表面工程概述与热喷涂材料
合集下载
表面处理第十一讲热喷涂
有助于提高涂层的硬度和耐腐蚀性。
热喷涂层的机械性能
热喷涂层的硬度
硬度是热喷涂层机械性能的重要指标之一。 硬度高的涂层具有更好的耐磨性和耐腐蚀性 ，但同时也可能较脆。因此，在选择热喷涂 层时，需要综合考虑其硬度与其他机械性能 的关系。
热喷涂层的韧性
韧性是热喷涂层在受到外力作用时抵抗开裂 和剥落的能力。良好的韧性可以提高涂层的 抗冲击性和使用寿命，特别是在承受交变应 力的场合。
特点
热喷涂技术具有适用范围广、涂层种 类多、涂层性能优良等特点，能够满 足各种不同的表面处理需求。
热喷涂的应用领域
航空航天
用于飞机和航天器的发 动机部件、结构件和功 能件的表面强化和修复
。
能源
用于燃气轮机、蒸汽轮 机等能源设备的耐磨、 耐腐蚀和隔热涂层的制
备。
汽车
用于发动机部件、车身 和底盘的防腐、隔热、 耐磨和装饰涂层的制备
02
环保型喷涂气体
开发环保型喷涂气体，如惰性气 体、还原性气体等，减少对大气 的污染。
03
废旧涂层的回收与 再利用
研究废旧涂层的回收技术，实现 资源的有效利用，降低对环境的 影响。
06
CATALOGUE
热喷涂案例分析
航空航天领域的热喷涂应用
飞机发动机热端部件
热喷涂技术常用于飞机发动机热端部件的表面处理，如涡 轮叶片和燃烧室，以提高耐高温、抗氧化和抗腐蚀性能。
纳米材料
纳米碳管
具有出色的导电、导热性 能，可用于制备功能性涂 层。
纳米氧化物
具有优异的耐腐蚀、抗氧 化性能，可用于制备防腐 、抗氧化涂层。
纳米陶瓷
具有高硬度、高耐磨性， 可用于制备硬质、耐磨涂 层。
03
CATALOGUE
热喷涂层的机械性能
热喷涂层的硬度
硬度是热喷涂层机械性能的重要指标之一。 硬度高的涂层具有更好的耐磨性和耐腐蚀性 ，但同时也可能较脆。因此，在选择热喷涂 层时，需要综合考虑其硬度与其他机械性能 的关系。
热喷涂层的韧性
韧性是热喷涂层在受到外力作用时抵抗开裂 和剥落的能力。良好的韧性可以提高涂层的 抗冲击性和使用寿命，特别是在承受交变应 力的场合。
特点
热喷涂技术具有适用范围广、涂层种 类多、涂层性能优良等特点，能够满 足各种不同的表面处理需求。
热喷涂的应用领域
航空航天
用于飞机和航天器的发 动机部件、结构件和功 能件的表面强化和修复
。
能源
用于燃气轮机、蒸汽轮 机等能源设备的耐磨、 耐腐蚀和隔热涂层的制
备。
汽车
用于发动机部件、车身 和底盘的防腐、隔热、 耐磨和装饰涂层的制备
02
环保型喷涂气体
开发环保型喷涂气体，如惰性气 体、还原性气体等，减少对大气 的污染。
03
废旧涂层的回收与 再利用
研究废旧涂层的回收技术，实现 资源的有效利用，降低对环境的 影响。
06
CATALOGUE
热喷涂案例分析
航空航天领域的热喷涂应用
飞机发动机热端部件
热喷涂技术常用于飞机发动机热端部件的表面处理，如涡 轮叶片和燃烧室，以提高耐高温、抗氧化和抗腐蚀性能。
纳米材料
纳米碳管
具有出色的导电、导热性 能，可用于制备功能性涂 层。
纳米氧化物
具有优异的耐腐蚀、抗氧 化性能，可用于制备防腐 、抗氧化涂层。
纳米陶瓷
具有高硬度、高耐磨性， 可用于制备硬质、耐磨涂 层。
03
CATALOGUE
表面工程学五.喷涂
二、热喷涂技术的分类及其特点 1 热喷涂技术的分类 按热源分类，各喷涂方法的焰流温度和粒子速度不同。
热喷涂技术的特点 （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，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。
热喷涂材料分类（金属类，表1-3）
金属类 分 类 品 种 纯金属 合 金 Sn、Pb、Zn、A1、Cu、Ni、W、Mo、Ti 等 (1)Ni 基合金：Ni-Cr、Ni-Cu；(2)Co 基合金：CoCrW (3)MCrAlY 合金：NiCrAlY，CoCrAlY、FeCrAlY (4)不锈钢；(5)铁合金；(6)铜合金；(7)铝合金 (8)巴氏合金；(9)Triballoy 合金 自熔性合金 (1)Ni 基自熔性合金：NiCrBSi、NiBSi (2)Co 基自熔性合金：CoCrWB、CoCrWBNi (3)Fe 基自熔性合金：FeNiCrBSi (4)Cu 基自熔性合金
热喷涂材料的要求
（1）热稳定性好，在高温焰流中不升华，不分解(复合粉末）。 （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。 （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。
4） 压缩空气压力和流量：影响喷涂材料的雾化效果和熔粒的飞 行速度，对涂层的质量有很大的影响。 5） 喷涂距离应控制在100～200mm，喷涂角不应小于45°。
（3） 电弧喷涂的用途
1） 在钢铁构件上喷涂锌、铝涂层，对构件进行长效防护。 2） 在钢铁件上喷铝可防止高温氧化。
表面工程概论11.
电弧喷涂比火焰喷涂粉末粒子含热量更大一 些，粒子飞行速度也较快，因此，熔融粒子 打到基体上时，形成局部微冶金结合的可能 性要大的多。所以，涂层与基体结合强度较 火焰喷涂高1.5～2.0倍，喷涂效率也较高。 电弧喷涂还可方便地制造合金涂层或“伪合 金”涂层。通过使用两根不同成分的丝材和 使用不同进给速度，即可得到不同的合金成 分。 电弧喷涂与火焰喷涂设备相似，同样具有成 本低，一次性投资少，使用也方便等优点。 但是，电弧喷涂的明显不足，喷涂材料必须 是导电的焊丝，因此只能使用金属，而不能 使用陶瓷，限制了电弧喷涂的应用范围。
超音速火焰喷涂枪
Laval管
超音速喷涂法具有如下的特点： ①粉粒温度较低,氧比较轻(这主要是由于粉末 颗粒在高温中停留时间短,在空气中暴露时间 短的缘故，所以涂层中含氧化物量较低,化学 成分和相的组成具有较强的稳定性)，但只适 于喷涂金属粉末、Co-WC粉末以及低熔点 TiO2陶瓷粉末； ②粉粒运动速度高。 ③粉粒尺寸小（10～53>mm）、分布范围窄， 否则不能熔化。 ④涂层结合强度、致密度高，无分层现象。
2.等离子喷涂：包括大气等离子喷涂，保护气 氛等离子喷涂，真空等离子喷涂和水稳等离 子喷涂。
第六章 热喷涂技术
6.1 概述 热喷涂:用专用设备把某种固体材料熔化并使其 雾化,加速喷射到机件表面,形成一特制薄层,以 提高机件耐蚀、耐磨、耐高温等性能的一种工 艺方法。 实际上就是用一种热源,如电弧、离子弧或燃气 燃烧的火焰等将粉状或丝状的固体材料加热熔 融或软化，并用热源自身的动力或外加高速气 流雾化,使喷涂材料的熔滴以一定的速度喷向经 过预处理干净的工件表面。
2.爆炸喷涂 爆炸喷涂：利用氧气和乙炔气点火燃烧，造成气体 膨胀而产生爆炸，释放出热能和冲击波,热能使喷涂 粉末熔化,冲击波则使熔融粉末以700～800M/S的速 度喷射到工件表面上形成涂层。
热喷涂材料
热喷涂材料热喷涂材料是一种常用的表面修复和保护材料，广泛应用于航空航天、汽车、电力、化工、石油、冶金等领域。
它能够提供高温和化学腐蚀的防护，同时还能够修复和加固金属表面。
热喷涂材料有很多种类，最常见的包括金属涂层、陶瓷涂层和聚合物涂层。
金属涂层是指通过喷涂金属粉末或线，将金属材料覆盖在被保护表面上。
金属涂层具有优异的耐高温、耐磨损和耐腐蚀性能，适用于高温烟道、石油管道和汽车引擎等环境。
常见的金属涂层材料包括镍铬合金、不锈钢、铝、钛等。
陶瓷涂层是指通过热喷涂技术，在被保护表面上喷涂陶瓷材料粉末，形成厚薄不一的陶瓷保护层。
陶瓷涂层具有极高的硬度、耐磨损和耐腐蚀性能，适用于高速运动部件、耐腐蚀设备和耐磨损表面等。
常见的陶瓷涂层材料包括氧化铝、碳化硅、氧化锆等。
聚合物涂层是指利用聚合物粉末或液体，在被保护表面上形成聚合物膜层。
聚合物涂层具有优异的耐化学腐蚀性能和电绝缘性能，适用于耐酸碱容器、电气绝缘设备和汽车涂装等。
常见的聚合物涂层材料包括环氧树脂、聚酰亚胺、聚氨酯等。
热喷涂技术的优点是在低温下进行喷涂，避免了原材料的熔融和高温硬化过程，因此能够喷涂在各种基材上，包括金属、陶瓷、塑料等。
而且热喷涂的材料没有尺寸限制，适用于各种形状和复杂表面的修复和保护。
热喷涂材料的应用领域非常广泛。
在航空航天领域，它可以用于修复飞机引擎叶片、发动机内部零件等高温高压部件。
在汽车领域，它可以用于加固汽车引擎部件、排气系统和底盘等。
在电力行业，它可以用于耐高温绝缘设备和电力线路的保护。
同时，热喷涂材料还可以应用于化工设备、石油管道、冶金设备等领域。
总之，热喷涂材料的应用极为广泛，能够提供优异的表面修复和保护性能。
随着技术的不断发展，热喷涂材料的种类和应用范围还将不断扩大，为各行业提供更好的解决方案。
表面工程-热喷涂
2、热喷涂的分类
（1）喷涂材料的形态： 丝材、粉末
（2）涂层的功能： 耐蚀、耐磨、隔热、抗氧化
（3）加热和结合方式： 喷涂、喷熔（喷涂+熔化，冶金结合）
（4）按照热源种类：
火焰类：包括火焰、爆炸、超音速喷涂 电弧类：电弧和等离子喷涂 电热类：电爆、感应和电容放电喷涂 高能束类：激光、电子束喷涂
机械法（喷砂、滚压、车削、车螺纹）、酸洗 预热基体
200~300℃
获得良好结合涂层要求：
①喷涂粒子尺寸合适，保持液态； ②飞行速度足够大； ③基体表面洁净并粗化； ④提高接触温度和高温停留时间； ⑤防止产生残余变形、开裂。
4.3 热喷涂方法
1、丝材火焰喷涂（Wire Flame Spray,最早，1910）
(２)扩散结合
➢ 变形和高温，足够能量原子间相互扩散→金属化 合物或固溶体
（3）物理结合
➢ 由范德华力或次价键形成的结合
（4）冶金结合
➢ 放热型喷涂材料或高温热源喷涂→达到熔点→焊合 微区冶金结合
➢ 重熔即喷焊时，主要是冶金结合
２.涂层间的结合
机械结合为主，扩散结合、物理结合、冶金 结合等也起一定作用。
2. 涂层的形成过程
由不断飞向基体表面的粒子撞击基体或涂层表面 堆积而成
即，粒子的碰撞→变形→冷凝收缩
➢冷速极高：106~108℃/s 金属 104~106℃/s 陶瓷
10-7~10-6s完成
➢ 两粒子撞击时间间隔0.1s左右
涂层材料的加热、加速、凝固是三个最 主要方面。
（1）希望涂层材料完全熔化，并保持到 撞击基体前；
3．热喷涂特点
①涂层材料取材范围广 金属、合金、陶瓷、塑料、尼龙、复合材料等。
表面工程概述与热喷涂材料
所有的金属材料都不可避免与环境相接触,而与环境真正接触的是金属的表面，如各种机械零件和工程构件。 金属表面发生破坏或失效，进而引起整个设备或零（构）件的破坏或失效。 发展金属表面防护和强化技术， 是各国普遍关心的重大课题。
随着现代工业的迅猛发展，对机械工业产品提出了更高的要求，要求产品能在高参数(如高温、高压、高速)和恶劣工况条件下长期稳定运转或服役，这就必然对材料表面的耐磨 、耐蚀等性能以及表面装饰提出了更高的要求，使其成为防止产品失效的第一道防线。
零件磨损、腐蚀和疲劳失效常发生在表面。通过表面技术修复、强化使机械零件翻新如初，从而节省了大量资源和经费，并极大地减少了环境污染及废物的处理。
许多采用表面技术处理过的旧零部件，其性能可能大大超过新品，而成本仅为新品的10%。如齿轮、轴、花键等重要零件使用后磨损，可采用镀铬、镀镍、堆焊、热喷涂等进行修复，恢复其尺寸。
表面改性技术和表面涂层技术的最大区别是，其所形成的表面在材料和组织上均与基体有一定的联系，而不像表面涂层技术那样，涂层的材料和组织与基体是完全不同的。
表面组织 转化
激光表面淬火 感应加热淬火 表面喷丸/滚压
不改变表面 化学成分
气相沉积 化学沉积(如电镀) 化学转化膜(如磷化) 涂装技术 (涂漆等) 热喷涂和喷焊
颗粒沉积
沉积物以宏观尺度的颗粒形态在材料表面上形成覆盖层，如热喷涂、搪瓷涂敷等。
整体覆盖
它是将涂覆材料于同一时间施加于材料表面，如包箔、贴片、热浸镀、涂装、堆焊等。
表面改性
用机械、物理、化学等方法，改变材料表面的形貌、化学成分、相组成、微观结构、缺陷状态或应力状态。
2.按表面强化层材料分
金属材料层
第一节 金属的磨损和腐蚀
一、金属的磨损 1.金属磨损的定义
随着现代工业的迅猛发展，对机械工业产品提出了更高的要求，要求产品能在高参数(如高温、高压、高速)和恶劣工况条件下长期稳定运转或服役，这就必然对材料表面的耐磨 、耐蚀等性能以及表面装饰提出了更高的要求，使其成为防止产品失效的第一道防线。
零件磨损、腐蚀和疲劳失效常发生在表面。通过表面技术修复、强化使机械零件翻新如初，从而节省了大量资源和经费，并极大地减少了环境污染及废物的处理。
许多采用表面技术处理过的旧零部件，其性能可能大大超过新品，而成本仅为新品的10%。如齿轮、轴、花键等重要零件使用后磨损，可采用镀铬、镀镍、堆焊、热喷涂等进行修复，恢复其尺寸。
表面改性技术和表面涂层技术的最大区别是，其所形成的表面在材料和组织上均与基体有一定的联系，而不像表面涂层技术那样，涂层的材料和组织与基体是完全不同的。
表面组织 转化
激光表面淬火 感应加热淬火 表面喷丸/滚压
不改变表面 化学成分
气相沉积 化学沉积(如电镀) 化学转化膜(如磷化) 涂装技术 (涂漆等) 热喷涂和喷焊
颗粒沉积
沉积物以宏观尺度的颗粒形态在材料表面上形成覆盖层，如热喷涂、搪瓷涂敷等。
整体覆盖
它是将涂覆材料于同一时间施加于材料表面，如包箔、贴片、热浸镀、涂装、堆焊等。
表面改性
用机械、物理、化学等方法，改变材料表面的形貌、化学成分、相组成、微观结构、缺陷状态或应力状态。
2.按表面强化层材料分
金属材料层
第一节 金属的磨损和腐蚀
一、金属的磨损 1.金属磨损的定义
{工程建筑套表}表面工程热喷涂
预热温度一般控制在150～300℃为宜。可直接用喷枪预热。
火焰喷涂工艺（2）
b) 喷涂
需打底层时，可在喷涂工作层之前 用钼或放热型的镍包铝、铝包镍粉末先 喷涂一层厚度约0.10～0.15mm的打底层。
严格控制喷涂材料的供给速度、喷 涂距离（100～150mm）、每道涂层的厚 度（0.1～0.15mm）、喷枪与工件的移动 速度（7～18m／min）和层间温度 （<250℃）等。
{工程建筑套表}表面工程热喷涂
2 涂层形成过程
（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。
3 涂层结构（1）
➢ 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。
(3)Fe 基自熔性合金：FeNiCrBSi
(4)Cu 基自熔性合金
热喷涂材料分类（非金属类，表1-3）
分类 金属氧化物
金属碳化物 及硼化物
包覆粉
非金属类
品
种
(1)A1 系：A12O3、A12O3·SiO2、Al2O3·MgO (2)Ti 系：TiO2 (3)Zr 系：ZrO2、ZrO2·SiO2、CaO-Zr02、MgO- ZrO2 (4)Cr 系：Cr2O3
（3） 冶金-化学结合：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(<70MPa)。
二、热喷涂技术的分类及其特点
1 热喷涂技术的分类 按热源分类，各喷涂方法的焰流温度和粒子速度不同。
火焰喷涂工艺（2）
b) 喷涂
需打底层时，可在喷涂工作层之前 用钼或放热型的镍包铝、铝包镍粉末先 喷涂一层厚度约0.10～0.15mm的打底层。
严格控制喷涂材料的供给速度、喷 涂距离（100～150mm）、每道涂层的厚 度（0.1～0.15mm）、喷枪与工件的移动 速度（7～18m／min）和层间温度 （<250℃）等。
{工程建筑套表}表面工程热喷涂
2 涂层形成过程
（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。
3 涂层结构（1）
➢ 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。
(3)Fe 基自熔性合金：FeNiCrBSi
(4)Cu 基自熔性合金
热喷涂材料分类（非金属类，表1-3）
分类 金属氧化物
金属碳化物 及硼化物
包覆粉
非金属类
品
种
(1)A1 系：A12O3、A12O3·SiO2、Al2O3·MgO (2)Ti 系：TiO2 (3)Zr 系：ZrO2、ZrO2·SiO2、CaO-Zr02、MgO- ZrO2 (4)Cr 系：Cr2O3
（3） 冶金-化学结合：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(<70MPa)。
二、热喷涂技术的分类及其特点
1 热喷涂技术的分类 按热源分类，各喷涂方法的焰流温度和粒子速度不同。
表面工程技术
表面工程技术一、热喷涂热喷涂技术是采用气体、液体燃料或电弧、等离子弧、激光等作热源，使金属、合金、金属陶瓷、氧化物、碳化物、塑料以及它们的复合材料等喷涂材料加热到熔融或半熔融状态，通过高速气流使其雾化，然后喷射、沉积到经过预处理的工件表面，从而形成附着牢固的表面层的加工方法。
1.热喷涂具有以下特点:1)取材范围广，几乎所有的工程材料都可以作为喷涂材料。
2)几乎所有固体材料都可以作为基体进行喷涂。
3)工艺灵活, 施工范围小到10mm的内孔，大到铁塔、桥梁。
4)喷涂层厚度可调范围大，从几十微米到几毫米，而且表面光滑，加工量少。
5)工件受热程度可以控制，热喷涂时工件受热程度可控制在30～200℃之间，保证不改变基体的金相组织，工件不会发生畸变。
6)比电镀生产率高。
7)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、抗高温氧化、隔热等性能要求，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求。
2.热喷涂工艺原理喷涂层是由无数变形粒子互相交错呈波浪式堆叠在一起的层状组织结构。
3.热喷涂材料热喷涂材料的材质可分为金属及其合金、陶瓷、金属化合物、某些有机塑料、玻璃、复合材料等。
4.几种不同热源的热喷涂方法1）火焰喷涂火焰喷涂的基本原理是通过乙炔、氧气喷嘴出口处产生的火焰，将线材（棒材）或粉末材料加热熔化，借助压缩空气使其雾化成微细颗粒，喷向经预先处理的粗糙工件表面使之形成涂层。
2）电弧喷涂电弧喷涂的基本原理是将两根被喷涂的金属丝作自耗性电极，连续送进的两根金属丝分别与直流的正负极相连接。
在金属丝端部短接的瞬间，由于高电流密度，使两根金属丝间产生电弧，将两根金属丝端部同时熔化，在电源作用下，维持电弧稳定燃烧；在电弧发射点的背后由喷嘴喷射出的高速压缩空气使熔化的金属脱离金属丝并雾化成微粒，在高速气流作用下喷射到基材表面而形成涂层。
3）等离子喷涂等离子喷涂法是利用等离子焰的热能将引入的喷涂粉末加热到熔融或半熔融状态，并在高速等离子焰的作用下，高速撞击工件表面，并沉积在经过粗糙处理的工件表面形成很薄的涂层。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
第四章 表面工程与热喷涂 第一节 表面工程概述
一、金属表面处理技术概念
金属表面处理技术----是指通过一些“物理”、“化学”、“ 机械”、或“复合方法”使得金属表面具有与基体不同的组 织结构、化学成分和物理状态，从而使经过处理后的表 面具有与基体不同的性能。
表面工程概述与热喷涂材料
二、表面处理技术的意义
1965年，湖北省荆州市望山一号 墓出土越王勾践自用青铜剑，轰动 世界。勾践剑在墓中被水浸泡 2000多年仍锋芒毕露，寒气逼人。
“越王勾践剑”千年不锈的原因在 于剑身上被镀上了一层含铬的金属。
表面工程概述与热喷涂材料
1986年国际热处理联合会更名为国际热处理与表面工程 联合会，进入20世纪 90 年代，其发展势头更猛，各国竟 相把表面工程列入研究发展规划。
所有的金属材料都不可避免与环境相接触,而与环境真 正接触的是金属的表面，如各种机械零件和工程构件。
金属表面发生破坏或失效，进而引起整个设备或零（构 ）件的破坏或失效。
发展金属表面防护和强化技术， 是各国普遍关心的重 大课题。
表面工程概述与热喷涂材料
为什么研究 金属表面处
理技术
随着现代工业的迅猛发展，对机械工业产品提出了更 高的要求，要求产品能在高参数(如高温、高压、高速) 和恶劣工况条件下长期稳定运转或服役，这就必然对材 料表面的耐磨 、耐蚀等性能以及表面装饰提出了更高的 要求，使其成为防止产品失效的第一道防线。
长江三峡工程中挖泥船的发动 机曲轴损坏，当时如从日本购 买新轴，加上运费和进口关税 等需人民币120万元，从订购到 交货需三个月以上，停产损失 更大？
表面工程概述与热喷涂材料
选用特种金属或合金应高强度、高硬度和耐磨、耐高温、耐酸 碱腐蚀等不同特殊要求，人们需要不断开发各种特殊的合金材料，但这些 合金材料往往价格昂贵。
表面改性技术
包括表面淬火、化学热处理、表面形变强化等，如感应加 热表面淬火、渗碳、氮化、碳氮共渗、喷丸、滚压等。
表面涂（镀）层技术
如电镀、化学镀、热浸镀、气相沉积、热喷涂、堆 焊、激光熔覆、涂装等。
表面转化膜技术
如氧化处理、磷化处理、铬酸盐处理和着色与封闭处理等 。
高能束表面处理技术
如电子束、离子束、激光束表面改性与强化等。
不改变表 面 化学成
分
形成成分不同于 基材和添加材料 的表面合金化层
表面工程概述与热喷涂材料
四、表面处理技术的分类
1.按照作用原理分
原子沉积
沉积物以原子、离子、分子和粒子集团等原子尺度的粒子 形态在材料表面上形成覆盖层，如电镀、化学镀、物理气 相沉积、化学气相沉积等。
颗粒沉积
沉积物以宏观尺度的颗粒形态在材料表面上形成覆盖层， 如热喷涂、搪瓷涂敷等。
整体覆盖
它是将涂覆材料于同一时间施加于材料表面，如包箔、贴 片、热浸镀、涂装、堆焊等。
表面改性
用机械、物理、化学等方法，改变材料表面的形貌、化学 成分、相组成、微观结构、缺陷状态或应力状态。
表面工程概述与热喷涂材料
2.按表面强化层材料分 3.按表面处理工艺特点分
金属材料层 陶瓷材料层 高分子材料层
表面工程的作用：
提高构件表面的耐磨性、耐蚀性、耐 高温性能，或对构件表面进行修复、强 化、装饰等。
问题的提出
表面工程概述与热喷涂材料
火箭发动机的尾喷管内壁和燃 烧室需承受2000～3300℃温度 和巨大的热焰流冲击。
飞船或者洲际导弹的头部锥体 和翼前沿：由于具有几十倍的 音速，并与大气层摩擦，即所 谓气动加热，其温度高达 4000～5000℃。
在许多情况下也很难找到一种能够同时满足整体和表面要求的材料。 试图采用各种表面技术对普通金属表面进行处理，以改变其表面性能， 使其适应复杂的工作环境。
表面处理技术
表面处理技术则可以用极少量的材料就起到大量、昂贵 的整体材料难以起到的作用，在不增加或不增加太多成 本的情况下使产品表面受到保护和强化，从而提高产品 的使用寿命和可靠性，改善机械设备的性能、质量、增 强产品的竞争能力。
表面工程概述与热喷涂材料
表面处理技术
表面 涂镀
气相沉积 化学沉积(如电镀) 化学转化膜(如磷化) 涂装技术 (涂漆等) 热喷涂和喷焊
表面 组织 转化
激光表面淬火 感应加热淬火 表面喷丸/滚压
表面 合金 化
热扩渗:渗碳/氮化等 激光表面合金化 离子注入 单晶硅中掺杂硼/磷等
基材不参 与或很少 参与涂层 的反应
从1989年到2006年8月已成功举办六届全国表面工程学 术交流会议；并先后于 1997 年 11 月和 1999 年 10 月在 上海召开了第一届及第二届表面工程国际会议，第五届 表面工程国际会议也于2007年在大连举行。
表面工程概述与热喷涂材料
通过表面处理大幅度提高产品质量 节约贵重材料 实现材料表面复合化，解决单一材料无法解决的问题 修复整体优势，良好的节能、节材效果
表面工程概述与热喷涂材料
意义
三、表面处理技术的主要途径
表面涂层技术
在基体表面制备各种镀、涂覆层，包括电镀、 化学镀、（电）化学转化膜技术、气相沉积技 术、堆焊、热喷涂等
表面工程概述与热喷涂材料
4.按表面处理的目的或性质分 表面耐磨和减摩技术 表面耐蚀和抗氧化技术
表面装饰技术 功能表面技术 表面修复技术
表面工程概述与热喷涂材料
表面工程概述与热喷涂材料
五、金属表面处理技术的产生与发展
春秋五霸时期，越王勾践“卧薪尝 胆”，一举击败了吴王夫差，演出 了历史上春秋争霸的最后一幕。
我国于 1987 年由中国机械工程学会建立了学会性质的表 面工程研究所，1988 年《表面工程》杂志在中国创刊， 1997 年经国家科委正式批准更名为《中国表面工程》， 面向国内外公开发行。1993年成立中国机械工程学会表 面工程分会，2000 年全国焊接学会将原来的“堆焊与热 喷涂专业委员会”正式更名为“堆焊及表面工程专业委 员会”。
表面改性技术
用机械、物理、化学等方法，改变材料表面的形 貌、化学成分、相组成、微观结构、缺陷状态或 应力状态。如表面淬火、化学热处理、喷丸、高 能束表面改性等。
表面改性技术和表面涂层技术的最大区别是，其所形成的表面在材料 和组织上均与基体有一定的联系，而不像表面涂层技术那样，涂层的材 料和组织与基体是完全不同的。
一、金属表面处理技术概念
金属表面处理技术----是指通过一些“物理”、“化学”、“ 机械”、或“复合方法”使得金属表面具有与基体不同的组 织结构、化学成分和物理状态，从而使经过处理后的表 面具有与基体不同的性能。
表面工程概述与热喷涂材料
二、表面处理技术的意义
1965年，湖北省荆州市望山一号 墓出土越王勾践自用青铜剑，轰动 世界。勾践剑在墓中被水浸泡 2000多年仍锋芒毕露，寒气逼人。
“越王勾践剑”千年不锈的原因在 于剑身上被镀上了一层含铬的金属。
表面工程概述与热喷涂材料
1986年国际热处理联合会更名为国际热处理与表面工程 联合会，进入20世纪 90 年代，其发展势头更猛，各国竟 相把表面工程列入研究发展规划。
所有的金属材料都不可避免与环境相接触,而与环境真 正接触的是金属的表面，如各种机械零件和工程构件。
金属表面发生破坏或失效，进而引起整个设备或零（构 ）件的破坏或失效。
发展金属表面防护和强化技术， 是各国普遍关心的重 大课题。
表面工程概述与热喷涂材料
为什么研究 金属表面处
理技术
随着现代工业的迅猛发展，对机械工业产品提出了更 高的要求，要求产品能在高参数(如高温、高压、高速) 和恶劣工况条件下长期稳定运转或服役，这就必然对材 料表面的耐磨 、耐蚀等性能以及表面装饰提出了更高的 要求，使其成为防止产品失效的第一道防线。
长江三峡工程中挖泥船的发动 机曲轴损坏，当时如从日本购 买新轴，加上运费和进口关税 等需人民币120万元，从订购到 交货需三个月以上，停产损失 更大？
表面工程概述与热喷涂材料
选用特种金属或合金应高强度、高硬度和耐磨、耐高温、耐酸 碱腐蚀等不同特殊要求，人们需要不断开发各种特殊的合金材料，但这些 合金材料往往价格昂贵。
表面改性技术
包括表面淬火、化学热处理、表面形变强化等，如感应加 热表面淬火、渗碳、氮化、碳氮共渗、喷丸、滚压等。
表面涂（镀）层技术
如电镀、化学镀、热浸镀、气相沉积、热喷涂、堆 焊、激光熔覆、涂装等。
表面转化膜技术
如氧化处理、磷化处理、铬酸盐处理和着色与封闭处理等 。
高能束表面处理技术
如电子束、离子束、激光束表面改性与强化等。
不改变表 面 化学成
分
形成成分不同于 基材和添加材料 的表面合金化层
表面工程概述与热喷涂材料
四、表面处理技术的分类
1.按照作用原理分
原子沉积
沉积物以原子、离子、分子和粒子集团等原子尺度的粒子 形态在材料表面上形成覆盖层，如电镀、化学镀、物理气 相沉积、化学气相沉积等。
颗粒沉积
沉积物以宏观尺度的颗粒形态在材料表面上形成覆盖层， 如热喷涂、搪瓷涂敷等。
整体覆盖
它是将涂覆材料于同一时间施加于材料表面，如包箔、贴 片、热浸镀、涂装、堆焊等。
表面改性
用机械、物理、化学等方法，改变材料表面的形貌、化学 成分、相组成、微观结构、缺陷状态或应力状态。
表面工程概述与热喷涂材料
2.按表面强化层材料分 3.按表面处理工艺特点分
金属材料层 陶瓷材料层 高分子材料层
表面工程的作用：
提高构件表面的耐磨性、耐蚀性、耐 高温性能，或对构件表面进行修复、强 化、装饰等。
问题的提出
表面工程概述与热喷涂材料
火箭发动机的尾喷管内壁和燃 烧室需承受2000～3300℃温度 和巨大的热焰流冲击。
飞船或者洲际导弹的头部锥体 和翼前沿：由于具有几十倍的 音速，并与大气层摩擦，即所 谓气动加热，其温度高达 4000～5000℃。
在许多情况下也很难找到一种能够同时满足整体和表面要求的材料。 试图采用各种表面技术对普通金属表面进行处理，以改变其表面性能， 使其适应复杂的工作环境。
表面处理技术
表面处理技术则可以用极少量的材料就起到大量、昂贵 的整体材料难以起到的作用，在不增加或不增加太多成 本的情况下使产品表面受到保护和强化，从而提高产品 的使用寿命和可靠性，改善机械设备的性能、质量、增 强产品的竞争能力。
表面工程概述与热喷涂材料
表面处理技术
表面 涂镀
气相沉积 化学沉积(如电镀) 化学转化膜(如磷化) 涂装技术 (涂漆等) 热喷涂和喷焊
表面 组织 转化
激光表面淬火 感应加热淬火 表面喷丸/滚压
表面 合金 化
热扩渗:渗碳/氮化等 激光表面合金化 离子注入 单晶硅中掺杂硼/磷等
基材不参 与或很少 参与涂层 的反应
从1989年到2006年8月已成功举办六届全国表面工程学 术交流会议；并先后于 1997 年 11 月和 1999 年 10 月在 上海召开了第一届及第二届表面工程国际会议，第五届 表面工程国际会议也于2007年在大连举行。
表面工程概述与热喷涂材料
通过表面处理大幅度提高产品质量 节约贵重材料 实现材料表面复合化，解决单一材料无法解决的问题 修复整体优势，良好的节能、节材效果
表面工程概述与热喷涂材料
意义
三、表面处理技术的主要途径
表面涂层技术
在基体表面制备各种镀、涂覆层，包括电镀、 化学镀、（电）化学转化膜技术、气相沉积技 术、堆焊、热喷涂等
表面工程概述与热喷涂材料
4.按表面处理的目的或性质分 表面耐磨和减摩技术 表面耐蚀和抗氧化技术
表面装饰技术 功能表面技术 表面修复技术
表面工程概述与热喷涂材料
表面工程概述与热喷涂材料
五、金属表面处理技术的产生与发展
春秋五霸时期，越王勾践“卧薪尝 胆”，一举击败了吴王夫差，演出 了历史上春秋争霸的最后一幕。
我国于 1987 年由中国机械工程学会建立了学会性质的表 面工程研究所，1988 年《表面工程》杂志在中国创刊， 1997 年经国家科委正式批准更名为《中国表面工程》， 面向国内外公开发行。1993年成立中国机械工程学会表 面工程分会，2000 年全国焊接学会将原来的“堆焊与热 喷涂专业委员会”正式更名为“堆焊及表面工程专业委 员会”。
表面改性技术
用机械、物理、化学等方法，改变材料表面的形 貌、化学成分、相组成、微观结构、缺陷状态或 应力状态。如表面淬火、化学热处理、喷丸、高 能束表面改性等。
表面改性技术和表面涂层技术的最大区别是，其所形成的表面在材料 和组织上均与基体有一定的联系，而不像表面涂层技术那样，涂层的材 料和组织与基体是完全不同的。