第五章堆焊与热喷涂技术教材

18几种常用的热喷涂技术及常用表面工程技术的比较见表1等离子喷涂法火焰喷涂电弧喷涂法爆炸喷涂法熔粒速度ms4001502001500温度值12000300050004000典型涂层孔隙率11010151015典型结合强度mpa3070510102080100优点孔隙率低结合性好多用途基材温度低污设备简单工艺灵活成本低效率高污染低基材温度低孔隙率非常低结合性好基材温度低缺点成本较高孔隙率高结合性差对工件要预只应用于导电喷涂材料通常孔隙率较高成本高效率1953待喷涂表面的制备热喷涂的基本工艺流程图如图2所示工件表面制备201表面净化喷涂前首先须将待喷涂表面净化彻底清除附着在表面的油污油漆氧化物等显露出新鲜的金属表面
热喷涂的基本工艺流程图如图2所示
工件表面制备
喷
涂
表 表 表预
底
面面面
净 化
预 加 工
粗热 化
层
喷
喷后处理
涂
工
机封
作
械
层
加 工空
图2 热喷涂的基本工艺流程图
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1）表面净化
喷涂前，首先须将待喷涂表面净化，彻底清除附着在表面的油 污、油漆、氧化物等，显露出新鲜的金属表面。
2）表面预加工
表面预加工的主要目的是预留一定的喷涂层厚度。
镍合金中用作喷涂材料的主要为镍铬合金，这类合金具有非 常好的抗高温氧化性能，可在880℃高温下使用，是目前应用很 广的热阻材料。
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5） 钼
钼在喷涂中常作为结合底层材料使用，还可以用作摩擦表面的 减摩工作涂层，如活塞环、刹车片、铝合金气缸等。
6）碳钢和低合金钢
碳钢和低合金钢是广泛应用的电弧喷涂材料。它具有强度较高、 耐磨性好、价格低廉等特点。

碳化钨种类
组织和性能
制造方法
铸造碳化钨
WC+W2C共晶，呈不规则 粒状和球状。硬度高、耐 磨性好，但脆性大，抗高 温氧化性差
熔炼→浇注后破碎（呈 不规则粒状）或熔炼→ 离心法分离（呈球状）
烧结碳化钨
呈不规则粒状和球状。硬 度高、耐磨性好，脆性大 小视粘结剂钴的多少；高 钴型韧性好，低钴型脆性 大，但抗高温氧化性好
2.氧乙炔火焰堆焊
1）氧乙炔火焰堆焊的特点
• 堆焊层薄，表面平滑美观、质量良好。氧乙炔火 焰堆焊所用的设备简单，可随时移动，操作工艺 简便，灵活、成本低，尤其是堆焊需要较少热容 量的中、小工件时，具有明显的优越性。而且可 调整火焰能率，焊时熔深浅，母材熔化量少，能 获得非常小的稀释率（1％～10％）。
采用堆焊可以延长零 部件的使用寿命，降 低成本。
四.堆焊金属的基本类型
根据堆焊金属的成分分为：
• 铁基堆焊合金 • 碳化钨堆焊合金 • 铜基堆焊合金 • 镍基堆焊合金 • 钴基堆焊合金
根据堆焊合金层的使用目的分为：
耐蚀堆焊
防止发生腐蚀而在其工作表面上熔敷一层 一定厚度、有耐腐蚀性能金属层。也称为包层 堆焊。
• 这类堆焊合金由大量碳化钨颗粒分布于金属 基体（如碳钢、低合金钢、镍基合金、钴基 合金和青铜等）上构成，堆焊层中钨的质量 分数45%以上、碳的质量分数1.5%～2%。 碳化钨由WC和W2C组成，有很高的硬度和 熔点。
• 碳质量分数3.8%的碳化钨硬度达2500HV， 熔点接近2600℃。
碳化钨堆焊合金表
碳当量Cep /（%）
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
最低预热温度/ ℃
100
150

线 火爆超 火 常
材 焰炸音 焰 压
火 粉喷速 粉 电
焰 末涂喷 末 弧
喷喷 涂喷喷
涂涂
焊涂
减常气水低反 压压体稳压应 电等隧等等等 弧离道离离离 喷子等子子子 涂喷离喷喷喷
涂子涂涂涂
可 控 气 氛 等 离 子
高 速 等 离 子 喷 涂
喷
喷
涂
涂
火焰线材喷涂
❖ 线材火焰喷涂法是最早发明的喷涂法。它是 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。
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。
❖ 优点： ①涂层和基体的结合强度高。 ②涂层致密，气孔率很低。 ③涂层表面加工后粗糙度低。 ④工件表面温度低。
激光喷涂
❖ 把高密度能量的激光束朝着接近于零件的基 体表面的方向直射，基体同时被一个辅助的 激光加热器加热，这时，细微的粉末以倾斜 的角度被吹送到激光束中。熔化粘结到基体 表面，形成了一层薄的表面涂层，与基体之 间形成良好的结合（喷涂环境可选择大气气 氛或惰性气体气氛，或真空下进行）。
热喷涂材料
粉末火焰喷涂
❖ 粉末火焰喷涂法：它与丝材火焰喷涂的不同之处是 喷涂材料不是丝材而是粉末。
❖ 优点：火焰喷涂可喷涂金属，陶瓷，塑料等材料， 应用非常灵活，喷涂设备轻便简单，可移动，价格 低于其他喷涂设备，经济型好，是目前喷涂技术中 使用较广泛的一种方法。
❖ 缺点：喷出的颗粒速度较小，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,且比其他 方法得到的气孔率都 大。

热喷涂喷焊与堆焊
4 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。
热喷涂喷焊与堆焊
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 方程中，可得到以下不等式。
• 残余应力： 致密涂层 > 疏松涂层 • 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
热喷涂喷焊与堆焊
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
热喷涂喷焊与堆焊
8 涂层的结合强度
缺点：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。
热喷涂喷焊与堆焊
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10∧6 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。
热喷涂喷焊与堆焊
➢ 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％。
热喷涂喷焊与堆焊
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