第一頁，共31頁。1熱噴涂的定義與特點2熱噴涂的基本原理3熱噴涂工藝4熱噴涂材料的工藝性能及分類5熱噴涂層的后處理主要內容第二頁，共31頁。1.熱噴涂的定義與特點★定義

采用一定的熱源，將噴涂材料加熱到熔融或半熔融狀態，通過高速氣流使其霧化，然后噴射、沉積到工件表面，形成噴涂沉積層的一種表面覆蓋方法。第三頁，共31頁。1.熱噴涂的定義與特點

★特點

⑴適用范圍廣。⑵工藝靈活，設備結構簡單，有利于現場作業。⑶涂層厚度可調范圍廣。⑷基體材料性能不受影響。⑸噴涂面積小時經濟性差。第四頁，共31頁。噴涂材料熱源噴涂粒子束噴涂層基體加熱熔化霧化飛行噴涂2.熱噴涂的形成過程

2.1熱噴涂的沉積過程和原理第五頁，共31頁。熱噴涂層的形成過程：2.熱噴涂的形成過程

2.1熱噴涂的沉積過程和原理沖擊碰撞變形凝固--收縮噴涂材料被加熱，達到熔化或半熔化狀態；熔化的噴涂材料被霧化；熔融或軟化的微細顆粒向前噴射的飛行階段；粒子在基材表面發生碰撞、變形、凝固和堆積。第六頁，共31頁。黃銅、鉬及鋅的線材氣體火焰噴涂時，在粒子的飛行距離為100mm處，三種粒子的平均飛行速度分別為120，65，140m/s。

爆炸噴涂時粒子的飛行速度更大，可高達1000m/s。◆粒子流的特點（1）粒子的飛行速度噴涂過程中粒子的飛行速度與噴涂方法、噴涂材料的密度和形狀、粒子的尺寸、粒子的飛行距離等因素有關。

飛行速度的大小影響粒子與基體表面碰撞時轉換能量的大小、粒子的變形程度以及結合強度。第七頁，共31頁。（2）粒子的溫度◆線狀噴涂材料◆粉末噴涂材料

被加熱到熔化或熔融狀態，若不考慮粒子與基體碰撞時動能轉換為熱能所引起的粒子自身溫度的升高，那么粒子到達基體時的溫度為其熔點。粉末的熱物理性能和粉末粒度所決定的粉末尺寸影響著加熱和飛行中粒子內部的溫度高低。為了獲得高結合強度和高質量的涂層，粉末內部離表面90%的深度處應處于熔融狀態。◆粒子流的特點第八頁，共31頁。（3）噴涂粒子的最小尺寸在一定的噴涂條件下，噴涂粒子的尺寸存在著最小的臨界尺寸。粒子質量越小，則其軌跡偏離初始流速直線方向就越多。小顆粒被氣流卷走◆粒子流的特點第九頁，共31頁。◆涂層組織結構

涂層是由無數變形粒子相互交錯呈波浪式堆疊在一起的層狀組織結構，顆粒之間存在孔隙或空洞，孔隙率一般在4%~20%之間。

2.1熱噴涂的沉積原理第十頁，共31頁。超音速噴涂Ni-Cr-Fe-Ta-Mo-Ti合金涂層的表面形貌

第十一頁，共31頁。2.熱噴涂的形成過程

2.2飛行中熔融粒子的表面反應

*粉末火焰噴涂和等離子弧噴涂時，粒子雖在設定氣氛中飛行，但該氣氛中不可避免地卷入空氣。*電弧噴涂時，因采用壓縮空氣輸送粒子，使粒子在飛行中不斷與O2和N2發生反應。*噴涂不同材質的金屬或合金時，雖然抗氧化性有差異但在熔融粒子表面都發生了氧化反應和其他反應產物，并使其隨粒子一起夾雜在涂層中。

第十二頁，共31頁。2.熱噴涂的形成過程

2.3涂層成分與結構

一般情況下，涂層成分中的合金元素含量與原噴涂材料是有所差異的，其原因在于：①粒子在高溫下蒸發②粒子在高溫下燒損③粒子在高溫下表面發生反應第十三頁，共31頁。

2.4熱噴涂層的結合機理

熱噴涂的結合方式可分為：機械結合和冶金化學結合1.機械結合熔化或接近熔化的粒子在噴涂時撞擊到基體表面產生變形、鑲嵌、咬合和填塞，最后冷凝收縮，形成機械的結合，這是涂層結合的主要形態。2.冶金-化學結合涂層結合的次要形態，當涂層與基體表面出現擴散和合金化時的一種結合類型，但其結合力比機械結合大的多，由三部分組成：

☆

范德華力

☆

化學鍵力

☆

微擴散力第十四頁，共31頁。

3.熱噴涂工藝

工藝流程：工件的表面準備（表面凈化﹑宏觀粗化﹑噴砂）→預熱→噴打底層→噴工作層→噴涂后處理。

熱噴涂預處理后處理清洗粗糙化對不噴涂部位的保護表面精加工改善涂層質量第十五頁，共31頁。4.熱噴涂材料的工藝性能及分類4.1工藝性能

①熱穩定性；②涂層的熱膨脹系數應盡可能與基體材料一致；③粉末材料應具有良好的流動性；④良好的濕潤性。第十六頁，共31頁。4.熱噴涂材料的工藝性能及分類

4.2熱噴涂材料分類

熱噴涂材料按形態可分為：粉末：等離子噴涂、爆炸噴涂和氣體火焰噴涂。線材及棒材：主要用于氣體火焰噴涂，電弧噴涂和線爆噴涂。熱噴涂材料按材質可分為：金屬及其合金陶瓷、金屬間化合物、塑料、玻璃和陶瓷等。第十七頁，共31頁。目的噴涂材料耐蝕非金屬材料陶瓷，塑料金屬材料鋅，鋁，Zn-Al，不銹鋼，Ni及合金，Cu

及Cu合金，鈦，鎂，Sn,Pb,Cd耐熱非金屬材料陶瓷，金屬基陶瓷金屬材料耐熱鋼（含不銹鋼系列），耐熱合金（含Ni-Cr），自熔性合金，MCrAlY系列合金耐磨損非金屬材料陶瓷金屬材料碳鋼、低合金鋼、不銹鋼（主要是馬氏體鋼），硬金屬熱噴涂材料按用途分類第十八頁，共31頁。熱噴涂方法的種類大氣等離子噴涂真空等離子噴涂保護氣氛等離子噴涂水穩等離子噴涂超音速等離子噴涂氣體燃燒熱源氣體放電熱源電熱熱源爆炸熱源激光熱源電弧噴涂等離子噴涂等離子噴焊電容放電噴焊感應加熱噴涂燃氣重復爆炸噴涂線材電爆噴涂激光噴涂激光噴焊線材火焰噴涂棒材火焰噴涂粉末火焰噴涂超音速火焰噴涂粉末火焰噴焊第十九頁，共31頁。5.熱噴涂層的后處理

常用的后處理方法:封孔處理：采用封孔劑，提高耐蝕性重熔處理：加熱到液－－固相線附近強化處理：噴丸、滾壓的機械方法擴散處理：表面薄鋁層通過高溫擴散的方式，形成表層冶金結合。第二十頁，共31頁。由于熱噴涂涂層是多孔隙的，孔隙率可從小于1％到大于15％，可以儲存油，在使用上具有一定的使用價值。但是對要求具有防腐蝕性能的涂層表面來說，孔隙是極為有害的，特別是那些互相連接并且從表面延伸到基體的孔隙，會使腐蝕介質透過這些孔隙腐蝕基體材料。封孔的作用A、防止或阻止腐蝕介質浸入到基材表面；B、延長鋅、鋁及合金涂層的防護壽命；C、用于密封的涂層防止液體和壓力泄漏；D、防止污染或研磨屑碎片進入涂層；E、保持陶瓷涂層的絕緣性能。封孔處理第二十一頁，共31頁。

重熔處理是自熔性合金涂層的一種后處理方法。自熔性合金噴涂所形成的涂層仍有許多孔隙，重熔處理過程就是涂層重新熔化并致密涂層的過程，從而消除了大多數孔隙。這個過程的完成是通過沉積顆粒的濕潤和凝聚，以及基體表面的氧化物的形成來完成的。重熔處理含有硼和(或)硅元素的助熔劑，當加熱到熔點時，合金本身就具有脫氧、造渣、除氣和良好的潤滑性等性能的合金粉末。噴焊—對經預熱的自溶性合金粉末涂層再加熱至1000～1300℃，使顆粒熔化，造渣上浮到涂層表面，生成的硼化物和硅化物彌散在涂層中，使顆粒間和基體表面達到良好結合。最終沉積物是致密的金屬結晶組織并與基體形成約0.05～0.1mm的冶金結合層，其結合強度約400MPa，抗沖擊性能較好、耐磨、耐腐蝕，外觀呈鏡面。第二十二頁，共31頁。

強化處理

某些金屬噴涂層可以采取噴丸和滾壓的方法進行機械處理，以封閉與表面連貫的氣孔，提高表面平滑度，及消除涂層殘余應力，改善涂層性能。活性金屬涂層可以采用噴丸硬化和滾壓來改善抗氣蝕性能。5.熱噴涂層的后處理

第二十三頁，共31頁。第二十四頁，共31頁。5.熱噴涂層的后處理

擴散處理是表面合金化熱處理。在一定的熱處理工藝條件下，涂層金屬向基材擴散，在界面上形成表面合金化的擴散層組織，提高了涂層的結合強度，同時通過熱處理提高了涂層的完整性，改善了涂層的致密性、延展性、耐腐蝕性、抗氧化性以及涂層的強度。擴散處理第二十五頁，共31頁。應用實例:在航天航空領域，熱噴涂涂層可以抵御空氣的沖擊、侵蝕對發動機葉片帶來的不利影響。利用在壓氣機葉片上噴涂碳化鎢涂層后，克服了鈦合金不耐磨的缺點，使鈦合金葉片的壽命延長到上萬小時。壓縮機密封環也通常采用了熱噴涂處理。熱噴涂的應用1．增強表面硬度，提高使用壽命，降低維修成本第二十六頁，共31頁。應用實例:復印機的墨粉滾筒在長期反復實用下被磨薄，導致復印效果變黑或出現黑線。通常的維修方法是換整個滾筒，原部件則被遺棄。采用熱噴涂工藝在原滾筒上噴一層合金，不但恢復了原滾筒的直徑，還使修復后的滾筒更耐磨，使用壽命更長，而維修成本只相當于換新部件的五分之一。熱噴涂的應用2.熱噴涂是恢復尺寸的一種經濟有效的方法第二十七頁，共31頁。3.抗腐蝕應用實例:

南京長江大橋下層鐵路的“上蓋板”噴鋅防腐處理。

蕪湖長江大橋的栓接面的電弧噴涂Al涂層。

煤礦井筒熱噴涂復合涂層，大幅提高壽命。

江蘇省三河閘水庫的水閘門的噴鋅防腐處理。

大港電廠和西柏坡電廠電弧噴涂低碳馬氏體-Ni-Cr

高溫封孔劑對鍋爐水冷壁進行高溫防腐處理。00熱噴涂的應用第二十八頁，共31頁。4．抗高溫氧化應用實例:噴氣式發動機燃燒室內渦輪葉片噴上特殊的涂層MCrAlY，以抵抗運行過程中的高溫氧化。熱噴涂的應用第二十九頁，共31頁。5．熱障涂層應用實例:現代