂系统3古柏文书（1） 可在各种基材上制备各种涂层；（2） 基材温度低（30 200），热影响区浅

2、，变形小；（3） 涂层厚度范围宽（0.5 5mm） ；（4） 操作灵活，可在不同尺寸和形状的工件上喷涂；（5） 加热效率低，喷涂材料利用率低，（6） 涂层与基体结合强度低。 2 热喷涂技术的特点热喷涂技术的特点4古柏文书1 喷涂材料的分类和要求 热喷涂材料按材料的形态分线材、棒材和粉末三大类。3、热喷涂材料、热喷涂材料5古柏文书热喷涂材料分类热喷涂材料分类（金属类）6古柏文书热喷涂材料分类热喷涂材料分类（非金属类）7古柏文书（1）热稳定性好，在高温焰流中不升华，不分解。（2） 有较宽的液相区，使熔滴在较长时间内保持液相。（3）与基材有相近的热膨胀系数，以防止因膨胀系数相差过大产生较大的热应力。

3、（4） 喷涂材料在熔融状态下应和基材有较好的浸润性，以保证涂层与基材之间有良好的结合性能。（5）一定的形状与尺寸（线材13mm, 粉末1100um)热喷涂材料的要求热喷涂材料的要求8古柏文书（1） 喷涂材料被加热到熔融状态。（2） 喷涂材料被雾化成微小熔滴并高速撞击基体表面，撞击基体的颗粒动能越大和冲击变形越大，形成的涂层结合越好。（3） 熔融的高速粒子在冲击基材表面后发生变形，冷凝后形成涂层。4 涂层形成过程涂层形成过程9古柏文书n n 式中：为粉末在焰流中的运动距离；式中：为粉末在焰流中的运动距离；l l为平均边界层的热导率；为平均边界层的热导率；D D为平均边界层的温度梯度；为平均焰流速

4、度；为粉末材为平均边界层的温度梯度；为平均焰流速度；为粉末材料的熔化潜热；为粉末的平均直径；料的熔化潜热；为粉末的平均直径；m m为平均焰流黏度；为为平均焰流黏度；为粉末密度。粉末密度。 在涂层粉末熔化过程中，将材料参数及有关变量，如在涂层粉末熔化过程中，将材料参数及有关变量，如热导率、熔化温度等，统一纳入到加热条件及气流动力学热导率、熔化温度等，统一纳入到加热条件及气流动力学方程中，可得到以下不等式。方程中，可得到以下不等式。10古柏文书 如右图所示如右图所示如右图所示如右图所示是等离子喷涂钼是等离子喷涂钼是等离子喷涂钼是等离子喷涂钼涂层显微结构形涂层显微结构形涂层显微结构形涂层显微结构形貌

5、图，大小不一貌图，大小不一貌图，大小不一貌图，大小不一的的的的扁平颗粒扁平颗粒扁平颗粒扁平颗粒、未、未、未、未熔化的熔化的熔化的熔化的球形颗粒球形颗粒球形颗粒球形颗粒、夹杂夹杂夹杂夹杂和和和和孔隙孔隙孔隙孔隙组成。组成。组成。组成。5. 涂层结构涂层结构11古柏文书 涂层性能具有方向性，垂直和平行涂层方向上的性能不一致。 涂层中伴有氧化物等夹杂，存在部分孔隙，孔隙率420。 涂层是由无数变形粒子互相交错堆叠在一起，形成一层堆积而成的层状结构。12古柏文书 涂层内有一定比例的孔隙，产生原因是： (1) 未熔化颗粒的低冲击功能；（1） 喷涂角度不同造成的遮蔽效应；（2） 凝固收缩和应力释放效应 缺

6、点：孔隙将降低涂层的硬度、耐磨性和耐蚀性。优点：但孔隙可以储存润滑剂，提高涂层的隔热性能，减小内应力并因此增加涂层厚度，提高涂层抗热震性能，提高涂层的可磨耗性能。13古柏文书 6 热喷涂中的相变 相对基体来说，熔滴尺寸非常小，冷却速度可达106 K/s,冷却后会形成非晶态或亚稳相，完全不同于同样材料在轧制态或铸态的组织结构。14古柏文书 涂层冷却凝固时，会伴随着收缩过程，颗粒内部会产生张应力而在基体表面产生压应力。结果使涂层内部产生残余张应力，应力大小与涂层厚度成正比，当张应力超过涂层与基材之间结合强度时，涂层就会发生破坏。7 涂层应力涂层应力 15古柏文书 涂层应力涂层应力n n由于涂层应力

7、与厚度的关系，热喷涂层的最佳厚度一般不超过0.5mmn n 残余应力： 致密涂层 疏松涂层n n涂层应力大小可通过调整工艺参数而部分控制，但更有效的方法是采用梯度过渡层缓和涂层应力16古柏文书 减少涂层残余应力措施减少涂层残余应力措施：（1） 减小涂层厚度；（2） 调整喷涂工艺参数；（3）采用较疏松涂层；（4） 采用梯度过渡层缓和涂层内应力 17古柏文书 包括涂层与基材之间、涂层中颗粒与颗粒之间的结合，结合形式有：（1） 机械结合：撞成扁平状的颗粒和凸凹不平的基材表面互相嵌合(即抛锚效应)而结合在一起。8 涂层的结合强度涂层的结合强度18古柏文书（2） 物理结合：熔融粒子的原子与基材表面原子之

8、间距离达到晶格常数范围时，产生范德华力，形成物理结合。（3） 冶金结合：熔融粒子撞击基材表面时释放出的能量使喷涂材料与基材之间发生局部扩散和焊合，形成冶金结合。如喷涂镍包铝复合粉末时的放热反应。 热喷涂的涂层与基材的结合主要以机械结合为主，结合强度较差(85MPa）。2） 涂层致密（最高密度可达99.9）。3） 工件表面温度低。4） 效率非常低，运行成本高，只用于含碳化物涂层的喷涂。爆炸喷涂特点爆炸喷涂特点48古柏文书1） 航空发动机钛合金风扇叶片阻尼台上用爆炸喷涂0.25mn厚的WC，寿命提高10倍；2） 燃烧室的定位卡环上喷一层0.12mm厚Cr3C2，寿命提高7倍。 爆炸喷涂应用爆炸喷涂

9、应用49古柏文书l超音速火焰喷涂原理超音速火焰喷涂原理 原理与普通火焰喷涂类似，只是多了一个使喷涂火焰达到超音速的机构5.超音速火焰喷涂(High Velocity Oxygen Fuel，简称，简称HVOF)50古柏文书51古柏文书1） 焰流速度高但温度相对较低，适合喷涂含碳化物材料。2） 涂层致密（99.9），表面粗糙度低。3） 结合强度略低于爆炸喷涂，达70MPa以上。4） 喷涂效率高，但燃料消耗大，喷涂成本比较高。；5） 噪音大(120dB)，需有隔音和防护装置。（3）超音速喷涂的特点）超音速喷涂的特点52古柏文书6.各种热喷涂方法比较各种热喷涂方法比较53古柏文书(1) 对涂层结合力

10、要求不高，喷涂材料熔点2500，可采用火焰喷涂。(2) 对涂层性能要求较高，喷涂高熔点材料时时，应采用等离子喷涂。(3) 工程量大的金属喷涂施工最好采用电弧喷涂。(4) 要求高结合力、低孔隙度的金属、合金及以某些金属陶瓷涂层可采用超音速火焰喷涂。(5) 对于批量大的工件，宜采用自动喷涂。7、喷涂工艺的选择原则、喷涂工艺的选择原则54古柏文书 三、常用热喷涂材料n热喷涂材料按形状分为粉末和线材n热喷涂材料按化学组成分为金属热喷涂材料、陶瓷热喷涂材料、塑料热喷涂材料、热喷涂用复合粉末材料。55古柏文书 l热喷涂材料的选材原则热喷涂材料的选材原则n（1） 要把实用性、工艺性和经济性结合起来考虑，尽量

11、选择合理的喷涂材料。n（2） 对于重要的部件以获得最优涂层性能为准则；不十分重要的部件则以获得最大的经济效益为准则。n（3）根据工件的工作环境选择合适的工作涂层。n（4） 为满足喷涂工件的使用要求，可采用复合涂层和梯度涂层。56古柏文书1 金属热喷涂材料n金属热喷涂材料一般有线材和粉末两种形式。线材用拉拔法制造，而粉末一般用雾化法制造。n由于粉末材料表面积大，氧化程度高，所以在方便的条件下推荐采用线材。但粉末制造方法简单、灵活，材料成分不受限制，因此小批量热喷涂时一般采用粉末材料。n常用热喷涂金属材料见书P10510657古柏文书2 陶瓷热喷涂材料n陶瓷热喷涂材料最主要形式是粉末，制造方法有熔

12、融破碎、化学共沉淀、喷雾干燥等。另外，将陶瓷粉末烧结制成陶瓷棒可直接喷涂，但成本相对较高，因此应用较少。n热喷涂用陶瓷材料主要集中在氧化物陶瓷材料上，因为非氧化物陶瓷材料在喷涂过程中易挥发或分解。n常用陶瓷热喷涂材料见书P10658古柏文书 3 塑料热喷涂陶瓷材料n热喷涂塑料涂层特点比传统塑料涂层成本低、投资少涂层厚度与工作场地无限制，不含溶剂，符合环保要求采用的塑料涂层材料熔化温度范围应较宽、粘度较低、热稳定性应好，一般采用粉末形式n常用塑料热喷涂材料见书P10759古柏文书4 热喷涂用复合粉末材料n热喷涂用复合材料分为两种热喷涂用复合材料分为两种一类是为适应热喷涂工艺而制备的符合材料，例如

13、，一类是为适应热喷涂工艺而制备的符合材料，例如，为防止碳化钨材料在喷涂过程中氧化分解而制备为防止碳化钨材料在喷涂过程中氧化分解而制备的的镍包碳化钨复合粉末材料镍包碳化钨复合粉末材料，他们是当前热喷涂，他们是当前热喷涂用复合材料的主流用复合材料的主流另一类是通过增强相增强涂层性能的复合材料，如另一类是通过增强相增强涂层性能的复合材料，如纤维增强涂层材料纤维增强涂层材料，这类材料目前还在研究探索，这类材料目前还在研究探索过程中过程中n常用热喷涂复合材料见书常用热喷涂复合材料见书P10760古柏文书1 喷涂耐腐蚀涂层喷涂耐腐蚀涂层(1) 不不锈锈钢钢涂涂层层：不不锈锈钢钢电电极极电电位位比比铁铁高高

14、，易易在在涂涂层层孔孔隙隙处处 形形成成原原电电池池，加加剧剧铁铁基基体体腐腐蚀蚀，所所以以喷喷涂涂后后必必须须封封孔孔处处理理。类似的涂层材料还有镍合金、蒙乃尔合金、青铜等金属涂层。类似的涂层材料还有镍合金、蒙乃尔合金、青铜等金属涂层。(2) 铝铝、锌锌及及其其合合金金涂涂层层：锌锌、铝铝的的腐腐蚀蚀电电极极电电位位高高于于铁铁，腐腐蚀蚀介介质质首首先先腐腐蚀蚀锌锌和和铝铝，而而使使铁铁基基体体作作为为阴阴极极得得到到保保护护，可用于桥梁、海洋钻井平台等。可用于桥梁、海洋钻井平台等。(3) 塑塑料料涂涂层层：用用于于化化工工、食食品品等等行行业业。（例例如如葡葡萄萄酒酒低低温温发发酵酵罐罐内

15、内壁壁喷喷涂涂聚聚乙乙烯烯涂涂层层，有有效效的的防防止止了了罐罐壁壁的的点点蚀蚀，控控制了酒中铁离子含量）制了酒中铁离子含量）四、热喷涂技术的应用四、热喷涂技术的应用61古柏文书n喷涂耐磨涂层的应用：喷涂耐磨涂层的应用：(1)在机械零件表面喷涂耐磨涂层，延长零件的使用寿命 (2)修复磨损失效的机械零件2 2 喷涂耐磨涂层喷涂耐磨涂层62古柏文书n不同环境下的耐磨涂层不同环境下的耐磨涂层(1)纺织、造纸、和印刷纺织、造纸、和印刷等行业，机械零件与布匹、面纱、等行业，机械零件与布匹、面纱、纸张等纤维制品摩擦，导致磨损。采用等离子喷涂纸张等纤维制品摩擦，导致磨损。采用等离子喷涂氧化氧化铝、氧化铬铝、

16、氧化铬等耐磨陶瓷涂层等耐磨陶瓷涂层(2)遭遇遭遇磨料磨损磨料磨损的机械部件如泥浆泵活塞杆、螺旋送料器的机械部件如泥浆泵活塞杆、螺旋送料器等零件，要求涂层硬度超过磨料硬度，采用超音速火焰等零件，要求涂层硬度超过磨料硬度，采用超音速火焰喷涂或爆炸喷涂技术喷涂喷涂或爆炸喷涂技术喷涂镍基或钴基碳化钨涂层镍基或钴基碳化钨涂层。(3)对于在对于在冲蚀和气蚀环境条件下工作冲蚀和气蚀环境条件下工作的水轮机、抽风机、的水轮机、抽风机、旋风除尘器等的零件，要求涂层硬度高、韧性好，采用旋风除尘器等的零件，要求涂层硬度高、韧性好，采用等离子喷涂等离子喷涂超细氧化铝、氧化铬超细氧化铝、氧化铬等耐磨陶瓷涂层，或选等耐磨陶

17、瓷涂层，或选用超音速火焰喷涂或爆炸喷涂技术喷涂用超音速火焰喷涂或爆炸喷涂技术喷涂钴基碳化钨钴基碳化钨复合复合涂层。涂层。63古柏文书（4）在在配合件的接触运转配合件的接触运转中可采用中可采用可磨耗涂层可磨耗涂层，可磨，可磨 耗涂层能自动形成所必须的间隙，提供最佳的密封状耗涂层能自动形成所必须的间隙，提供最佳的密封状态。可磨耗涂层一般采用等离子喷涂或火焰喷涂，涂态。可磨耗涂层一般采用等离子喷涂或火焰喷涂，涂层成分由金属基体和非金属填料组成。层成分由金属基体和非金属填料组成。64古柏文书 (1) 抗高温氧化涂层抗高温氧化涂层：用用于于改改善善机机械械零零件件的的抗抗高高温温氧氧化化性性能能。例例如

18、如900以以下下，采采用用超超音音速速火火焰焰喷喷涂涂Cr2C3-NiCr涂涂层层；900以以上上，采采用用大大气气等离子喷涂氧化锆涂层。等离子喷涂氧化锆涂层。(2) 热障涂层热障涂层：使使金金属属基基体体与与高高温温环环境境隔隔离离，保保持持金金属属构构件件的的力力学学性性能能。例例如如美美国国“探探险险者者”卫卫星星表表面面喷喷涂涂了了氧氧化化铝铝保保护护涂涂层层，由由于于氧氧化化铝铝的的隔隔热热作作用用，卫卫星星内内部部仪仪器器舱舱温温度度保保持持在在1030C,从从而而保保证证了了灵灵敏敏电电子子仪仪器器的的正正常常工工作作。又又如如采采用用等等离离子子喷喷涂涂氧氧化化锆锆热热障障涂涂

19、层层保保护护航航空空发发动动机机叶叶片片、燃燃烧烧室室内内壁壁、活活塞塞发发动动机机活活塞塞顶顶，通通过过适适当当设设计计涂涂层层厚厚度度，可可以以使使发发动动机机工工作作温温度度提提高高100C以上。以上。3 3 喷涂耐高温涂层喷涂耐高温涂层65古柏文书66古柏文书（1）屏蔽涂层）屏蔽涂层 喷涂屏蔽涂层，用于消除电磁波和无线电波的喷涂屏蔽涂层，用于消除电磁波和无线电波的干扰（干扰（EMI/RFI）,同时消除静电放电火花；同时消除静电放电火花；用电弧喷涂锌涂层可以提供高能级的衰减（范用电弧喷涂锌涂层可以提供高能级的衰减（范围达围达60120dB）。屏蔽涂层的应用包括计算）。屏蔽涂层的应用包括计

20、算机终端设备、电子办公设施、药品检测装置和机终端设备、电子办公设施、药品检测装置和感光电子设备。感光电子设备。4 喷涂功能涂层喷涂功能涂层67古柏文书（2）生物相容性涂层：）生物相容性涂层：在在种种植植体体(不不锈锈钢钢等等)表表面面用用等等离离子子喷喷涂涂一一层层生生物物相相容容性性好好的的羟羟基基磷磷灰灰石石涂涂层层，生生物物组组织织可可以以长长入入涂涂层层中中的的孔孔隙隙中中，与与种种植体形成牢固的结合。植体形成牢固的结合。68古柏文书 5 喷涂成型n喷涂成型常用技术：电弧喷涂、等离子喷涂n电弧喷涂制造冲压塑料和皮革制品模具n等离子喷涂陶瓷或耐火金属喷嘴、雷达整流罩、高温炉元件，以及纤维

21、增强钛合金复合材料发动机部件等。n用喷涂成型制造的零件孔隙度高，机械强度差，大部分需要经过热压、热等静压等后处理。69古柏文书6热喷涂技术的应用领域和市场热喷涂技术的应用领域和市场 70古柏文书五五 热喷涂涂层质量评定热喷涂涂层质量评定n在在GE,P&W以及以及RR等航空发动机公司建立的等航空发动机公司建立的热喷涂涂层最终质量标准中，常用的指标为热喷涂涂层最终质量标准中，常用的指标为显微硬度和（或）宏观硬度显微硬度和（或）宏观硬度、结合强度结合强度、界界面和涂层显微结构面和涂层显微结构以及以及涂层厚度涂层厚度。71古柏文书 1 涂层厚度的测定n简单几何形状基体表面，可直接用游标卡尺或千分尺测量

22、n形状较复杂的零件，可采用磁性法和涡流法测厚仪测量 磁性法：以探头对磁性基体磁通量或互感电流为基准，利用非磁性涂层的厚度不同，以探头磁通量或互感电流的变化值来测量覆盖层厚度 。 涡流法：利用高频磁场引起金属内部涡流，涡流产生的磁场又影响探头的阻抗，测量其阻抗值就可确定涂层的厚度。72古柏文书 2 孔隙率测定n涂层中的孔隙率可以采用阿基米德方法和金相法，前者是通过比较涂层实际密度和涂层材料理论密度的差别来确定，后者是通过图像分析确定。n涂层封孔处理后的残余穿孔测定可以采用试剂试验方法和高压放电试验方法。73古柏文书（1）计算法：按图351加工涂层试样并称重，涂层密度c： 式中G试样重量；s 基材

23、密度；Vs基材体积；Vc涂层体积。 根据c算出涂层孔隙度 孔隙度式中，m涂层材料密度（m可从相关手册中查得）。74古柏文书 3 结合强度测定n热喷涂层结合强度的测定一般采用拉伸法，其原理见书P111所示。将胶粘好的试样，装在试验机上，在规定的条件下，均匀、连续地施加载荷，至试样断裂，记录最大断裂强度，用下式计算涂层结合强度： b FA0 式中，b 为涂层结合强度；F为试样断裂载荷；A0为试样涂层面积。75古柏文书涂层剪切强度：用粘结剂将涂层A粘在B上(a)，然后拉伸使涂层与基材分离；或用(b)方法在材料试验机上缓慢加压，直至涂层被剪切剥离，此时涂层的剪切强度F： 式中，P涂层剪切剥离时的载荷；

24、D试样末喷涂前的直径；L涂层在试样上的宽度。76古柏文书涂层的弯曲强度：将涂层试样弯曲到一定角度时，涂层开始出现龟裂的弯曲角度就是涂层的弯曲强度。77古柏文书4 涂层显微结构观察n涂层显微结构分析手段：金相分析、SEM、TEM等。n但是对涂层进行涂层截面分析时，试样制作非常关键。因为涂层薄而脆，所以对试样的切割、镶样以及研磨抛光都有特殊要求。 78古柏文书1910年：线材火焰喷涂技术；20年代：电弧丝喷涂技术；50年代：爆炸喷涂和等离子喷涂技术；60年代：自熔性合金粉末火焰、等离子喷涂和喷焊技术；80年代：超音速火焰喷涂技术；90年代：激光熔覆技术。六六 热喷涂技术的发展过程热喷涂技术的发展过

25、程79古柏文书60年代以来主要喷涂方法的应用比例 80古柏文书（1） 大功率高热焓等离子喷涂，提高喷涂效率，降低成本。（2） 精密喷涂技术。（3） 用热喷涂法部分代替镀硬铬的工艺。（4） 新型热障涂层，如喷涂0.3mm的MCrAlY热障涂层可使基材温度降低200300。（5） 喷涂新材料，如纳米涂层材料、非晶态涂层材料。（6） 计算机自动控制，提高生产效率，减少工作强度。 七七 热喷涂技术主要发展动向热喷涂技术主要发展动向81古柏文书（7） 在较低温度下具有高速飞行的喷涂（如脉冲放电线爆喷涂和冷喷涂技术 ）82古柏文书n热喷焊 用热源将涂层材料重熔，使涂层内颗粒之间、涂层与基体之间形成无孔隙的

26、冶金结合n根据采用的热源不同，热喷焊技术有氧乙炔火焰喷焊和等离子喷焊第二节第二节 热喷焊工艺与特点热喷焊工艺与特点83古柏文书84古柏文书(1) 工件表面温度：喷涂时工件表面温度900。(2) 结合状态：喷涂层以机械结合为主；喷焊层是冶金结合。(3) 粉末材料：喷焊用自熔性合金粉末，喷涂粉末不受限制。(4) 涂层结构：喷涂层有孔隙，喷焊层均匀致密无孔隙。(5) 承载能力：喷焊层可承受冲击载荷和较高的接触应力。1、 热喷焊工艺与热喷涂工艺的区别热喷焊工艺与热喷涂工艺的区别 一、热喷焊的特点85古柏文书（6）涂层成分：热喷焊层的成分与喷焊材料的原始成分会有一定差别86古柏文书 2 稀释率稀释率n热

27、喷焊过程中基体表面会少量熔化，并与喷焊材料发生合金化，导致喷焊层的成分与原来设计的喷焊材料成分有差异。一般将基体材料熔入喷焊层中的质量分数称为稀释率，用表示：式中A喷焊金属质量；喷焊金属质量；B基材熔化的金属质量基材熔化的金属质量87古柏文书 用氧乙炔火焰作为喷焊的热源，把自熔合金粉末喷涂在基材表面，然后在基材不熔化的前提下加热熔化涂层，获得致密的、结合牢固的喷焊层。1 火焰喷焊设备 喷焊枪二、氧二、氧乙炔火焰喷焊乙炔火焰喷焊88古柏文书喷焊工艺过程主要按焊前预处理、喷焊以及后处理三步进行n预处理：清洁、粗化被处理工件表面n喷焊：喷焊过程包括预热、喷粉和重熔预热：使工件表面湿气蒸发，产生适当的

28、热膨胀，减少喷焊层应力，提高喷粉沉积效率喷粉和重熔： 一步法：边喷粉边熔化。特点是粉末沉积率高，但涂层厚度不均匀。 二步法：先喷粉后熔化。重熔温度控制在材料的固相线和液相线之间 n后处理：如果焊层与基体的热膨胀系数相差较大，应采取喷焊后缓冷的措施。2 火焰喷焊工艺火焰喷焊工艺89古柏文书3 火焰喷焊的应用火焰喷焊的应用90古柏文书n等离子喷焊技术是采用等离子弧作为热源加热基体，使其表面形成熔池，同时将喷焊粉末材料送入等离子弧中，粉末在弧柱中得到预热，呈熔化或半熔化状态，被焰流喷射至熔池后，充分熔化并排出气体和熔渣，喷枪移开后合金熔池凝固，形成喷焊层的工艺过程。三、等离子喷焊三、等离子喷焊91古

29、柏文书n等离子喷焊采用非转移弧与转移弧的联合弧，所谓转移弧是建立在喷焊枪钨极头和工件（阳极）之间的等离子弧，它对工件的加热能力比非转移弧强，是喷焊过程中的主要热源，因此称为主弧。n在工作时首先引燃非转移弧，然后借助弧在钨的非转移极与工件之间形成的等离子体导电通道，建立转移弧。92古柏文书 1 等离子喷焊设备93古柏文书n等离子喷焊设备特点采用两台电源供电，即主电源、辅助电源分别向转移弧和非转移弧供电喷嘴中等离子弧通道的长度和直径比（称为压缩比）比较小，通常在11.4之间。这样等离子弧比较柔软，熔池小，稀释率低。需要控制的工艺参数较复杂，如转移弧和非转移弧电流、喷焊速度、送粉量、气体流量、喷枪摆

30、动频率和幅度，喷嘴距工件距离等。94古柏文书 与其它涂层技术相比，等离子喷焊技术的主要特点：（1）生产效率高。（2）稀释率低(5)。（3）工艺稳定性好，易实现自动化。（4）喷焊层平整，成分均匀，可获得0.258mm任意厚度喷焊层。3 3 等离子喷焊的特点等离子喷焊的特点95古柏文书n等离子喷焊适宜对大批量零件的表面强化处理，特别是在在冶金工业中的工模具和各类阀门的表面强化方面，应用越来越广泛。4 等离子喷焊的应用等离子喷焊的应用96古柏文书 97古柏文书n热喷焊材料分为合金粉末和金属陶瓷复合粉末，其中以合金粉末应用较多。合金粉末通常采用雾化制粉的方法制造，而其成分大多为自熔性合金。n自熔性合金

31、：含有B和（或）Si元素，熔点较低，大约在9501150之间，本身具有脱氧、造渣、除气和良好浸润性能的合金。自熔合金按照主基料的不同可分为：钴基自熔合金、镍基自熔合金和铁基自熔合金三种。 四、常用热喷焊材料四、常用热喷焊材料98古柏文书n 自熔性合金粉末中B、Si的作用：（1）降低合金熔点，扩大固液两相区（熔点9501200）。（2）起到脱氧还原作用和造渣（4）利用B、Si固溶强化、弥散强化、生成的金属间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喷焊工艺性能。99古柏文书 常用的热喷焊材料分为铁基、镍基、钴基和铜基四大类。热喷焊材料分类热喷焊材料分类100古柏文

32、书五 喷焊层质量评定n 喷焊层主要评定指标有涂层厚度、硬度、稀释率、结合强度以及界面和涂层显微结构等。101古柏文书n堆焊是在零件表面熔敷上一层耐磨、耐蚀、耐热等具有特殊性能合金层的技术。n实际上，喷焊技术也属于堆焊技术的范畴，只是热喷焊采用的是粉末填充材料，而常规堆焊一般采用线材或焊条。堆焊的优势在于熔敷效率比热喷焊要高，但是稀释率比热喷焊大得多。n堆焊的物理本质和冶金过程与一般的熔焊工艺没有什么区别。几乎所有的熔焊方法都可以用于堆焊。只是堆焊的目的不是为了起连接作用，而是为了发挥堆焊层的优良性能。第三节第三节 堆焊工艺及特点堆焊工艺及特点102古柏文书一、堆焊层的形成和控制1、堆焊层的形成

33、n堆焊过程中堆焊层材料与基体材料需要有较高的相容性。n同时，由于堆焊层材料与基体材料成分不同，在堆焊时必定会产生一层组织和性能与基材或堆焊层都不相同的过渡层。该过渡层如果是脆性的，将恶化堆焊层性能。103古柏文书(1) 冶冶金金相相容容性性：堆焊材料与基材在液态和固态时的互溶性，以及在堆焊过程中是否会出现金属间化合物（脆性相）。(2) 物物理理相相容容性性：两者之间的熔点、膨胀系数、热导率和电阻率等物理性能的差异越小，物理相容性越好。2 堆焊材料与基材的相容性堆焊材料与基材的相容性104古柏文书n熔合区就是堆焊层与基体之间的分界区，一般包括熔合线和具有结晶层和扩散层的过渡区段，该区段内成分是不

34、固定的，它与基体之间的界线称为熔合线。n过渡层中容易产生各种晶体缺陷和脆性相，因此应避免和控制过渡层的产生与长大。3 堆焊的熔合区堆焊的熔合区105古柏文书n控制过渡层方法(1)合理选用喷焊材料，避免使用诱发脆性相的元素，或采用抑制脆性相产生的元素。例如普通低碳钢表面分别堆焊Cr18Ni9、Cr25Ni13、Cr15Ni25Mo6时，脆性层厚度逐渐变窄。(2)降低稀释率，减小过渡层厚度106古柏文书107古柏文书5 稀释率n控制稀释率方法(1)选择合适的填充材料和堆焊方法(2)控制堆焊工艺参数，如堆焊功率、堆焊速度、焊道间距等(3)在堆焊过程中向熔池中补加填充金属，可降低稀释率n一般而言稀释率

35、越低越好108古柏文书 5 堆焊层的内应力 减少堆焊层内应力措施焊前预热焊后缓冷堆焊底层109古柏文书n几种常用的堆焊方法比较二、堆焊工艺方法二、堆焊工艺方法110古柏文书（1） 在允许的稀释率下具有最高的熔敷速度。（2） 最小堆焊层厚度符合要求。（3） 经济性。选择堆焊方法的原则选择堆焊方法的原则111古柏文书 堆焊材料分铁基、镍基、钴基、铜基和碳化钨复合堆焊材料等。铁基堆焊合金性能变化范围广，韧性和耐磨性配合好，能满足许多不同的要求，而且价格较低，所以使用最广泛镍基、钴基堆焊合金价格较高，由于高温性能好，耐腐蚀，主要在要求高温磨损、高温腐蚀的场合用铜基合金由于耐腐蚀性能好，并能减少金属间的摩擦系数碳化钨金属陶瓷堆焊层，虽然价格昂贵，但在耐严重磨料磨损和工具堆焊中占有重要地位三、常用堆焊材料及其堆焊工艺三、常用堆焊材料及其堆焊工艺112古柏文书各种堆焊材料的性能比较各种堆焊材料的性能比较113古柏文书常见的堆焊材料形状及适用的堆焊方法114古柏文书 热喷涂技术的原理，涂层形成过程，涂层组织结构，结合、应力，热喷涂方法，喷涂材料，热喷涂工艺流程和质量控制，热喷涂的应用。 热喷焊的原理、特点、喷焊方法、热喷焊材料、工艺、应用。 堆焊的原理、特点、堆焊方法、堆焊材料、工艺、应用。本章重点本章重点115古柏文书