第五章表面涂敷技术

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1、2022-5-301第五章 表面涂敷技术2022-5-302涂料与涂装粘结与粘涂堆焊热喷涂电火花表面涂敷熔结热浸镀搪瓷涂敷陶瓷涂敷陶瓷涂层塑料涂敷2022-5-303热喷涂热喷涂技术是采用气体、液体燃料或电弧、等离子弧、激光等作热源，使金属、合金、金属陶瓷、氧化物、碳化物、塑料以及它们的复合材料等喷涂材料加热到熔融或半熔融状态，通过高速气流使其雾化，然后喷射、沉积到经过预处理的工件表面，从而形成附着牢固的表面层的加工方法。这种方法称为喷涂方法。 将喷涂层再加热重熔，则产生冶金结合。这种方法称为喷焊，又称喷熔。2022-5-304热喷涂特性热喷涂能达到各种性能目的：耐磨性、耐热性、耐腐蚀、抗氧化

2、和润滑等。适用材料广：金属、合金、陶瓷、水泥、塑料、石膏、木材等。喷涂层厚度达0.5-5mm，而且对基体材料的组织和性能影响很小。2022-5-305一、热喷涂原理1喷涂涂层形成过程和涂层形成原理2022-5-3062涂层结构 2022-5-307涂层的结构 涂层是层状结构，是一层一层堆积而成 .涂层的性能具有方向性，垂直和平行涂层方向上的性能是不一致的。 部分孔隙或空洞，其孔隙率一般在420之间。涂层中伴有氧化物和夹杂。涂层经适当处理后，结构会发生变化。 2022-5-3083涂层结合机理 涂层的结合包括涂层与基体表面的结合和涂层内部的结合。结合力：涂层与基体表面的结合强度。内聚力：涂层内部

3、的结合强度。 2022-5-309涂层结合机理 （1）机械结合 碰撞成扁平状并随基体表面起伏的颗粒，由于和凹凸不平的表面互相嵌合，形成机械钉扎而结合。一般说来，涂层与基体表面的结合以机械结合为主。 2022-5-3010（2）冶金-化学结合这是当涂层和基体表面出现扩散和合金化时的一种结合类型，包括在结合面上生成金属间化合物或固溶体。当喷涂后进行重熔即喷焊时，喷焊层与基体的结合主要是冶金结合。 （3）物理结合 颗粒对基体表面的结合，是由范德华力或次价键形成的结合。2022-5-30114涂层残余应力 当熔融颗粒碰撞基体表面时，在产生变形的同时受到激冷而凝固，从而产生微观收缩应力，涂层的外层受拉应

4、力； 基体，有时也包括涂层的内层则产生压应力。 涂层中的这种残余应力是由喷涂热条件及喷涂材料与基体材料物理性质的差异所造成的，它影响涂层质量，限制涂层的厚度。工艺上要采取措施以消除和减少涂层残余应力。2022-5-3012二、热喷涂的种类和特点 1热喷涂种类按涂层加热和结合方式，热喷涂有喷涂和喷熔两种。喷涂：基体不熔化，涂层与基体形成机械结合；喷熔：是涂层经再加热重熔，涂层与基体互溶并扩散形成冶金结合。它们与堆焊的根本区别都在于母材基体不熔化或极少溶化。2022-5-3013热喷涂技术按照加热喷涂材料的热源种类分为：火焰喷涂、电弧喷涂、高频喷涂、等离子弧喷涂（超音速喷涂）、爆炸喷涂、激光喷涂和

5、重熔、电子束喷涂。 2022-5-30142022-5-30152022-5-30162022-5-30172热喷涂特点 （l）适用范围广。涂层材料可以是金属和非金属（如聚乙烯、尼龙等塑料，氧化物、氮化硅、氨化硼等陶瓷）以及复合材料。被喷涂工件也可以是金属和非金属（如木材）。用复合粉末喷成的复合涂层可以把金属和塑料或陶瓷结合起来，获得良好的综合性能。其他方法难以达到。 2022-5-3018（2）工艺灵活施工对象小到10mm内孔，大到铁塔、桥梁等大型结构。喷涂既可在整体表面上进行，也可在指定区域内涂敷，既可在真空或控制气氛中喷涂活性材料，也可在野外现场作业。 2022-5-3019（3）喷涂层

6、的厚度可调范围大 涂层厚度可从几十微米到几毫米，表面光滑，加工量少。用特细粉末喷涂时，不加研磨即可使用。 2022-5-3020（4）工件受热程度可以控制除喷熔外，热喷涂是一种冷工艺.例如氧-乙炔焰喷涂、等离子喷涂或爆炸喷涂，工件受热程度均不超过250，工件不会发生畸变，不改变工件的金相组织。 2022-5-3021（5）生产率高 大多数工艺方法的生产率可达到每小时喷涂数千克喷涂材料，有些工艺方法可高达50kgh以上。 2022-5-3022 三、热喷涂预处理 是喷涂工艺中一个重要工序为了提高涂层与基体表面的结合强度，在喷涂前，对基体表面进行清洗、脱脂和表面粗糙化等预处理，是喷涂工艺中一个重要

7、工序。 2022-5-30231基体表面的清洗、脱脂（l）碱洗法。碱洗法是将基体表面放到氢氧化钠或碳酸钠等碱性溶液中，待基体表面的油脂溶解后，再用水冲洗干净。（2）溶液洗涤法。溶液洗涤法是采用挥发性溶液，如酒精、丙酮、汽油、三氯乙烯和过氯乙烷乙烯等，它们的主要作用是把基体表面的矿物油溶解掉，再加以清除。2022-5-3024（3）蒸气清洗法。蒸气清洗法是采用三氯乙烯蒸气进行清洗，尽管这种方法的清洗效果很好，但是对人体有一定的危害。2022-5-3025（4）对疏松表面的清洗、脱脂对疏松表面（如铸铁件）的清洗、脱脂是比较困难的。尽管油脂不在工件表面，但在喷涂时，由于基体表面的温度升高，疏松孔中的

8、油脂就会渗透到基体表面，对涂层与基体的结合极为不利。因此，对疏松基体表面，经过清洗、脱脂后，还需要将其表面加热到250左右，尽量将油脂渗透到表面，然后再加以清洗。 2022-5-30262基体表面氧化膜的处理 一般采用机械方法去除氧化膜：如切削加工方法和人工除锈法，也可以采用硫酸或盐酸进行酸洗。 2022-5-30273基体表面的粗化处理 是提高涂层与基体表面机械结合强度的一个重要措施。喷涂前4h8h内必须对工件表面进行粗糙化处理。常用的表面粗化处理方法如下： 1）喷砂法 喷砂是最常用的粗糙化工艺方法。砂粒有冷硬铁砂、氧化铝砂、碳化硅砂等多种，可根据工件表面的硬度选择使用。 2022-5-30

9、28（2）机械加工法对轴、套类零件表面的粗化处理，可采用挑扣、开槽、滚花等简便切削加工方法，这样它可限制涂层的收缩应力，增加涂层与基体表面的接触面积，提高涂层与基体以及涂层间的结合强度。 对涂层结合力要求不高的轴类工件，可在要求修复的区域内进行车螺纹和滚压处理，形成粗糙表面，一般为每厘米10条纹左右。需高结合力时，则可车20条左右。车削形状为阶梯状，阶梯的尖角最好加工成圆角，喷涂后不易产生缺陷。 2022-5-3029（3）化学腐蚀法基体表面进行化学腐蚀，由于晶粒上各个晶面的腐蚀速度不同，可形成粗糙的表面。 2022-5-3030（4）电弧法（又称电火花拉毛法）是将直径比较细的镍（或铝）丝作为

10、电极，在电弧作用下，电极材料与基体表面局部熔合，产生粗糙的表面。这种方法适用于硬度比较高的基体表面，但不适用于比较薄的零件表面。 2022-5-30314基体表面的预热处理 涂层与基体表面的温度差会使涂层产生收缩应力，从而引起涂层开裂和剥落。基体表面的预热可降低和防止上述不利影响。但预热温度不宜过高，以免引起基体表面氧化而影响涂层与基体表面的结合强度。一般基体表面的预热温度在200300之间2022-5-30325非喷涂表面的保护 在喷砂和喷涂前，必须对基体的非喷涂表面进行保护，其保护方法可根据非喷涂表面的形状和特点，设计一些简易的保护罩。保护罩材料可采用薄铜皮或铁皮。对基体表面上的键槽和小孔

11、等不允许外物进入的部位，喷砂前可以用金属、橡胶或石棉绳等堵塞，喷砂后换上炭素物或石棉等，以防止熔融的热喷涂材料进入。 2022-5-3033四、热喷涂材料 （一）热喷涂线材 （1）碳钢及低合金钢丝最常用的是 优质碳素结构钢丝和碳素工具钢丝。一般采用电弧喷涂，用于喷涂曲轴、柱塞、机床导轨等常温工作的机械零件滑动表面耐磨涂层及磨损部位的修复。 2022-5-3034(2) 不锈钢丝1Cr13、2Cr13、3Cr13等马氏体不锈钢丝主要用于强度和硬度较高、耐蚀性要求不太高的场合，其涂层不易开裂。1Cr17在氧化性酸类、多数有机酸、有机酸盐水溶液中有良好的耐蚀性。1Cr18Ni9Ti等奥氏体不锈钢丝有