单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,*,无忧,PPT,整理发布,Sheffield Software Engineering Observatory,热喷涂技术的研究进展,1、热喷涂技术概论,原理 热喷涂技术是一种将涂层材料(粉末或丝材)送入某种热源(电弧、燃烧火焰、等离子体等)中熔化,并利用高速气流将其喷射到基体材料外表形成涂层的工艺。,涂层结构特点,特点,a.能赋予基体以多种功能的外表；,b.设备轻便，可现场施工；,c.除喷焊外，对基材加热温度较低，工件变形小，金相组织及性能变化也较小。,d.喷涂操作的程序较少,施工时间较短,效率高,比较经济。,分类,1电弧喷涂电弧为热源,2等离子喷涂等离子体为热源,3火焰喷涂燃烧火焰为热源,2.,电弧喷涂,电弧喷涂是以电弧为热源,将熔化的金属丝用高速气流雾化,并以高速喷射到工件外表形成涂层的一种工艺。电弧喷涂过程可分为三个阶段:熔滴形成及雾化阶段;熔滴飞行阶段;熔滴撞击基体,相互交错粘结形成涂层阶段,电弧超音速喷涂示意图,电弧喷涂的特点,优点：,a.涂层性能优异，与基体的结合力高；,b.经济、节能、效率高；,c.平安 电弧喷涂技术仅使用电和压缩空气，不用氧气、乙炔等易燃气体助燃，平安性高；,d.可制备伪合金涂层；,缺乏之处：,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。,应用：,1.,重大件的修复：轴类零件修复；造纸烘钢的修复；航天发动机的修复,2.,严重腐蚀环境下的大面积防蚀涂层；,3.,装饰涂层,4.,填平和修补焊缝缺陷,等离子喷涂,等离子及等离子弧的产生,常规状态下原子是呈电中性的,气体在常温状态下也是不导电的,但是如果外界通过改变条件给予气体分子或原子分子以相当的能量时,就会造成电子脱离原子成为自由电子而带正电荷,这就是所谓的气体产生电离的现象,这也就是等离子喷涂的等离子体和等离子弧的产生原理。,等离子喷涂原理,等离子喷涂特点,1.,超高温特性，便于进行高熔点材料的喷涂。,2.,喷射粒子的速度高，涂层致密，粘结强度高。,3.,由于使用惰性气体作为工作气体，所以喷涂材料不易氧化。,等离子喷涂研究进展,随着热喷涂技术的飞速开展,国际上等离子喷涂占有明显优势,并已开发出三阴极等离子喷涂、高能等离子喷涂、微弧等离子喷涂和悬浮等离子喷涂等多种新技术,等离子,喷涂,三阴极,等离子,喷涂,高能,等离子,喷涂,微,等离子,喷涂,悬浮,等离子,喷涂,超音速,电弧,与火焰,喷涂,三阴极等离子喷涂,喷枪由3个阴极和由几个被绝缘的环体串联组成的喷嘴组成,只有离阴极相对远的最后一个环体作为阳极工作。由于从3个阴极到同一个阳极产生的3个独立电弧的长度稳定不变,3束等离子射流在汇流腔内会聚成一束主等离子流,形成空心管状射流从喷嘴喷出,从而产生了稳定的等离子喷射。,稳定性有明显改善,可以进行均质粉末加工,并有较高的沉积率和送粉率,三阴极等离子喷涂示意图,高能等离子喷涂,高能等离子喷涂,是为满足陶瓷材料对涂层密度和结合强度以及喷涂效率的更高需求而开发的一种高能、高速的等离子喷涂技术,其特点是在电弧电流与普通大气等离子喷涂相当的条件下,利用较高的工作电压,(,可达几百伏,),提高功率,并采用更大的气体流量来提高射流的流速。,100 HE,高能等离子喷枪,喷涂,WC-Co,涂层的粒子平均速度可达,527m/s;,同时还具有较高的喷涂效率,(,可达,200g/min),和沉积效率,(,可达,95%),微等离子喷涂,微等离子喷涂,是,20,世纪,90,年代由乌克兰巴顿焊接研究所开发的,它的特点是具有层流等离子射流、发射角只有,2 6(,普通的等离子枪的发射角达,10 18),、功率低,(1 3 kW),、基体受热低、噪声小,(30 50 dB),可在极薄的基体,(,如,0.5mm,厚的不锈钢薄板或,1.0 mm,厚的锰片,),上进行喷涂。这种喷涂方法的功率虽低,但能量集中,其束斑直径小于,5 mm,所以仍可喷涂各种材料,特别适宜制备小零件及薄壁件的精密涂层,且该设备重量轻,适合于现场的维修工作。,悬浮式送粉等离子喷涂,悬浮式送粉等离子喷涂,是一种采用液料送粉方式,可直接喷涂纳米粉末且可以形成超薄纳米涂层的新型喷涂技术传统的非团聚喷涂粉末粒子半径必须大于,10m,涂层厚度一般大于,125m,。悬浮等离子喷涂采用液料为介质,使用分散剂将粒子分散在液料中,(,液料一般为酒精,),行成悬浮液,通过液料送粉器将悬浮液送入到等离子弧中,液料溶剂迅速蒸发,溶剂中的粉末被等离子弧加热熔化喷射到基体上形成涂层。这种方式克服了喷涂粒子半径的限制,不仅实现了非团聚的纳米粉末直接进行喷涂,而且可制备涂层厚度仅,25m,的超薄涂层。,悬浮式等离子喷涂示意图,反响等离子喷涂,反响等离子喷涂是对真空等离子喷涂进一步改进的结果,该方法在真空等离子喷涂过程中,在喷嘴出口处的等离子射流中参加反响气体(如N2),反响气体与加热中的喷涂颗粒相互作用,进而得到新的生成物。,例如,用这种方法可以获得TiN涂层,它是靠喷涂钛粉和注入N2反响后得到的,其工作原理如下图。TiN具有高熔点、高硬度、耐磨、耐蚀等特点,并且还具有优良的导电性和超导性。,反响等离子喷涂制备 TiN涂层克服了传统的物理或者化,学气相沉积(PVD及CVD)工艺 制备TiN 涂层,存在沉积速,率低、涂层厚度过薄的缺点,可制备纳米晶TiN涂层,涂层厚度可达500m。,反响等离子喷涂示意图,PROTAL,预处理工艺,在常规的热喷涂工艺中基体需要去油和主要用金钢砂喷砂处理。相反,PROTAL预处理工艺采用高能量激光束与基体外表相互作用,减少基体与熔融粒子碰撞前的氧化层和其它污染,仅10ns的短暂脉冲的使用,使基体外表第一批原子层烧蚀而获得无污染的外表,其工作原理如下图。这种喷涂前预处理工艺可以在外表没有粗化处理的情况下,使涂层获得相对好的附着力。,PROTAL,预处理工艺原理示意图,等离子喷涂后处理工艺,等离子喷涂后处理工艺的明显进步是采用激光重熔技术,利用等离子喷涂形成陶瓷涂层后,随即就对热态的喷涂陶瓷层进行激光等离子加热,其工作原理如下图。由于等离子喷涂工艺特征决定了涂层呈层状结构,涂层内存在较高的孔隙率和亚稳相,金属/陶瓷界面上存在较大的剩余应力且涂层结合强度不高,这些因素可能使涂层在使用过程中容易失稳,引起脱落失效。陶瓷涂层经激光重熔后可减少孔隙率、降低裂纹数、使陶瓷涂层中的亚稳相向稳定相转变,提高涂层的外表硬度、耐磨性以及抗热震等性能。,激光重熔等离子喷涂工作原理示意图,谢谢大家！,请指正！,