什么是热喷涂
u0 D$ {0 m( I8 ^" xcccc热喷涂是指一系列过程,在这些过程中,细微而分散的金属或非金属的涂层材料,以一种熔化或半熔化状态,沉积到一种经过制备的基体表面,形成某种喷涂沉积层。涂层材料可以是粉状、带状、丝状或棒状。热喷涂枪由燃料气、电弧或等离子弧提供必需的热量,将热喷涂材料加热到塑态或熔融态,再经受压缩空气的加速,使受约束的颗粒束流冲击到基体表面上。冲击到表面的颗粒,因受冲压而变形,形成叠层薄片,粘附在经过制备的基体表面,随之冷却并不断堆积,最终形成一种层状的涂层(见图1、图2)。该涂层因涂层材料的不同可实现耐高温腐蚀、抗磨损、隔热、抗电磁波等功能。自1908年瑞士工程师Max Ulrich Schoop发明热喷涂以来,该工艺得到不断完善和发展。今天,热喷涂作为一项高科技工艺已广泛应用于航天、汽车、能源、钢铁、冶金、造纸、机械维修、市政建设等诸多领域。在中国,热喷涂还是连续四个"五年计划"推广的科学项目。
; _# C2 V( E) A+ J5 d# l& u0 B) a图1. / L0 k( F: V& d) j! A s
0 S& A6 j' J! _6 m
) Z1 B2 v; N4 Q# D
图2.
/ m1 }3 z( ^6 Z2 W: j6 X+ S1 n1 F( d% r! {
5 |. r; ` L8 i
cccc在工程、机械的表面领域,热喷涂技术是最有效、最省钱和最直接的增强表面功能和工艺参数的方法。能够通过热喷涂手段改进和提高的表面种类几乎是无限的。通过喷金属、陶瓷、合金、重熔等等工艺手段,工程表面的功能概念得以延伸。 $ m& B2 E- Q0 \: v
cccc可选择多种多样的热喷涂设备和方法,无论是手持的或是装在机器上的。热喷涂的工艺也涵盖各种选择:火焰粉末喷涂、火焰线材喷涂、电弧喷涂、等离子喷涂、超音速火焰喷涂、可控气氛下的等离子喷涂、真空等离子喷涂等。
' [+ D# l7 G9 P5 |4 T5 `cccc很多行业都在采用热喷涂工艺提高设备或零件的使用寿命、改进表面工艺参数以及降低生产和维修成本。热喷涂的功能包括:
( S# _6 F% p- D8 D5 {( h5 L
( m% h; w0 f* n/ v8 q8 @- 抗磨损
; F1 C- J. V8 B, M$ W
- 抗腐蚀
$ _8 N3 T$ i( R
- 间隙控制 5 O6 O3 y) B* ]9 ~$ R
- 控制流体环境
$ {: R3 N9 b# e' E
- 热障 ' S9 X$ ]) ?! ]" `: k5 J2 o" ]
- 恢复尺寸
# J9 j9 C8 s9 E0 B. [
- 改变导电性
}* K: y- N& \) _0 t9 n
各种热喷涂工艺的比较 6 b- L4 y& t0 V3 J7 t2 o
, m4 E% {1 M- e3 O% N! o7 p3 } ( _% q. P2 G; a7 G. d4 c( @0 |
$ V6 L; [7 _( Z4 q
, ], U) x; a7 y* D; e$ D6 W2 B' k2 `涂层类型 | 7 Y" n8 H1 w% p! m( d5 C
火焰线材喷涂 |
* q1 V9 k6 N0 _3 U+ V! v火焰粉末喷涂 |
M9 ~! g+ v0 x4 A1 Z超音速火焰喷涂 |
- d5 C5 V9 `3 B& x电弧喷涂 | . K) ^0 l, U9 [" C
等离子喷涂 |
" S7 h2 ]4 a+ U2 a7 `5 Y9 G低压或真空喷涂 |
' U* ~) w- x! g& H3 m+ @0 d4 N5 Y% n' w4 X0 I5 j3 Z1 w
& W8 R6 z1 X0 a% ^+ ~9 R5 @
气体问度 103 oC (103 oF) | % P& M: X; N6 ~* D8 s
+ T. `! A! D- {: o" R' e; i, w全部涂层 | ' J4 l% _2 o6 s" O' p
3 (5.4) |
# X" q- W" Z1 x' k8 H3 (5.4) | 5 } L6 C- y' a/ W2 Y
2 - 3 (3.6 - 5.4) | & ]4 T8 V! m! R- d. J$ d/ x
N/A |
% `8 `# L/ A" J# ]+ T6 f12 - 16 (21.6 - 28.8) |
7 d9 |2 l1 m: o( v10 - 80 (18 - 144) | % I; }5 q& W9 a0 d( F; J$ o2 ?* M- w4 w: U
3 H& ]" i' ?4 F' A" R
" s8 k% c( ]: p& r( v) L! z 结合强度 MPa (103 psi) | , ~! ]0 }( o. s& ]
! @4 y: u8 B8 u6 B4 g
金属 |
# v O4 H* t/ m0 M. g; d$ X14 - 28 (2 - 4) | & {* x. S) t6 r q
14 - 21 (2 - 3) |
' r- f, Q9 q4 m% T% n3 \3 g! t" V48 - 62 (7 - 9) | 8 K5 X0 |; a' L3 R6 L4 p5 _! Y5 o
28 - 41 (4 - 6) | " c x8 M. \2 H. L
22 - 34 (3 - 5) |
( r4 A1 R! o2 K' O6 @1 {. R1 o100 - 400 (14 - 57) | , u* e" `: l3 R7 j4 v* }
0 E2 H: m! H* d: d
有色金属 |
' `8 _3 [2 q. F3 F- R% a- ]5 B7 - 34 (1 - 5) |
4 r& b6 ~- ^8 J& y/ {7 - 34 (1 - 5) | v$ B3 Z. Q# ^. s. j5 P
48 - 62 (7 - 9) |
& d ^- I% X" h14 - 28 (2 - 7) |
6 J" N4 K' e6 G14 - 28 (2 - 7) | . `( Z$ i I/ [; S! `$ M0 W# z
400 - 750 (57 - 107) | ( T) {2 v: y- l
$ Y! J( n9 e, y1 I" U6 P' ~& k
自熔合金 | : @) T$ S% y4 m Z9 ]
--- |
\0 I- V( {/ w h( D2 O83+ (12+) |
" w0 C9 V! x7 X. i2 K62 (9)** | ! _) F3 x- o# u
--- |
5 b7 r! h: S1 t0 K) x- O; Z/ X--- | 3 @. D/ m+ D8 @6 e6 T6 p( B
--- | ) ?% [ _7 Y2 ~- p! l& y( E
+ P4 R% P0 }# n) J! X8 [0 w# @. _8 ^陶瓷 | 4 c0 G) R/ r, i, a0 P: Y
--- |
* R8 L: V1 J6 h' b, v14 - 32 (2 - 5) | + ^7 @2 H7 E* {; {: g
--- | & O4 B2 |: N) m+ X. I0 H. P
--- | 0 V( I7 q N1 h
21 - 41 (3 - 6) | W; T) l& \; ]7 n6 y, f4 @
25 - 55 (4 - 8) |
+ G b# t1 @ A8 B; ]2 i8 [
6 d0 J* C, j5 ]: R! C- G碳化物陶瓷 |
& x# h' f z; F, e q--- |
# o7 f! X0 J* P5 R o34 - 48 (5 - 7) |
5 j3 l7 j6 a4 q" s4 X) \$ x83+ (12+) | 3 H% N' p) [- e) D* w6 ~) S1 \
--- |
/ T7 ?" E; O6 W" a9 O. g55 - 69 (8 - 10) | ( [1 M3 x( k# Z+ M: x0 D$ y8 p
500 - 100 (9 - 14) | 7 J/ t4 r4 z1 G9 h" a
3 O/ ^$ R* g7 A4 B. _# n1 v
! a' W. V" a/ T8 k
致密度, % | 4 o. u( U4 x' K b ]
6 n1 a5 Q( `/ }0 t6 i
金属 |
* G" F: ^' \ x/ Z8 o& d: ~$ I85 - 90 |
) S" q1 c# k1 O0 K4 m5 m, |- [+ s85 - 90 | 4 l! N0 i" ]; t6 D3 {' w
95 - 98+ |
$ Z) I' p# A }% h& x4 R1 C85 - 95 |
6 f9 t" X/ }4 @( e# d( W9 Z90 - 95 |
) P: q4 _: ~. W5 E# I H4 |97 - 99+ | ) [' o7 q& o: m+ z, g
' Z8 c" q o7 o; `9 J
有色金属 | " r* m. q+ c1 i3 A* i. q9 F
85 - 90 |
$ ]; G/ J4 m8 Z6 k85 - 90 | + V4 m0 m. C4 O
95 - 98+ | ; F0 O3 N: T" h( G* y
85 - 95 |
7 V4 Y6 S. \* w' i5 u3 q' X90 - 95 |
, W: O. q* V$ q0 ]: G1 b97 - 99+ | % W- V6 u0 c* f* g
* z7 u W+ V0 c! I" P+ i0 T$ u7 q
自熔合金 | 9 T2 \4 R7 l1 F& A6 K
--- | ( O6 I g x: K: E% l
100* | $ x3 |: ~3 p: J2 ?
98+** |
* R- Z2 j5 T0 k& {3 e/ z4 n! ^- ?--- | # l+ Q7 G# M4 A; I: }
--- |
( ~" z" |( m: l2 v* c( K; t--- | + D$ m8 i! k* F' \2 P% c
- a8 o/ s) Q5 Z. v. E# d; z陶瓷 | 2 p* h# O, W3 O
--- |
8 v! c# I9 ]3 I90 - 95 | ) s0 p8 V; Q1 C' f
--- | , W+ I+ i3 W# Q; u( }
--- |
- a* |& N/ G3 \% _5 w9 ~90 - 95+ | 5 |- {% X; Q) w% f
95 - 98 |
3 E' K- v- O' b! ^* a" A0 ?% [& }3 y
& W' Z/ V2 n- T, s碳化物陶瓷 |
3 {) C, I$ j. ^ `--- |
0 T0 g' e3 b7 n1 X$ d# D4 D* W85 - 90 |
6 _ S- Z* O3 X. u: }95 - 98+ | ! q+ Y6 f9 r6 z8 z! s
--- |
7 t. {; f4 b; X5 A8 I90 - 95+ | - E2 J( h9 K1 q) A3 F B _& v
95 - 98+ | * B; U5 y) J" `* J
+ z, \3 ` ]0 }6 A7 D
% F" }0 e3 r9 ?; b7 D5 r9 ` 硬度 |
j, o- S7 ]2 V) U/ r& y- \) a4 w$ n# ?0 ^. E! B/ \
金属 | 6 c( B2 U @4 V
84Rb-35Rc |
% R0 I# [ t6 ^0 D: z80Rb-35Rc |
) C1 u0 a: k0 R: y2 S1 V90Rb-45Rc |
7 C: y* C' a; N/ Q& v+ d85Rb-40Rc | @" S7 D. ~7 L
80Rb-40Rc | $ W4 m# [& g1 c3 F% i0 J+ m. j! @
30Rc-50+Rc |
$ w" @7 n+ |) ?3 Q8 ]3 w, }: e3 E4 c0 x6 W! x
有色金属 |
( E4 B" x+ d5 k, c95Rh-40Rc |
3 Q* Q# W" ?' A$ @30Rh-20Rc |
; `6 T% _. b* g6 t Q! o& L100Rh-55Rc | ; Z/ P, k1 J5 f
40Rh-35Rc | M, {& H( I5 A' p0 t
40Rh-50Rc |
8 ^$ h5 l$ g9 j3 X( l45Rc-55Rc | + t$ J6 M, f, M6 Y! w6 c7 O, G; e
5 I5 _7 z; k* j: H6 P
自熔合金 | ! `; N) Z1 z9 {
--- | 0 E- k7 e- ?1 ? r ]$ I
30 - 60Rc | 1 X. Z. X- D' r: s4 ?
50 - 60Rc | % v7 h( p! m. [' S
--- | 8 |" ?- @% W, E8 w
--- | : b1 }; a/ {/ p8 f% h' i" j
--- |
. I" g( \# C7 }' H, r1 U; _3 K8 S* w8 l2 L
陶瓷 | 9 f/ Q0 A) |' g' G5 T$ H. @) d
--- |
8 @# [0 D9 A8 s, N+ ]40 - 65Rc |
- Q; S5 Y7 S& j) D--- | ( T5 ^, [# Q. h+ ^# F( G0 e/ }
--- |
2 }1 G0 ~8 t$ j( C45 - 65Rc |
$ I: X: n# @2 o2 v6 l50 - 70+Rc |
: W) L* J$ L: z- [
, C1 M+ R$ c1 ]5 g碳化物陶瓷 | : b4 q, Q/ r! p3 _5 [* L
--- |
2 x% G0 H6 x8 A45 - 55Rc |
% h/ K1 O/ y- r4 u55 - 72Rc | ' N; s5 T8 [& q5 _& ]$ N4 |
--- | 4 w. O5 Z8 h6 B/ Y. x. i
50 - 65Rc | 8 L( E' ^% c! x& c. c0 t
50 - 70+Rc |
/ @; g2 e- {- E) i. Y! y+ [8 V4 e3 L9 ]% [5 |
- X3 ^; s# `+ T+ W7 I
渗透性 | ' H R/ h3 H w
; a, {1 s" P% {$ S& i1 n2 _& G
金属 | 7 }4 f1 D' j/ V- Z, T
高 | 6 F3 k$ T! F, U9 m; {; w, R
中 |
9 x1 i5 j( w) n8 p! W0 a' e: b/ T极小 |
- o$ o! k3 d8 ^: m1 v中 | ?2 J7 ^$ @. k6 r6 x% ~
中 | 1 v- e! u! k/ d5 l+ a6 C
无 | 2 j' `( r: }- H7 {
, q3 i: x2 B$ U6 t# I有色金属 |
- P0 f( ]% _( n8 {5 M1 J. p高 | & h. p, B) `- S" }: I% R G* X! M
中 |
) f: z0 j) J, W4 i: H T L极小 |
- o$ M8 x. W" P# ?* i. t- b1 k中 | ; V" ~+ L7 w1 ?
中 |
1 b3 @' F$ J' Q$ k k b无 |
! K* G/ l1 t" V! m- R# v
/ o( }; U* v2 B: t自熔合金 |
! L2 F1 P7 g4 ]3 M: ]- J--- | ) ?% P( ^+ g Z6 u. `3 w
无 | , a; j" U$ f- ]8 J9 }* c2 ~
极小 | 9 k+ u+ l( n1 q! ?3 S
--- | * e' l* k5 t3 W6 I- o6 a
--- | 5 @* [1 \7 R7 a8 g# X" X
--- |
& U0 ?2 t3 E# D' q G! S5 M S+ r& n( {3 C
陶瓷 | + [5 M$ f& h5 G1 A/ |
--- |
# }. C j( B/ M$ ^( J& J' i, o中 | / D7 Z8 y( @( C# t* b( h `
--- | : ?2 E3 B' z; V' w5 Q/ A1 ~: o
--- | - }9 s6 {8 K# h. x( x7 `
偏小 |
: m. y" v/ A9 `. z* L5 h1 t3 f极小 |
/ T; u* F- ~# z6 M9 @$ R
% I- W2 O7 z& V: p5 ^2 c( G0 K碳化物陶瓷 |
Y# J, I7 P) L% O& Y v, d--- | & b: y1 C: H" c8 X! c+ y# v
中 |
4 o y- j$ ~ U* w2 I6 {极小 |
* |. i& I6 O) `: \--- | % t0 T* A, l2 M
偏小 |
; y! \4 {" r! ~$ I( E极小 | + p3 b5 F: _" M/ ^7 G Z2 s$ M
6 l$ Z5 x( M( X: H5 d& g7 d4 V2 L& \7 W- u4 R
涂层厚度限制 |
. [+ }. u L. r% T$ ?7 x& ]$ b% ~) l% l& l$ Q
金属 |
+ K. ^+ [. G: e, s0.5 - 2.0 (0.02 - 0.08) |
0 u" U' i& J8 v0 v1 z4 k0.5 - 2.0 (0.02 - 0.08) |
' h0 j4 T: H/ T& }, G6 l9 `! Q0.6 - 2.5 (0.025 - 0.1) | / O n2 D# b( ~/ B0 C
0.5 - 2.5 (0.02 - 0.1) | 2 w7 K* F1 f% l u" e0 C- [
0.4 - 2.5 (0.015 - 0.1) | 6 U7 O1 ?* t- m* l
0.05 - 10+ (0.002 - 0.5+) | * E" W6 ]) ?. y& k
# |! Y* Q7 I1 R2 k
有色金属 |
1 U/ P( C( I5 F' U$ ]* p0.5 - 2.0 (0.02 - 0.08) | 8 v0 S& E7 O3 s4 \
0.5 - 2.0 (0.02 - 0.08) | 9 N5 N9 A# R+ [1 w& G$ z# c
0.6 - 2.5 (0.025 - 0.1) | 7 q, M+ Q1 `/ \8 i1 c
0.5 - 2.5 (0.02 - 0.1) | ; i: Z2 Q8 G, J2 M0 L
0.4 - 2.5 (0.015 - 0.1) | , k( l+ A7 V5 A1 Y! G7 Q( O- p: R
0.05 - 10+ (0.002 - 0.5+) | # }( Y( I9 H& Z0 h% T% ]
! Y: S2 b( X; i: _# n
自熔合金 |
# [. K+ N* n/ d" S3 u# I4 E--- |
! B7 A$ Y6 G8 X4 R9 `% C! j0.4 - 2.5 (0.02 - 0.2) |
1 }- v( m; c+ Y; j& ?3 G1 Z0.4 - 3.8 (0.015-0.15) |
- m1 [' R+ B! G--- |
+ D9 }8 X4 H9 G1 m5 M5 z--- |
. V% w6 }. m: @5 l- T& R0.1 - 15+ (0.004 - 0.6+) |
2 _& `+ I$ f" a* e
/ U; _; x$ M( b4 w$ s+ [陶瓷 |
- J* B( @; k, ]" ^7 c( `--- |
8 r; z A8 l' r0.4 - 0.8 (0.015 - 0.1) | 2 j% D; W/ W6 D1 [( S. T
--- | . l j9 v, }% h# j6 |7 q; x
--- | 7 F! r4 y; V ^" B& E
(0.4 - 5.0 (0.015 - 0.2) |
+ I9 l9 [0 e2 l) I% g# Z" k& S0.05 - 10+ (0.002-0.25+) |
: R, G! L' T( D& z* c6 F
Q9 p5 } @) Z% j2 {碳化物陶瓷 | . ~( K- e- E( D/ _- L
--- | # d# e( }; j+ q. s' X, Y
0.4 - 0.8 (0.015 - 0.1) | 0 R6 B0 v$ r& Z+ \( z" f. p
0.4 - 5.0+ (0.015-0.2+) |
0 U# \0 i9 s/ O( F. z) L--- |
* D* s3 r. D+ B1 n) U* z(0.4 - 5.0 (0.015 - 0.2) |
4 [6 l4 ^3 |4 z5 |2 J7 Q0.05 - 10+ (0.002 - 0.4+) | * d: v; G# r5 @; c2 A m* w
* 自熔性涂层(2) 超音速火焰喷涂
7 h. E2 z3 \0 L J. l6 T6 K** 非自熔性涂层(1)可控气氛下的喷涂
+ D) M5 j+ T, D热喷涂设备的主要组成部分
/ F! D4 ~6 _% X- ]. }' K
* X( f; V+ E5 M8 k# g
' w% D }3 ]# j+ F6 s |