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'热喷涂 5.1概述热喷涂技术以其方法的多样性、涂层种类的广泛性和良好的经济性在机械制造和设备维修中有广阔的应用前景。 是使用某种方式的热源，使喷涂材料加热至熔融或半熔融状态，用高压气流将其雾化，并以一定速度喷射到经过预处理的零件表面，从而形成涂层的表面加工技术。热喷涂热喷涂的发展种类与特点 1）定义：热喷涂是利用一种热源将喷涂材料加热至熔融状态，并通过气流吹动使其雾化高速喷射到零件表面，以形成喷涂层的表面加工技术。2）特点：喷涂层与基体之间，以及喷涂层中颗粒之间主要是通过镶嵌，咬合、填塞这种机械形式连接，其次是微区冶金结合以及化学键结合。在自熔性合金粉末，尤其是放热性自粘结复合粉末问世以后，出现了喷涂层与基体之间以及喷涂层颗粒之间的微区冶金结合的组织，使结合强度明显提高。喷涂材料需要热源加热和喷涂层与零件基材之间主要是机械结合，这是热喷涂技术最基本的特征。 热喷涂的分类，应以热源形式为主，在此基础上必要时可再冠以喷涂材料的形态（粉材、丝材、棒材）、材料的性质（金属、非金属）、能量级别（高能、高速）、喷涂环境（大气、真空、负压）等。热喷涂可简明分为四大类，火焰喷涂、电弧喷涂、等离子喷涂和特种喷涂。 热喷涂的主要应用特性与其他表面工程技术相比，热喷涂在实用性方面有以下方面的特点：（1）热喷涂的种类：热喷涂细分有十几种，根据工件的要求在应用时有较大的选择余地。（2）涂层的功能多：适用于热喷涂的材料有金属及其合金、陶瓷、塑料及它们的复合材料。（3）使用热喷涂的零件范围宽。（4）设备简单、生产率高。（5）操作环境较差，需加以防护。 热喷涂的一般原理喷涂材料在热源中被加热的过程和颗粒与基体表面结合的过程是热喷涂制备涂层的关键环节。尽管热喷涂的具体方法很多，且各具特点，但无论哪种方法，其喷涂过程、涂层形成原理和涂层结构基本相同。从喷涂材料进入热源到形成涂层，喷涂过程一般经历四个阶段：（1）喷涂材料的加热、熔化：对于线材，当端部进入热源高温区域时，全部被加热熔化；对于粉末，进入热源高温区域，在行进的过程中被加热熔化或软化。（2）熔化的喷涂材料被雾化：现材端部熔化形成的熔滴在外加压缩气流或热源自身射流的作用下脱离线材并成微小熔滴向前喷射，粉末一般不存在熔粒破碎和雾化的过程，而是被气流成热源射流推着向前喷射。 （3）熔融或软化的微细颗粒的喷射飞行：在飞行过程中，颗粒首先被加速形成粒子流，随着飞行距离增加，粒子运动速度逐渐减小。（4）粒子在基材表面发生碰撞、变形、凝固和堆集：当具有一定温度和速度的微细颗粒与基材表面接触时，颗粒与基体表面产生强烈的碰撞，颗粒的动能转化为热能并部分传递给基材，同时微细颗粒沿凹凸不平表面产生变形，变形的颗粒迅速冷凝并产生收缩，扁平状黏结在基材表面。喷涂的粒子束仍需不断地运动并冲击表面，产生碰撞-变形-冷凝收缩的过程，变形的颗粒与基材表面之间，以及颗粒与颗粒之间互相黏结在一起，从而形成涂层。 涂层形成过程示意图如下：冲击碰撞变形凝固-收缩图1涂层形成过程示意图 热喷涂原理示意图 涂层形成示意图 涂层的结构涂层结构示意图 涂层的形成过程表明，涂层是由无数变形粒子互相交错呈波浪式堆叠在一起而形成的层状组织结构。在喷涂过程中由于熔融的颗粒在熔化、软化、加速及飞行及基材表面接触过程中与周围截至发生了化学反应，使得喷涂材料经喷涂后会出现氧化物，而且，由于颗粒的陆续堆叠和部分颗粒的反弹散失，在颗粒之间不可避免地存在一部分孔隙式空洞。因此，喷涂层是由变形颗粒，气孔和氧化物所组成。 涂层的结合1）机械结合。撞成扁平状并随基材表面起伏的颗粒，由于凹凸不平的表面互相嵌合（即紧缩效应），形成机械的键而结合。2）冶金-化学结合，这是当涂层和基材表面出现扩散和微区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。3）物理结合。颗粒对基材表面的结合，是由范德华力或价键形成的结合。 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/(m/s)4001502001500温度值12000300050004000典型涂层孔隙率（％）1～1010～1510～151～2典型结合强度/MPa30～705～1010～2080～100优点孔隙率低，结合性好，多用途，基材温度低，污染低设备简单，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，对工件要预热只应用于导电喷涂材料，通常孔隙率较高成本高，效率低 5.3待喷涂表面的制备热喷涂的基本工艺流程图如图2所示工件表面制备表面净化表面预加工表面粗化预热喷涂底层喷涂工作层喷后处理机械加工封空图2热喷涂的基本工艺流程图 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。3）表面粗化表面粗化处理与清洗过程同样重要。工件表面经过粗化处理后，可以增大工件表面的活性和增大喷涂层的接触面积，在有些情况（如喷砂）还可以使工件产生表面压应力，有助于增强工件的抗疲劳性能。最常用的表面粗化方法是喷砂，喷砂材料有多角冷凝铸铁砂（适用于硬度为HRC50左右的工件表面）、刚玉砂（Al2O3、适用于硬度值为HRC40左右的工件表面）和石英砂（SiO2适用于硬度值为HRC30左右的工件表面）等。另一种表面粗化方法是机械加工粗化法，包括车螺纹，或磨削、滚花等。 4）预热1）机械加工：调整尺寸。2）封空：封闭涂层的空隙，提高表面性能。有时不需要封空。喷涂结合底层可以提高工作层与工件之间的结合强度。在工件较薄，喷砂时容易产生变形的情况下，特别适合于采用预先喷涂结合底层的办法。厚度0.05~0.10mm。提高表面结合强度。5）喷涂结合底层6）喷涂工作层7）喷涂后处理 5.5电弧喷涂技术电弧喷涂技术由于其设备、材料的发展与更新。使它成为目前热喷涂技术中最受重视的技术之一。5.5.1原理电弧喷涂是以电弧为热源，将金属丝熔化并用气流雾化，使熔融粒子高速喷到工件表面形成涂层的一种工艺。图4－4是电弧喷涂原理示意图。喷涂时，两根丝状金属喷涂材料用送丝装置通过送丝轮均匀、连续地分别送进电弧喷涂枪中的导电嘴内，导电嘴分别接电源的正极，负极，并保证两根丝之间在未接触之前的可靠绝缘，当两金属丝材端部由于送进而互相接触时，在端部之间短路并产生电弧，使丝材端部瞬间熔化，压缩空气把熔融金属雾化成微熔滴，以很高的速度喷射到工件表面，形成电弧喷涂层。 工件涂层送丝轮电弧送丝动力丝盘压缩空气直流电源30V电流300A电源图3电弧喷涂原理示意图 5.5.2电弧喷涂技术的特点1）应用电弧喷涂技术，可以在不提高工件温度、不使用贵重底层材料的情况下获得很高的结合强度，结合强度可达20Mpa。电弧喷涂层的结合强度是火焰喷涂层的2.5倍。2）电弧喷涂的高效率表现在单位时间内喷涂金属的重量大。电弧喷涂的生产效率正比于电弧电流。比火焰喷涂提高2～6倍。3）电弧喷涂的节能效果十分突出，能源利用率显著高于其他喷涂方法，而能源费用降低50％以上。除它的能源利用率很高外，加之电能的价格又远低于氧气和乙炔，其费用通常仅为火焰喷涂的1/10。4）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，安全性高。 5.5.3电弧喷涂材料1）锌及锌合金锌为银白色金属。在大气中或水中具有良好的耐腐蚀性，并对钢铁基材有电化学保护作用。而在酸、碱、盐中不耐腐蚀，当水中含有二氧化硫时，它的耐腐蚀性能很差。2）铝及铝合金铝用作防腐蚀喷涂层时，作用与锌相似。它与锌相比，比重轻，价格低廉，在含有二氧化硫的气体中耐腐蚀效果比较好。在铝及铝合金加入稀土不仅提高涂层的结合强度而且降低孔隙率。铝还可以用作耐热喷涂层。铝喷涂层已广泛用于贮水容器。硫磺气体包围中的钢铁构件、食品贮存器。燃烧室、船体、和闸门等。 3）铜及铜合金纯铜贮运爱用作电器开关和电子元件的导电喷涂层及人像、工艺品、水泥等建筑表面的装饰喷涂层。黄铜广泛应用于修复磨损及加工超差的零件，修补有铸造砂眼、气孔的黄铜件，也可以为装饰喷涂层使用。铝青铜涂层的结合强度高，抗海水腐蚀能力强，并具有很好的耐腐蚀疲劳和耐磨性。4）镍及镍合金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。 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。7）粉芯焊丝国内外已采用粉芯丝材作为电弧喷涂材料，我国已应用3Cr13、4Cr13、7Cr13等粉芯丝材做为耐磨喷涂材料，并且具有良好的抗高温稳定性。 热喷涂材料的分类按形状粉末材料棒材丝材带材复合型粉末非复合型粉末填充芯复合丝材拉拔复合丝材拉拔丝材按种类金属及合金其他塑料及有机物陶瓷金属陶瓷其他金属及合金铜基合金铁及合金钴基合金锌基合金镍基合金金属+石墨原子合金+玻璃合金+硼化物合金+氮化物合金+碳化物氧化物磷化物硼化物氮化物碳化物有机涂料金属塑料热塑型塑料热固型塑料其他非金属材料玻璃轴料2021/8/3SchoolofMaterialsandMetallurgy 电弧喷涂ArcWireSprayedHighChromiumHighCarbonIronCoatingArcWireSprayedNickelAluminiumAlloyCoating 长江三峡的挖泥船在施工中由于润滑系统缺油而导致第三连杆轴颈严重拉伤，被迫停机。该发动机属于大马力中速柴油机，要求曲轴轴颈修复层具有良好的耐磨性，较高的结合强度和硬度，并能承受低冲击负荷和有较高的抗疲劳性能。通过综合评估各种方案，采用电弧喷涂曲轴工艺。电弧喷涂实例--大功率发动机曲轴修复 表面预处理：表面预处理包括表面除油与表面粗化，首先将喷涂部位及周围表面的油彻底清洗干净，然后用特制的加长刀杆车刀，车去轴颈表面疲劳层0.25mm，最后再用60°螺纹刀在轴颈表面车出螺纹。电弧喷涂金属涂层：电弧喷涂涂层的构成：轴颈表面处理后的尺寸为Φ192mm要求的基本尺寸为195mm，所以应当喷涂至Φ199mm；轴材料牌号为KSPF55，相当于35号锻钢，因此，选用铝青铜喷涂底层，3Cr13作为喷涂尺寸层及工作层。丝材直径Φ3mm。电弧喷涂工艺参数：喷涂电压40V，喷涂铝青铜电流100A，喷涂3Cr13时电流400A，空气压力0.70Mpa，喷枪距工件表面约200～500mm。曲轴在C650车床上慢速转动，喷枪沿轴颈法线方向喷射，并沿轴线方向轻轻摆动。电弧喷涂曲轴修复 喷涂层的机械加工用专用车刀车削加工，留下0.8mm磨削余量，然后安装在曲轴磨床上磨至标准尺寸Φ195mm。喷涂质量检验经检验，轴颈表面涂层致密，无气孔，无砂眼，无起皮，表面粗糙度达Ra0.8μm（相当于光洁度▽8），现场喷涂的试片，用捶击法检验，无裂纹，无起皮，说明结合良好。作用效果与经济效益曲轴检验合格后装机试车，先空转24小时，然后加载运转，在运转10天、一个月、3个月时进行分解检验，喷涂层表面光洁、致密、无剥坑、无起皮、磨损甚微。该曲轴修好至今已正常工作三年，完好无损，该船现每天24小时连续工作，每小时挖泥720m3，已充分发挥了技术性能。购买新轴，订购价1400万日元（出厂价），加上运费，海关税等约需人民币120多万元，从订购到交货需三月以上，其停产损失更为可观，而用弧喷涂技术修理该轴，各种费用总合3.5万元，不足曲轴价格的3％。 5.6等离子弧喷涂等离子弧喷涂装置SchematicofPlasmaSprayingSystem 等离子弧喷涂PlasmaSprayProcess 等离子弧喷涂PlasmaSprayCoarse80/20NiCrPowderPlasmaSprayFine80/20NiCrPowder 火焰线材喷涂5.7火焰喷涂 火焰线材喷涂火焰线材喷涂实际工作情况火焰线材喷枪实图 火焰线材喷涂层CombustionWireSprayed13CrSteelCoatingCombustionWireSprayedMolybdenumCoatingCombustionWireSprayedNickelCoating2021/8/3SchoolofMaterialsandMetallurgy 粉末火焰喷涂粉末气体火焰喷涂装置SchematicofFlameSprayingSystem 粉末火焰喷涂PowderFlameSprayingandLVOF 热喷涂工艺参数的影响CombustionSprayCoarse80/20NiCrPowderCombustionSprayFine80/20NiCrPowder 高速氧焰喷涂高速氧焰喷涂装置SchematicofHighVelocityOxygenFuel(HVOF)SprayingSystem 高速氧焰喷涂HVOFPROCESS 高速氧焰喷涂HVOFSprayTungstenCarbide/17%CobaltCoatingHVOFsprayedChromiumCarbide/NickelChromiumCoatingonCastIronSubstrate 热喷涂的应用领域热喷涂的应用 热喷涂的应用领域热喷涂技术各工艺方法现状 热喷涂在汽车工业应用SchoolofMaterialsandMetallurgy 热喷涂在航空工业的应用Trent700forA330EJ200forEurofighter 航空发动机中采用热喷涂技术的零件示意剖面图2021/8/3SchoolofMaterialsandMetallurgy 热喷涂实例图1.飞机起落架喷涂图2.飞机发动机叶片高速燃气喷涂结合层图3.发动机壳体喷涂可磨耗涂层 电弧喷涂粒子雾化模型 观察下面的这幅画，注意画中的人物，看看守门员是怎样守门的，场外的观众是怎样观看足球比赛的，想象正在进行的小足球比赛的紧张、激烈，再把你看到的、想到的内容写下来。内容要具体，语句要通顺。写完后自己加上题目。 小守门员替补守门员观众要对画面全貌进行全面细致的观察，掌握画面结构。 观察时要看清画面的背景，重点观察其中的人或物。背景：在一处废弃的空地上从地上的书包及边上的观众可以推测是在放学以后发生的事画面中的重点人物也很明显：守门员是整个画面的核心，其次是小守门员身后的替补守门员及边上的观众。 出场人物守门员（穿什么？动作是什么？表情怎样？想什么？）候补队员（穿什么？什么动作？什么表情？想什么？）观众们 抓住画面的重点，围绕画面的中心人物、景物展开大胆、合理的想象。从图画上，我们透过小守门员的眼神、表情，可以推测在他的前方赛场上，正在进行着十分紧张激烈的比赛。所以，我们可以进行大胆的想象，想象到此时的比赛进展，想象到此时可能对方的队员正向小守门员这方进攻着…… 场上的球员开始飞奔起来，大家你追我抢，互不相让。瞧，球时而，时而，时而，时而。 紧扣画面的主题，结合画面中的人与人、人与物之间的联系展开丰富的联想。图画上，有一个非常特殊的观众——大个子叔叔，我们可以从他专注的神情，联想到他可能正在回忆自己儿时参加足球赛的经历呢。另外，从各个观众目光关注的角度可以联想到他们可能是比赛双方不同的拉拉队员…… （一）顺序式描写本次看图作文是属于场面描写的性质，可以按照场面描写的一般顺序，即按顺序介绍事情发生的时间、地点，起因及事情中主要人物，事情发生的经过、结果等。在介绍中，人物活动的描写作为重点，可以先介绍主要人物，再介绍次要人物。 首先用一段话介绍事情发生的时间、地点，起因。然后具体介绍事情中主要人物，事情发生的经过、结果。从那位头发金黄的守门员写起，接着写站在他身后的小男孩，再写过往的行人都被这场紧张的球赛吸引了，纷纷停下脚，坐在长凳上观看比赛。其中有那个带着弟弟的小男孩，有和 守门员一样有着金黄色头发的小男孩，有站在他身后的，头上系着深红色蝴蝶结的小女孩儿，有戴红色帽子的小女孩，还有一位抱着洋娃娃的女孩，一个穿着绿衣服的小男孩，最后是那个看得最认真的大个子叔叔了。 （二）变序式描写有时为了达到意想不到的表达效果，我们可以打破叙述的常规，采取变叙式描写的方法。即不按照常规的思路，而是首先将画面中最突出的人物拿出来，在文章的一开头就进行生动形象的描述，给读者制造一定的悬念，让其带着浓厚的阅读兴趣读文章，这样的效果一定很好。 如：在麦田尽头的大树下，有一个小男孩，他肤色微棕，上身穿着一件黑色白领的短袖衫，下着一条青绿色裤子，右腿膝盖上有一处擦伤口，用白纱布包着。只见他半蹲着，身子微微向前倾。双腿叉着，目光炯炯有神，望着前方，似乎在严阵以待什么……接下来再介绍画面中的其他人物及周围的环境、所发生的事情。 写作提纲：（1）开头：时间、地点、人物、事物。（略写）（2）比赛经过：①整体热烈的比赛场面（详写）②几个人物在比赛场面中的具体表现（详写）③结果（略写）（3）结束（略写）：主要是写自己的感想（体会） 精彩的足球赛一个阳光明媚的下午，一群男孩子们高高兴兴地走到这片空地，把书包和帽子一丢，堆成两堆，做成了简易的球门。激烈的球赛开始了。那位头发金黄的守门员，脸因紧张和高兴涨成了红色，虽然昨天膝盖被擦破了，但他毫不在意。只 见他把双手放在膝盖上，半蹲着身子，聚精会神地盯着足球，跃跃欲试。站在他身后的小男孩，穿着红色的运动服，挺着肚子，有些不服气，昨天大哥哥的腿摔破时，还是他踢进了一球，取得胜利呢。他想到这，有些洋洋得意。过往的行人都被这场紧张的球赛吸引了。纷纷停下脚，坐在长凳 上。不知谁家的小狗也来了，它可对足球不感兴趣，现在正无所事事地在草地上打呼噜。你瞧，那个带着弟弟的小男孩，目光紧紧地锁在黄队，坐着一动不动，生怕黄队输了。和守门员一样有着金黄色头发的小男孩，伸长了脖子，口中轻声喃喃自语：“加油！踢！好！”站在他身后头上系着深 红色蝴蝶结的小女孩儿，索性站起来，只见她双手叉腰，眉头紧皱，好像有什么不顺心。戴红色帽子的小女孩，弯着腰，伸头向右望去，她涨红了脸，虽说她没有上“战场”，但她的心跳自己清清楚楚能听见。一位抱着洋娃娃的女孩，一直微笑着，眼睛却忙碌极了，一直盯着球，看球究竟在 哪队里。那个穿着绿衣服的小男孩，也许是第一次看见这种场面吧。他的小手在计算胜负，一边轻轻摇手，一边说：“真精彩，太不可思议了。”看得最认真的算是那位大个子叔叔了，他面带笑容，看得津津有味。孩子们踢得太精彩了，引起了他小时候踢球的美好回忆…… 小足球赛一间普通民房的右面，有一块空地。这块空地的确是踢足球的好地方，放学后，小朋友们又来到这块空地上踢足球。孩子们放下书包，把两个书包相隔两米放着，当作门柱。这场比赛开始了，双方球员在那里拼抢，比赛十分激烈，瞧，那球在场上飞 来飞去，时而被人控制在脚下，时而被踢飞到场外，时而被凌空射起……小弟弟和小妹妹都被吸引过来了，路过的大叔叔也被这激烈的比赛吸引住了，“足球场”边有一排椅子，观众们就在那里坐下。看那光头的小守门员，手戴着皮套，双脚分开站着，身体微微向前倾。他的双手放在膝盖上，眼睛 全神贯注地望着前方，即使右膝上有伤也毫不在意，他的脑海中只有一个念头：那就是绝不能让对方进球！光头的小守门员后面是一个腆着大肚子的候补守门员，只见他穿着红衣服和红裤子，叉着腰，心里肯定想着：快轮到我上场呀，我要显一显我的威风，扑住几个险球。比赛越来越白热化，就在这时 候，一个人带着一只漂亮的小白狗也过来欣赏这场激烈的足球赛，可能是因为遮住了旁边的小弟弟，那小弟弟索性站起来观看，而他的举动又挡住了他后面的那个系着蝴蝶结的小女孩，那小女孩也学他一样站着观看。搂住那小弟弟的大哥哥应该是个小球迷，因为来迟了，所以非常专注地关注局势的发展情况。 这时，那大叔叔脸上露出了轻松的表情，可能是因为他支持的队伍度过了难关。他旁边的小男孩却非常紧张地注视着局势的变化，那戴着黑帽子的小女孩抱着一个洋娃娃，好像对球赛没有一点儿兴趣，只是陪别人观看而已。那小白狗却好像讨厌球赛似的，在一旁睡着了。精彩的球赛还在进行着…… '