第六章 表面涂覆技术.pdf
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第五章
表面涂敷技术
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第一节 热喷涂
热喷涂 (Thermal spraying ):利用某种热源将涂层材料加热
到熔融或半熔融状态,同时借助于焰流或高速气体将其雾
化,并推动这些雾化后的粒子喷射到基体表面,沉积成具有
某种功能的涂层技术。
在喷涂过程的同时或随后,对形成的涂层加热重熔处理,
获得与基体表面形成冶金结合特征的涂层称之为喷熔层或喷
焊层,相应的技术为喷熔或喷焊也属于热喷涂工艺技术。
对于一些材料粒子被气流加速的过程中,使其速度达到或
超过临界速度,但未被加热到熔融或半熔融状态,由于粒子
在达到沉积面时会将高的动能变为材料粒子变形及热能使得
基体和粒子之间或粒子与粒子之间形成良好的结合,即所谓
的“ 冷喷”技术也纳入喷涂技术之中了。(喷涂粒子以500~1000m/s撞击
基体表面,在整个过程中粒子不熔化,仅发生纯塑性变形聚合形成涂层。如铝、铜、锌等)
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第一节 热喷涂
发展历史:
1882年,德国人采用简单的装置将金属液喷射成粉末,出现了人类最初
的热喷涂法;
l910年,瑞士人M.V. Schoop将低熔点金属的熔体喷射在工件表面而形成
涂层,热喷涂技术诞生;
1920’s开始使用电弧喷涂;
1930’s到1940’ s 出现了火焰粉末喷涂工艺;
1950’s 自熔合金粉末和复合粉末研究成功,结束了单一线材喷涂的局
面,同时诞生了火焰喷焊工艺。美国Union Carbide Co.公司相继研究成
功爆炸喷涂和等离子火焰喷涂枪;
1960’s到1970’s,各种热喷涂技术均已成熟,不仅能喷涂金属、陶瓷,还
能喷涂塑料及复合材料;
1981年美国Browning Engineering公司研制成功新的超音速火焰喷枪;
近年来,计算机和自动机器人也成功地在热喷涂技术中得到应用。
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第一节 热喷涂
一. 热喷涂原理:
1.喷涂涂层形成过程和涂层形成原理
•喷涂材料经过喷枪热源被加热、加速、形成粒子束流;
•熔融的粒子束流以一定的速度与基体表面相碰撞,并沿凹
凸不平的基体表面产生相应的变形和铺展;
•相对冷的基体会将熔粒动能转化的热能带走,变形的颗粒
迅速冷凝停止铺展并收缩,呈扁平碟状粘附于基体的粗糙表
面;
•无数变形熔粒互相交错呈波浪形堆积构成喷涂层特有的层
状组织结构。
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第一节 热喷涂
喷涂材料进入热源到形成涂层,喷涂过程一般经历四个阶段:
1. 喷涂材料被加热、熔化:对于线材,当端部进入热源高温区域,即被
加热熔化;对于粉末,进入热源高温区域,在行进的过程中被加热熔
化或软化。
2. 熔化的喷涂材料被雾化:线材端部熔化形成的液滴在外加压缩气流或
热源自身射流作用下脱离线材,并雾化成微细熔滴向前喷射;粉末一
般是直接被气流或热源射流推向前喷射。
3. 熔融或软化的微细颗粒的喷射飞行:在飞行过程中,颗粒首先被加速
形成粒子流,随飞行距离增加,粒子运动速度逐渐减小。
4. 粒子在基材表面发生碰撞、变形、凝固和堆积:当具有一定温度和速
度的微细颗粒与基材表面接触时,颗粒与基材表面产生强烈的碰撞,
颗粒的动能转化为热能并部分传递给基材,同时微细颗粒沿凸凹不平
表面产生变形,变形的颗粒迅速冷凝并产生收缩呈扁平状粘结在基材
表面。喷涂的粒子束连续不断的运动并撞击表面,产生碰撞—变形—
冷凝收缩的过程,变形的颗粒与基材表面之间,以及颗粒与颗粒之间
互相粘结在一起,从而形成了涂层。
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第一节 热喷涂
喷涂涂层形成过程示意图
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