热喷涂

（1） 调整喷涂工艺参数； （2）致密涂层的残余应力要比疏松涂层大； （3） 采用梯度过渡层缓和涂层内应力。
三、 热喷涂的分类和特点
热喷涂的分类
按照热源不同，热喷 涂技术主要包括
热喷涂特点
（2） 基材温度低（30 ～ 250 ℃），热影响区浅，变形小；
（3） 涂层厚度范围宽（0.1 ～ 5 mm），易控制 ； （4） 工效高 ；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，浪费大， （6）喷涂材料利用率低， 操作环境较差。 （7）涂层与基体结合强度低，孔隙率较高，均匀性差 。
复合型粉末结构示意图
热喷涂材料
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



后处理（封孔+加工）
1. 封孔处理的目的：
（1） 防止或阻止涂层界面处的腐蚀； （2） 提高抗氧化性； （3）延长涂层的寿命。
2. 磨光和精加工

热喷涂涂层表面一般比较粗糙，经过手工或者机械加 工的方法加工涂层的表面，可以获得所需要的表面粗 糙度和精度
常用封孔剂
表 6—3 常用封孔剂 类 型 封 孔 非干燥型 空气干燥型 烘烤型 催化型 无机封孔剂
热源参数：直接影响喷涂材料的熔化状况。
1.火焰喷涂取决于燃气和氧气的流量； 2.电弧喷涂的热功率由电弧电压和电流决定； 3.等离子弧取决于喷枪的输入功率、等离子气的种类、 流量和压力。
喷涂材料的送进量
1. 太大：沉积率降低，涂层质量下降； 2. 太小：喷涂速率下降，成本增加。

雾化参数
1. 压力和流量过大，会干扰热源，影响热源的温度和 稳定性； 2. 压力和流量过小，雾化颗粒过大，影响涂层质量。
剂
石蜡、油脂、油 油漆、氯化橡胶、空气干燥型酚醛、乙烯树脂、硅树脂、 煤焦油、聚氨酯、亚麻子油、聚酯 烘烤酚醛、酚醛树脂、环氧树脂、聚酯、聚酰胺树脂 环氧树脂、聚酯、聚氨酯 硅酸钠、磷酸盐
热喷涂工艺流程图：
第四节 热喷涂工艺方法
按照加热喷涂材料的热源种类来分类，主要的热喷 涂工艺方法可分为： ①火焰类，包括火焰喷涂、爆炸喷涂、超音速喷涂； ②电弧类，包括电弧喷涂和等离子喷涂； ③电热法，包括电爆喷涂、感应加热喷涂和电容放电 喷涂；
二、 热喷涂基本原理
热喷涂基本过程
（1） 喷涂材料被加热到熔化或半熔化状态。 （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。
涂层的形成
粒子在碰撞基体表面，形成扁平状粒子，且迅速凝固成涂层； 第二层薄片形成，逐渐形成层状结构的涂层。
操作参数：
1. 喷涂距离：过长则离子到达基体时的温度及速率 均会过低，颗粒沉积不上去，且粒子被氧化程度 提高；过短则粒子在焰流中停留时间过短，未能 充分加热和加速。 2. 喷涂角度：一般为60°~90°。 3. 喷枪和工件的相对移动速度：一般为7~18m/min。
工件温度的控制：
1. 预热：在70~150℃区间； 2. 冷却：防止过热。
超高温特性，便于进行高熔点材料的喷涂； 喷射粒子的速度高，喷涂效率高、 涂层致密，粘结强度高； 由于使用惰性气体作为工作气体，所以喷涂材料不易氧化。
第四节 热喷涂工艺参数优化
优化目的：保证被喷涂的材料粒子都能进入焰流
中并被加热到熔融或半熔融状态，以高速射向基 体并均匀沉积在基体上形成致密的与基体有良好 结合的涂层。
涂层的残余应力
涂层冷凝收缩时，涂层外层的拉应力、涂层内层的压应力、
组织转变产生的微观应力，结果使涂层产生残余张应力，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。

残余应力限制了涂层的厚度，由于涂层应力限 制，热喷涂厚度一般不超过0.5mm。
减少涂层残余应力措施：
孔隙将降低涂层的结合性能、硬度、耐磨性和耐蚀性。 但是可以储存润滑剂，提高隔热性能，减小内应力，增加涂 层厚度，提高抗热震性能。
涂层的结合方式
包括涂层与基材之间、涂层中颗粒与颗粒之间的结合，相 同，均为物理—化学结合，结合形式有：
（1） 机械结合：熔融态的粒子撞击到基材表面后铺展成扁平 状的液态薄层，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。
三. 等离子喷涂

定义：将惰性气体通过喷枪体正负两极间的直流电弧，被加 热激活后产生电离而形成温度非常高的等离子焰流，将喷涂 材料加热到熔融或高塑性状态，被高速喷射到预先处理好的 工件表面形成涂层。
等离子喷涂设备
由等离子弧电源、电器控制、喷枪、气源、送粉系统、水冷 系统等组成。
等离子喷涂的特点：
• 提供表面压应力；
• 提供与涂层颗粒互锁机会； • 增大结合面积； • 净化表面。
预热
预热的作用：

降低因涂层与基体表面的温差而产生的内应力，防止 涂层的开裂和剥落；

去除工件表面的水分； 提高工件表面与熔粒的接触温度，加速熔粒的变形和 咬合，提高沉积速度。
喷涂

经过表面预处理之后的工件要立即进行喷涂，以免表 面再次氧化或污染，导致涂层结合强度下降。 首先喷涂打底层（过渡层），从而提高涂层与基体的 结合强度； 喷涂工作层，要依据所需要获得的性能选择合适的喷 涂材料。 具体的喷涂方法和工艺参数是影响工作层质量和性能 的主要因素。
二. 电弧喷涂

电弧喷涂 ：将两根被喷涂的金属丝作为自耗型电极，输送 直流或者交流电，利用其端部产生的电弧作为热源来熔化 金属丝材，再用压缩空气流进行雾化，并将其喷向基体表 面形成涂层。
电弧喷涂的特点
生产效率高、能源利用率高。 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，涂层密度（70～90％）比火焰喷涂涂层致密， 结合强度比火焰喷涂高。 电弧喷涂还可方便地制造合金涂层，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。 由于电弧喷涂是两丝同时送进，所以喷涂效率高。 运行费用低，火焰喷涂消耗的燃料费是电弧喷涂电费的几十倍。 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。
涂层是由无数变形粒子相互交错呈波浪式 一层一层堆叠而成的层状结构。

大小不一的扁平颗粒、未 熔化的球形颗粒、夹杂和 孔隙组成。

夹杂， 熔滴发生氧化 而形成的氧化膜。
涂层内有一定比例的孔隙（0.025%-50%）， 产生原因是：
（1） 喷涂角度不同造成的遮蔽效应； （2） 涂层材料凝固收缩时形成的空隙。
（ 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。
第三节
热喷涂工艺
热喷涂工艺流程包括基材表面预处理、预 热、喷涂、后处理和精加工等过程。
基材表面预处理
（1） 净化处理：清除表面污垢。 （2） 粗化处理：提高涂层与基体、涂层颗粒之间的结合牢度。 粗化处理可提高涂层结合强度的理由是：
④激光类，激光喷涂。
一. 火焰喷涂
用氧－乙炔气体(丙烷、氢气、天然气等)作为加热源，用燃 气或惰性压缩气体雾化并加速喷涂材料，在基材表面沉积形成 涂层。 火焰喷涂包括线材火焰喷涂、粉末火焰喷涂和棒材喷涂。
（1）线材火焰喷涂

线材火焰喷涂法 ：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。
在凝固冷却的过程中，此扁平状涂层继续受环境和热气流影响；

撞击高速有助于熔滴扩展，但也会因为表面张 力和凝固而停止，形成薄饼状。

喷涂材料在飞行速度最大时撞击基体的颗粒动
能与冲击变形最大，形成涂层结合性能较好。
所以，要调整好喷嘴与工件的距离。
涂层的结构
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。 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4％－20％。
喷涂气氛的控制：
1.为避免氧化而在保护性气氛或真空中进行； 2.对一些要求组织结构致密，孔隙度小的涂层要注意 除尘。
第四章 热喷涂技术
利用热能（氧-乙炔火焰、电弧、等 离子火焰等热源）将具有特殊性能的涂层材 料熔化后涂覆在工件上形成涂层的技术。
第一节
热喷涂技术的原理和特点
一、 热喷涂的定义
利用热源将喷涂材料加热到熔化或半熔化状态，用高速气 流将其雾化并喷射到基体表面形成涂层的技术，其基本原 理图可见下图。
如果将喷涂层再加热重熔，产生冶金结合，则为喷焊技术。
典型线材火焰喷涂装置：压缩空气供给系统，氧-乙炔供给 系统，送丝机构，气喷枪等
（2）粉末火焰喷涂

粉末火焰喷涂法：用少量气体将喷涂粉末输送 到喷枪的喷嘴前端，通过燃气加热、熔化并加 速喷涂到基体表面。
粉末火焰喷涂的典型装置
（3）火焰喷涂工艺
工艺流程： 工件表面预处理 → 预热 → 喷涂打底层 → 喷涂工作层 → 喷后 处理。 特点： ① 工应用非常灵活，可喷涂金属、陶瓷、塑料等； ② 喷涂设备轻便简单，可移动； ③ 设备价格低，经济性好。 不足： 喷出颗粒速度较小，火焰温度较低，涂层的粘结强度及涂层 本身的综合强度都比较低，涂层氧含量高，气孔率大。


复合喷涂线材 ：把两种或两种以上的材料复合 而制成的喷涂线材 。