熱噴涂分類辦法

　　作為新式的有用工程技能尚無標準的分類辦法，一般依照熱源的品種，噴涂資料的形狀及涂層的功用來分。如按涂層的功用分為耐腐，耐磨，隔熱等涂層，按加熱和結合辦法可分為噴涂和噴熔：前者是機體不熔化，涂層與基體構成機械結合;后者則是涂層再加熱重熔，涂層與基體互溶并分散構成冶金結合。

　　往常接觸較多的一種分類辦法是依照加熱噴涂資料的熱源品種來分的，按此可分為：

　　①火焰類，包含火焰噴涂、爆破噴涂、超音速噴涂;

　　②電弧類，包含電弧噴涂和等離子噴涂;

　　③電熱法，包含電爆噴涂、感應加熱噴涂和電容放電噴涂;

　　④激光類：激光噴涂。

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　　火焰類噴涂

　　1、火焰噴涂

　　火焰噴涂包含線材火焰噴涂和粉末火焰噴涂。

　　線材火焰噴涂法：是最早創造的噴涂法。它是把金屬線以必定的速度送進噴槍里，使端部在高溫火焰中熔化，隨即用緊縮空氣把其霧化并吹走，堆積在預處理過的工件外表上。

　　噴涂源為噴嘴，金屬絲穿過噴嘴中心，經過環繞噴嘴和氣罩構成的環形火焰中，金屬絲的******連續地被加熱到其熔點。然后，由經過氣罩的緊縮空氣將其霧化成噴發粒子，依托空氣流加快噴發到基體上，然后熔融的粒子冷卻到塑性或半熔化狀況，也發作必定程度的氧化。粒子與基體碰擊時變平并粘結到基體外表上，隨后而來的與基體碰擊的粒子也變平并粘結到從前已粘結到基體的粒子上，然后堆積成涂層。

　　絲材的傳送靠噴槍中空氣渦輪或電動馬達旋轉，其轉速可以調理，以操控送絲速度。選用空氣渦輪的噴槍，送絲速度的微調比較困難，并且其速度受緊縮空氣的影響而難以安穩，但噴槍的質量輕，適用于手工操作;選用電動馬達傳送絲材的噴涂設備，盡管送絲速度簡略調理，也能堅持安穩，噴涂自動化程度高，但噴槍粗笨，只適用于機械噴涂。在絲材火焰噴槍中，燃氣火焰首要用于線材的熔化，適宜于噴涂的金屬絲直徑一般為1.8～4.8mm。但有時直徑較大的棒材，乃至一些帶材亦可噴涂，不過此時須配以特定的噴槍。

　　粉末火焰噴涂法：它與絲材火焰噴涂的不同之處是噴涂資料不是絲材而是粉末。

　　在火焰噴涂中一般運用乙炔和氧組合焚燒而提供熱量，也可以用甲基乙炔，丙二烯(MPS)，丙烷，氫氣或天然氣。火焰噴涂可噴涂金屬，陶瓷，塑料等資料，運用十分靈敏，噴涂設備簡便簡略，可移動，價格低于其他噴涂設備，經濟型好，是噴涂技能中運用較廣泛的一種辦法。可是，火焰噴涂也存在顯著的缺乏。如噴出的顆粒速度較小，火焰溫度較低，涂層的粘結強度及涂層自身的歸納強度都比較低，且比其他辦法得到的氣孔率都。此外，火焰中心為氧化氣氛，所以對高熔點資料和易氧化資料，運用時應留意。為了改進火焰噴涂的缺乏，進步結合強度及涂層密度，可選用將緊縮空氣或氣流加快設備來進步顆粒速度;也可以選用將緊縮氣流由空氣改為惰性氣體的辦法來下降氧化程度，但這一起也進步了本錢。

　　2、爆破噴涂

　　爆破噴涂：運用氧氣和乙炔氣焚燒焚燒，構成氣體脹大而發作爆破，釋放出熱能和沖擊波，熱能使噴涂粉末熔化，沖擊波則使熔融粉末以700～800m/s的速度噴發到工件外表上構成涂層。圖5為爆破噴槍示意圖。

　　圖5 爆破噴涂原理圖

　　爆破涂層構成的基本特征，一般以為依然是高速熔融粒子磕碰基體的結果。爆破噴涂的******特色是粒子飛行速度高，動能大，所以爆破噴涂涂層具有：①涂層和基體的結合強度高，②涂層致密，氣孔率很低，③涂層外表加工后粗糙度低，④工件外表溫度低。爆破噴涂可噴涂金屬，金屬陶瓷及陶瓷資料，可是由于該設備價格高，噪音大，屬氧化性氣氛等原因，國內外運用還不廣泛。世界上運用最成功的爆破噴涂是美國聯合碳化物公司林德分公司1955年取得的專利，其設備及工藝參數依然保密。我國于1985年左右，由我國航天工業部航空資料研討所研制成功爆破噴涂設備,就Co/WC涂層功能來看，噴涂功能與美國聯合碳化物公司的水平挨近。

　　在爆破噴涂中，當乙炔含量為45%時，氧-乙炔混合氣可發作3140℃的自在焚燒溫度，但在爆破條件下或許超出4200℃，所以絕大多數粉末可以熔化。粉末在高速槍中被輸運的長度遠大于等離子槍，這也是其粒子速度高的原因。

　　3、超音速噴涂

　　為了與美國碳化物公司的爆破噴涂反抗，上世紀60年代初期，美國人J.Browning創造了超音速火焰噴涂技能，稱之為"Jet-Kote",并于1983年取得美國專利。近些年來，國外超音速火焰噴涂技能開展迅速，許多新式設備呈現，在不少范疇正在替代傳統的等離子噴涂。在國內，武漢資料維護研討所,北京鋼鐵研討總院，北京鈦得新工藝資料有限公司等也在進行這方面研討，并生產出有自己特征的超音速噴涂設備。

　　燃料航空煤油與助燃劑(O2)以必定的份額導入焚燒室內混合，爆破式焚燒，因焚燒發作的高溫氣體以高速經過脹大管取得超音速。一起通入送粉氣(Ar或N2)，定量沿焚燒頭內碳化鎢中心套管送入高溫燃氣中，一起射出噴涂于工件上構成涂層。

　　在噴涂機噴嘴出口處發作的焰流速度一般為音速的4倍，即約1520m/s，******可高達2400m/s(詳細與焚燒氣體品種，混合份額，流量，粉末質量和粉末流量等有關)。粉末碰擊到工件外表的速度估量為550-760m/s，與爆破噴涂恰當。Jet-Kote法之所以能有這么高的速度，關鍵在于按流體力學的原理合理規劃制作了一個噴嘴，稱之為Laval管的脹大管。

　　只需管子規劃合理，則流體在速度低時，只需經過滿意緊縮，即可在管器某一截面(如AB)到達聲速，過了這一截面后，將取得超音速。

　　超音速噴涂法具有如下的特色：

　　①粉粒溫度較低，氧比較輕(這首要是由于粉末顆粒在高溫中逗留時間短，在空氣中露出時間短的原因，所以涂層中含氧化物量較低，化學成分和相的組成具有較強的安穩性)，但只適于噴涂金屬粉末、Co-Wc粉末以及低熔點TiO2陶瓷粉末;

　　②粉粒運動速度高。

　　③粉粒尺寸小(10～53>;μm)、散布規模窄，不然不能熔化。

　　④涂層結合強度、致密度高，無分層現象。

　　⑤涂層外表粗糙度低。

　　⑥噴涂間隔可在較大規模內變化，而不影響噴涂質量。

　　⑦可得到比爆破噴涂更厚的涂層，剩余應力也得到改進。

　　⑧噴涂功率高，操作便利。

　　⑨噪音大(大于120dB)，需有隔音和防護設備。

　　電弧類噴涂

　　1、電弧噴涂：

　　電弧噴涂：在兩根焊絲狀的金屬資料之間發作電弧，因電弧發作的熱使金屬焊絲逐漸熔化，熔化部分被緊縮空氣氣流噴向基體外表而構成涂層。電弧噴涂按電弧電源可分為直流電弧噴涂和溝通電弧噴涂。直流：操作安穩，涂層安排致密，功率高。溝通：噪音大。電弧發作的溫度與電弧氣體介質、電極資料品種及電流有關(如Fe料，電流280安，電弧溫度為6100K)。但一般來說，電弧噴涂比火焰噴涂粉末粒子含熱量更大一些，粒子飛行速度也較快，因而，熔融粒子打到基體上時，構成部分微冶金結合的或許性要大的多。所以，涂層與基體結合強度較火焰噴涂高1.5～2.0倍，噴涂功率也較高。電弧噴涂還可便利地制作合金涂層或“偽合金”涂層。經過運用兩根不同成分的絲材和運用不同進給速度，即可得到不同的合金成分。電弧噴涂與火焰噴涂設備類似，相同具有本錢低，一次性出資少，運用也便利等優點。可是，電弧噴涂的顯著缺乏，噴涂資料有必要是導電的焊絲，因而只能運用金屬，而不能運用陶瓷，限制了電弧噴涂的運用規模。近些年來，為了進一步進步電弧噴涂涂層的功能，國外對設備和工藝進行了較大的改進，發布了不少專利。例如，將甲烷等加入到緊縮空氣中作為霧化氣體，以下降涂層的含氧量。日本還將傳統的圓形絲材改成方形，以改進噴涂速率，進步了涂層的結合強度。

　　2、等離子噴涂：

　　等離子噴涂：包含大氣等離子噴涂，維護氣氛等離子噴涂，真空等離子噴涂和水穩等離子噴涂。等粒子噴涂技能是繼火焰噴涂之后大力開展起來的一種新式多用途的精細噴涂辦法，它具有：

　　①超高溫特性，便于進行高熔點資料的噴涂。

　　②噴發粒子的速度高，涂層致密，粘結強度高。

　　③由于運用惰性氣體作為作業氣體，所以噴涂資料不易氧化。

　　等離子的構成(以N2為例)

　　氣體電離后，在空間不僅有原子，還有正離子和自在電子，這種狀況就叫等離子體。

　　等離子體可分為三大類：

　　①高溫高壓等離子體，電離度100%，溫度可達幾億度，用于核聚變的研討;

　　②低溫低壓等離子體，電離度缺乏1%，溫度僅為50～250度;

　　③高溫低壓等離子體，約有1%以上的氣體被電離，具有幾萬度的溫度。離子、自在電子、未電離的原子的動能挨近于熱平衡。熱噴涂所運用的正是這類等離子體。

　　噴涂原理

　　等粒子噴涂是運用等離子弧進行的，離子弧是緊縮電弧，與自在電弧項比較，其弧柱細，電流密度大，氣體電離度高，因而具有溫度高，能量集中，弧安穩性好等特色。

　　按接電辦法不同，等離子弧有三種方式：

　　①非搬運弧：指在陰極和噴嘴之間所發作的等離子弧。這種狀況正極接在噴嘴上，工件不帶電，在陰極和噴嘴的內壁之間發作電弧，作業氣體經過陰極和噴嘴之間的電弧而被加熱，構成悉數或部分電離，然后由噴嘴噴出構成等離子火焰(或叫等離子射流)。等粒子噴涂選用的就是這類等離子弧。

　　②搬運弧：電弧脫離噴槍搬運到被加工零件上的等離子弧。這種狀況噴嘴不接電源，工件接正極，電弧飛越噴槍的陰極和陽極(工件)之間，作業氣體環繞著電弧送入，然后從噴嘴噴出。等離子切開，等離子弧焊接，等離子弧冶煉運用的是這類等離子弧。

　　③聯合弧：非搬運弧點燃搬運弧并加熱金屬粉末，搬運弧加熱工件使其外表發作熔池。這種狀況噴嘴，工件均接在正極。等離子噴焊選用這種等離子弧。

　　進行等粒子噴涂時，首先在陰極和陽極(噴嘴)之間發作一直流電弧，該電弧把導入的作業氣體加熱電離成高溫等離子體，并從噴嘴噴出，構成等離子焰，等離子焰的溫度很高，其中心溫度可達30000°k，噴嘴出口的溫度可達; 15000～20000°k。焰流速度在噴嘴出口處可達1000～2000m/s，但迅衰減。粉末由送粉氣送入火焰中被熔化，并由焰流加快得到高于150m/s的速度，噴發到基體資料上構成膜。

　　等粒子噴涂設備：等離子噴涂設備首要包含：

　　①噴槍：實際上是一個非搬運弧等離子發作器，是最關鍵的部件，其上集中了整個體系的電，氣，粉，水等。

　　②電源：用以供應噴槍直流電。一般為全波硅整流設備。

　　③送粉器：用來儲存噴涂粉末并按工藝要求向噴槍輸送粉末的設備。

　　④熱交換器：首要用以使噴槍取得有用的冷卻，到達使噴嘴延壽的意圖。

　　⑤供氣體系：包含作業氣和送粉氣的供應體系。

　　⑥操控框：用于對水，電、氣、粉的調理和操控。

　　等粒子噴涂工藝

　　在等粒子噴涂進程中，影響涂層質量的工藝參數很多，首要有：

　　①等離子氣體：氣體的挑選準則首要依據是可用性和經濟性，N2氣廉價，且離子焰熱焓高，傳熱快，利于粉末的加熱和熔化，但關于易發作氮化反響的粉末或基體則不可選用。Ar氣電離電位較低，等離子弧安穩且易于點燃，弧焰較短，適于小件或薄件的噴涂，此外Ar氣還有很好的維護效果，但Ar氣的熱焓低，價格昂貴。氣體流量巨細直接影響等離子焰流的熱焓和流速，然后影響噴涂功率，涂層氣孔率和結合力等。流量過高，則氣領會從等離子射流中帶走有用的熱，并使噴涂粒子的速度升高，減少了噴涂粒子在等離子火焰中的“停留”時間，導致粒子達不到變形所必要的半熔化或塑性狀況，結果是涂層粘接強度、密度和硬度都較差，堆積速率也會明顯下降;相反，則會使電弧電壓值不恰當，并大大下降噴發粒子的速度。極點狀況下，會引起噴涂資料過熱，構成噴涂資料過度熔化或汽化，引起熔融的粉末粒子在噴嘴或粉末噴口聚集，然后以較大球狀堆積到涂層中，構成大的空穴。

　　②電弧的功率：電弧功率太高，電弧溫度升高，更多的氣體將改變成為等離子體，在大功率、低作業氣體流量的狀況下，幾乎悉數作業氣體都改變為活性等粒子流，等粒子火焰溫度也很高，這或許使一些噴涂資料氣化并引起涂層成分改變，噴涂資料的蒸汽在基體與涂層之間或涂層的疊層之間凝集引起粘接不良。此外還或許使噴嘴和電極燒蝕。而電弧功率太低，則得到部分離子氣體和溫度較低的等離子火焰，又會引起粒子加熱缺乏，涂層的粘結強度，硬度和堆積功率較低。

　　③供粉：供粉速度有必要與輸入功率相適應，過大，會呈現生粉(未熔化)，導致噴涂功率下降;過低，粉末氧化嚴峻，并構成基體過熱。送料方位也會影響涂層結構和噴涂功率，一般來說，粉末有必要送至焰心才能使粉末取得******的加熱和******的速度。

　　④噴涂間隔和噴涂角：噴槍到工件的間隔影響噴涂粒子和基體碰擊時的速度和溫度，涂層的特征和噴涂資料對噴涂間隔很靈敏。噴涂間隔過大，粉粒的溫度和速度均將下降，結合力、氣孔、噴涂功率都會顯著下降;過小，會使基體溫升過高，基體和涂層氧化，影響涂層的結合。在機體溫升答應的狀況下，噴距恰當小些為好。

　　噴涂角：指的是焰流軸線與被噴涂工件外表之間的視點。該角小于45度時，由于“暗影效應”的影響，涂層結構會惡化構成空穴，導致涂層疏松。

　　⑤噴槍與工件的相對運動速度：噴槍的移動速度應確保涂層平整，不出線噴涂脊背的痕跡。也就是說，每個行程的寬度之間應充沛搭疊，在滿意上述要求前提下，噴涂操作時，一般選用較高的噴槍移動速度，這樣可防止發作部分熱門和外表氧化。

　　⑥基體溫度操控：較抱負的噴涂工件是在噴涂前把工件預熱到噴涂進程要到達的溫度，然后在噴涂進程中對工件選用噴氣冷卻的辦法，使其堅持本來的溫度。在等離子噴涂的基礎上又開展了幾種新的等離子噴涂技能，如：

　　3、真空等離子噴涂(又名低壓等離子噴涂)

　　真空等離子噴涂是在氣氛可控的，4～40Kpa的密封室內進行噴涂的技能。由于作業氣體等離子化后，是在低壓氣氛中邊脹大體積邊噴出的，所以噴流速度是超音速的，并且十分適合于對氧化高度靈敏的資料。

　　4、水穩等離子噴涂

　　前面說的等離子噴涂的作業介質都是氣體，而這種辦法的作業介質不是氣而是水，它是一種高功率或高速等離子噴涂的辦法，其作業原理是：噴槍內通入高壓水流，并在槍筒內壁構成渦流，這時，在槍體后部的陰極和槍體前部的旋轉陽極間發作直流電弧，使槍筒內壁外表的一部分蒸騰、分解，變成等離子態，發作連續的等離子弧。由于旋轉渦流水的聚束效果，其能量密度進步，焚燒安穩，因而，可噴涂高熔點資料，特別是氧化物陶瓷，噴涂功率十分高。

　　電熱法

　　1、電爆噴涂：在線材兩頭通以瞬間大電流，使線材熔化并發作爆破。此法專用來噴涂氣缸等內外表。

　　2、感應加熱噴涂：選用高頻渦流把線材加熱，然后用高壓氣體霧化并加快的噴涂辦法。

　　3、電容放電加熱：運用電容放電把線材加熱，然后用高壓氣體霧化并加快的噴涂辦法。

　　激光法

　　把高密度能量的激光束朝著挨近于零件的基體外表的方向直射，基體一起被一個輔佐的激光加熱器加熱，這時，纖細的粉末以傾斜的視點被吹送到激光束中。圖11 激光噴涂

　　熔化粘結到基體外表，構成了一層薄的外表涂層，與基體之間構成良好的結合(噴涂環境可挑選大氣氣氛或惰性氣體氣氛，或真空下進行)