材料表面工程-第二講

1、材料表面工程材料表面工程主講教師：呂主講教師：呂 祥祥 鴻鴻西安石油大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院西安石油大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院1l 一、熱擴(kuò)滲一、熱擴(kuò)滲l 二、熱噴涂二、熱噴涂l 三、熱噴焊和堆焊三、熱噴焊和堆焊目目 錄錄一、熱擴(kuò)滲一、熱擴(kuò)滲1. 熱擴(kuò)滲概述及分類熱擴(kuò)滲概述及分類 2. 熱擴(kuò)滲原理熱擴(kuò)滲原理 3. 熱擴(kuò)滲工藝熱擴(kuò)滲工藝 3 1.熱擴(kuò)滲概述及分類熱擴(kuò)滲概述及分類v定義定義-通過(guò)加熱擴(kuò)散把一通過(guò)加熱擴(kuò)散把一(或幾或幾)種元素滲入金屬表面，形成擴(kuò)散合種元素滲入金屬表面，形成擴(kuò)散合金層的工藝。金層的工藝。 所形成的合金層叫做叫做熱擴(kuò)滲層所形成的合金層叫做叫做熱擴(kuò)滲層(簡(jiǎn)稱滲層簡(jiǎn)稱滲層)。 選

2、擇不同熱擴(kuò)滲材料選擇不同熱擴(kuò)滲材料(基體和滲劑基體和滲劑)，可改變滲入元素，得到組織性能，可改變滲入元素，得到組織性能不同的表面不同的表面(如耐蝕、耐磨、耐氧化等如耐蝕、耐磨、耐氧化等)。v滲層特點(diǎn)滲層特點(diǎn)-滲層與基體金屬間形成合金，即滲層與基體金屬間形成合金，即冶金結(jié)合冶金結(jié)合。結(jié)合非常牢。結(jié)合非常牢固，滲層不易脫落。固，滲層不易脫落。一、熱擴(kuò)滲一、熱擴(kuò)滲4v形成滲層基本條件形成滲層基本條件F滲入元素與基體金屬能夠形成固溶體或金屬化合物滲入元素與基體金屬能夠形成固溶體或金屬化合物;F滲入元素與基體金屬有直接接觸滲入元素與基體金屬有直接接觸;F滲入元素在基體金屬中有一定的滲入速度滲入元素在基體

3、金屬中有一定的滲入速度;F對(duì)于由化學(xué)反應(yīng)提供活性原子的，該反應(yīng)必須滿足熱力學(xué)條件：對(duì)于由化學(xué)反應(yīng)提供活性原子的，該反應(yīng)必須滿足熱力學(xué)條件：反應(yīng)進(jìn)行，平衡常數(shù)反應(yīng)進(jìn)行，平衡常數(shù)1%。一、熱擴(kuò)滲一、熱擴(kuò)滲5v滲層形成機(jī)理滲層形成機(jī)理F產(chǎn)生產(chǎn)生滲劑元素的滲劑元素的活性原子活性原子;F活性原子活性原子吸附吸附于基體表面，并被表面于基體表面，并被表面吸收吸收形成固溶體或金屬間化合物形成固溶體或金屬間化合物;F滲劑元素原子向內(nèi)部滲劑元素原子向內(nèi)部擴(kuò)散擴(kuò)散，基體原子向滲層，基體原子向滲層擴(kuò)散擴(kuò)散，滲層增長(zhǎng)。，滲層增長(zhǎng)。v 熱擴(kuò)滲過(guò)程中擴(kuò)散機(jī)理熱擴(kuò)滲過(guò)程中擴(kuò)散機(jī)理 間隙式擴(kuò)散機(jī)理間隙式擴(kuò)散機(jī)理 置換式擴(kuò)散機(jī)理

4、置換式擴(kuò)散機(jī)理 空位式擴(kuò)散機(jī)理空位式擴(kuò)散機(jī)理金屬元素金屬元素非金屬元素非金屬元素一、熱擴(kuò)滲一、熱擴(kuò)滲6v熱擴(kuò)滲影響因素?zé)釘U(kuò)滲影響因素?zé)釘U(kuò)滲初始階段熱擴(kuò)滲初始階段:溶入原子的擴(kuò)滲速度受產(chǎn)生滲劑活性原子的溶入原子的擴(kuò)滲速度受產(chǎn)生滲劑活性原子的反應(yīng)速度反應(yīng)速度控制；控制；而當(dāng)滲層達(dá)到一定厚度時(shí)，擴(kuò)滲速度取決于而當(dāng)滲層達(dá)到一定厚度時(shí)，擴(kuò)滲速度取決于擴(kuò)散速度擴(kuò)散速度。 影響化學(xué)影響化學(xué)反應(yīng)速度反應(yīng)速度的因素的因素:反應(yīng)物濃度，反應(yīng)溫度，活化劑反應(yīng)物濃度，反應(yīng)溫度，活化劑(催化劑催化劑);(如鋼中滲如鋼中滲CrCr時(shí)，滲劑中往往加入少量活性劑時(shí)，滲劑中往往加入少量活性劑NHNH4 4ClCl，分解出的，分

5、解出的HClHCl氣還原鋼表面氣還原鋼表面氧化膜，使表面活化，加速擴(kuò)滲過(guò)程。氧化膜，使表面活化，加速擴(kuò)滲過(guò)程。) )影響影響擴(kuò)擴(kuò)散速度散速度的因素的因素:熱擴(kuò)滲溫度和時(shí)間，基體內(nèi)部晶體缺陷。熱擴(kuò)滲溫度和時(shí)間，基體內(nèi)部晶體缺陷。一、熱擴(kuò)滲一、熱擴(kuò)滲7v滲層組織特征滲層組織特征F形形成連續(xù)固溶體的擴(kuò)散成連續(xù)固溶體的擴(kuò)散純擴(kuò)散純擴(kuò)散；F伴隨新相產(chǎn)生的擴(kuò)散伴隨新相產(chǎn)生的擴(kuò)散反應(yīng)擴(kuò)散反應(yīng)擴(kuò)散；F二元合金滲層一般不會(huì)出現(xiàn)兩相共二元合金滲層一般不會(huì)出現(xiàn)兩相共存區(qū)存區(qū)。一、熱擴(kuò)滲一、熱擴(kuò)滲8v熱擴(kuò)滲工藝分類熱擴(kuò)滲工藝分類按溫度分為按溫度分為:F高溫?zé)釘U(kuò)滲高溫?zé)釘U(kuò)滲910滲速快，滲層厚，工件變形大，整個(gè)基體發(fā)生

6、相變滲速快，滲層厚，工件變形大，整個(gè)基體發(fā)生相變;F中溫?zé)釘U(kuò)滲中溫?zé)釘U(kuò)滲720910 ;F低溫?zé)釘U(kuò)滲低溫?zé)釘U(kuò)滲720 滲層薄，但基體無(wú)相變，工件變形小，適于精密工件表面強(qiáng)化。滲層薄，但基體無(wú)相變，工件變形小，適于精密工件表面強(qiáng)化。按滲入元素化學(xué)成分特點(diǎn)分為按滲入元素化學(xué)成分特點(diǎn)分為:F非金屬元素?zé)釘U(kuò)滲非金屬元素?zé)釘U(kuò)滲滲碳，滲氮，等滲碳，滲氮，等;F金屬元素?zé)釘U(kuò)滲金屬元素?zé)釘U(kuò)滲滲鋁，滲鋅，等滲鋁，滲鋅，等;F金屬金屬-非金屬多元共滲非金屬多元共滲Ti+C，Al+Si 共滲，等。共滲，等。 按擴(kuò)滲時(shí)滲劑物質(zhì)狀態(tài)分為按擴(kuò)滲時(shí)滲劑物質(zhì)狀態(tài)分為:F氣體熱擴(kuò)滲氣體熱擴(kuò)滲;液體熱擴(kuò)滲液體熱擴(kuò)滲;固體熱擴(kuò)滲固

7、體熱擴(kuò)滲;復(fù)合熱擴(kuò)滲復(fù)合熱擴(kuò)滲;等離子體熱擴(kuò)滲等離子體熱擴(kuò)滲。一、熱擴(kuò)滲一、熱擴(kuò)滲9 2. 熱擴(kuò)滲原理熱擴(kuò)滲原理u（1）固滲法）固滲法(固體熱擴(kuò)滲固體熱擴(kuò)滲)v定義定義-把工件放入固體滲劑中把工件放入固體滲劑中(或用固體滲劑包裹工件或用固體滲劑包裹工件)加熱到一定溫度保加熱到一定溫度保溫一定時(shí)間，使工件表面滲入某種元素或多種元素。溫一定時(shí)間，使工件表面滲入某種元素或多種元素。v固滲法固滲法優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)-設(shè)備簡(jiǎn)單，操作容易，適用于形狀復(fù)雜的工件；設(shè)備簡(jiǎn)單，操作容易，適用于形狀復(fù)雜的工件；v固滲法固滲法缺點(diǎn)缺點(diǎn)-滲層組織和深度都難以控制，尺寸、數(shù)量受限制，效率低，滲層組織和深度都難以控制，尺寸、數(shù)量受

8、限制，效率低， 處理溫度高，時(shí)間長(zhǎng)，基體強(qiáng)度有所降低，能耗高，勞動(dòng)條件差處理溫度高，時(shí)間長(zhǎng)，基體強(qiáng)度有所降低，能耗高，勞動(dòng)條件差(粉塵粉塵)。一、熱擴(kuò)滲一、熱擴(kuò)滲10v固滲法分類固滲法分類-粉末包滲法和膏劑法粉末包滲法和膏劑法 。F 粉末包滲法：粉末包滲法：最普通，最悠久的固體熱擴(kuò)滲法最普通，最悠久的固體熱擴(kuò)滲法 。把工件埋入裝有欲滲金屬粉末、。把工件埋入裝有欲滲金屬粉末、防粘結(jié)粉末和活性劑的混合物防粘結(jié)粉末和活性劑的混合物(粉末滲劑粉末滲劑)的容器中，然后密封容器，高溫加熱使的容器中，然后密封容器，高溫加熱使欲滲金屬發(fā)生熱擴(kuò)滲。欲滲金屬發(fā)生熱擴(kuò)滲。F 膏劑法：膏劑法：將粉末滲劑與粘結(jié)劑按適當(dāng)

9、的比例將粉末滲劑與粘結(jié)劑按適當(dāng)?shù)谋壤{(diào)成膏劑，然后涂在金屬表面，干燥后調(diào)成膏劑，然后涂在金屬表面，干燥后(多數(shù)多數(shù)要求在非氧化環(huán)境中要求在非氧化環(huán)境中)加熱擴(kuò)散形成滲層。加熱擴(kuò)散形成滲層。 膏劑中供滲劑含量高，只加抗粘結(jié)劑，不加膏劑中供滲劑含量高，只加抗粘結(jié)劑，不加填充劑。填充劑。一、熱擴(kuò)滲一、熱擴(kuò)滲11u（2）液滲法）液滲法F定義定義-將工件浸漬在熔融液體中，使工件表面滲入某種元素或多種元素的工藝方法將工件浸漬在熔融液體中，使工件表面滲入某種元素或多種元素的工藝方法 。F分類分類-熱浸法、熔燒法、鹽浴法熱浸法、熔燒法、鹽浴法v熱浸法：熱浸法：將工件直接浸入某一液態(tài)金屬中，經(jīng)較短時(shí)間即形成合金

10、滲層。當(dāng)將工件直接浸入某一液態(tài)金屬中，經(jīng)較短時(shí)間即形成合金滲層。當(dāng)浸漬時(shí)間極短時(shí)，所形成的鍍層只是附著層而不是擴(kuò)散層，與基體金屬結(jié)合浸漬時(shí)間極短時(shí)，所形成的鍍層只是附著層而不是擴(kuò)散層，與基體金屬結(jié)合不牢固，因此一般在熱浸鍍后還要加熱使鍍層擴(kuò)散，形成合金層不牢固，因此一般在熱浸鍍后還要加熱使鍍層擴(kuò)散，形成合金層 。 優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn):設(shè)備簡(jiǎn)單，容易操作，生產(chǎn)效率高。設(shè)備簡(jiǎn)單，容易操作，生產(chǎn)效率高。缺點(diǎn)缺點(diǎn):鍍層厚度不易均勻，只適于熱擴(kuò)滲熔點(diǎn)較低的金屬。鍍層厚度不易均勻，只適于熱擴(kuò)滲熔點(diǎn)較低的金屬。一、熱擴(kuò)滲一、熱擴(kuò)滲12熱浸滲過(guò)程的三個(gè)步驟熱浸滲過(guò)程的三個(gè)步驟:F鐵基表面溶解，形成合金層鐵基表面溶解，形

11、成合金層; F合金層中滲入原子向內(nèi)擴(kuò)散，形成固溶體或化合物合金層中滲入原子向內(nèi)擴(kuò)散，形成固溶體或化合物; F合金層外包絡(luò)一層純金屬。合金層外包絡(luò)一層純金屬。以熱浸鋁為例以熱浸鋁為例:F 形成形成Fe-Al合金層合金層，F(xiàn)eAl3相相; F Al向內(nèi)擴(kuò)散向內(nèi)擴(kuò)散，F(xiàn)eAl3相增厚相增厚，出現(xiàn)出現(xiàn)Fe2Al5相相; F Fe2Al5相沿?cái)U(kuò)散方向長(zhǎng)大為柱狀晶相沿?cái)U(kuò)散方向長(zhǎng)大為柱狀晶。熱浸鋁后形成的滲層組織熱浸鋁后形成的滲層組織:F由表向里依次為純鋁，由表向里依次為純鋁，F(xiàn)eAl3相，相，F(xiàn)e2Al5相。相。一、熱擴(kuò)滲一、熱擴(kuò)滲13v熔燒法熔燒法-把擴(kuò)滲金屬或合金粉末加粘結(jié)劑后制成料漿，再將料漿均勻涂

12、覆于工件表面，把擴(kuò)滲金屬或合金粉末加粘結(jié)劑后制成料漿，再將料漿均勻涂覆于工件表面，干燥后在惰性氣體或真空環(huán)境中以稍高于料漿配方熔點(diǎn)的溫度加熱燒結(jié)，通過(guò)液固干燥后在惰性氣體或真空環(huán)境中以稍高于料漿配方熔點(diǎn)的溫度加熱燒結(jié)，通過(guò)液固相擴(kuò)散而形成合金滲層。相擴(kuò)散而形成合金滲層。 優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn):與熱浸法比，滲層成分及厚度均較均勻，并且熱傳遞性好，滲速快。與熱浸法比，滲層成分及厚度均較均勻，并且熱傳遞性好，滲速快。v鹽浴法鹽浴法-在鹽浴中使工件表面滲入某種或幾種元素的工藝方法。在鹽浴中使工件表面滲入某種或幾種元素的工藝方法。 其擴(kuò)滲原理有兩種其擴(kuò)滲原理有兩種:一是由組成鹽浴的物質(zhì)作滲劑，一是由組成鹽浴的物質(zhì)作

13、滲劑，利用它們之間的反應(yīng)產(chǎn)生活性原子，使工件表面滲入某利用它們之間的反應(yīng)產(chǎn)生活性原子，使工件表面滲入某一種或幾種元素一種或幾種元素;二是用鹽浴作載體，另加入滲劑，二是用鹽浴作載體，另加入滲劑，利用鹽浴的熱運(yùn)動(dòng)運(yùn)載滲劑與工件表面接觸，使工件利用鹽浴的熱運(yùn)動(dòng)運(yùn)載滲劑與工件表面接觸，使工件表面滲入某一種或幾種元素。表面滲入某一種或幾種元素。一、熱擴(kuò)滲一、熱擴(kuò)滲14u（3） 氣滲法氣滲法v定義定義-氣體熱擴(kuò)滲是把工件置于含有滲劑原子的氣體介質(zhì)中加熱到滲劑氣體熱擴(kuò)滲是把工件置于含有滲劑原子的氣體介質(zhì)中加熱到滲劑原子能在其基體中產(chǎn)生顯著擴(kuò)散的溫度，使工件表面獲得該滲劑元素的原子能在其基體中產(chǎn)生顯著擴(kuò)散的溫

14、度，使工件表面獲得該滲劑元素的工藝過(guò)程。工藝過(guò)程。v優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)-是工件滲層厚度均勻，易控制；容易實(shí)現(xiàn)機(jī)械化、自動(dòng)化生產(chǎn)；是工件滲層厚度均勻，易控制；容易實(shí)現(xiàn)機(jī)械化、自動(dòng)化生產(chǎn)；勞動(dòng)條件好，環(huán)境污染小。勞動(dòng)條件好，環(huán)境污染小。v缺點(diǎn)缺點(diǎn)-是設(shè)備一次性投資較大。是設(shè)備一次性投資較大。v分類分類-常規(guī)氣體法、低壓氣體法。常規(guī)氣體法、低壓氣體法。一、熱擴(kuò)滲一、熱擴(kuò)滲15v常規(guī)氣體法常規(guī)氣體法-在常壓下進(jìn)行的熱擴(kuò)滲工藝，目前應(yīng)用最為廣泛。在常壓下進(jìn)行的熱擴(kuò)滲工藝，目前應(yīng)用最為廣泛。其生產(chǎn)量占整個(gè)熱擴(kuò)滲工藝的近其生產(chǎn)量占整個(gè)熱擴(kuò)滲工藝的近70%。v低壓氣體法低壓氣體法-是將工件放入低壓容器內(nèi)加熱，通入滲劑，

15、使工件表是將工件放入低壓容器內(nèi)加熱，通入滲劑，使工件表面滲入某種元素的工藝過(guò)程，實(shí)際上是將真空技術(shù)用于氣體熱擴(kuò)面滲入某種元素的工藝過(guò)程，實(shí)際上是將真空技術(shù)用于氣體熱擴(kuò)滲。滲。(防止氧化、去除氧化膜及油脂。使表面潔凈而處于活化狀態(tài)防止氧化、去除氧化膜及油脂。使表面潔凈而處于活化狀態(tài))一、熱擴(kuò)滲一、熱擴(kuò)滲16u（4） 復(fù)合滲法復(fù)合滲法復(fù)合滲實(shí)際是固滲的發(fā)展。采用其他鍍層手段先在工件表面制造復(fù)合滲實(shí)際是固滲的發(fā)展。采用其他鍍層手段先在工件表面制造一固相鍍一固相鍍(涂涂)層，然后加熱工件層，然后加熱工件(連同涂層連同涂層)，使之產(chǎn)生擴(kuò)散形成擴(kuò)散滲層，使之產(chǎn)生擴(kuò)散形成擴(kuò)散滲層，從而減少或消除原鍍層的多孔

16、性，提高鍍層結(jié)合力。從而減少或消除原鍍層的多孔性，提高鍍層結(jié)合力。-如如:普通加熱爐加熱，高頻感應(yīng)加熱，通電加熱，輝光放普通加熱爐加熱，高頻感應(yīng)加熱，通電加熱，輝光放電加熱，電子束加熱，離子束加熱等。電加熱，電子束加熱，離子束加熱等。電泳滲、噴鍍滲、電鍍滲、化學(xué)鍍滲、真空鍍滲電泳滲、噴鍍滲、電鍍滲、化學(xué)鍍滲、真空鍍滲一、熱擴(kuò)滲一、熱擴(kuò)滲17先用電泳鍍的方法做成鍍層，然后加熱擴(kuò)散形成表面合先用電泳鍍的方法做成鍍層，然后加熱擴(kuò)散形成表面合金層。電泳鍍是一種較新的電鍍方法，將要鍍金屬微粒用溶劑金層。電泳鍍是一種較新的電鍍方法，將要鍍金屬微粒用溶劑做成懸浮液，加入充電劑使其形成帶電粒子，在直流電場(chǎng)作用

17、做成懸浮液，加入充電劑使其形成帶電粒子，在直流電場(chǎng)作用下這些粒子就向液體中帶異號(hào)電荷的工件運(yùn)動(dòng)，并在工件表面下這些粒子就向液體中帶異號(hào)電荷的工件運(yùn)動(dòng)，并在工件表面上放電、沉積。上放電、沉積。 滲層厚度均勻，外觀光潔，工藝簡(jiǎn)便，生產(chǎn)率高。滲層厚度均勻，外觀光潔，工藝簡(jiǎn)便，生產(chǎn)率高。 用熱噴涂的方法先把欲滲金屬噴到工件表面上，然后進(jìn)行用熱噴涂的方法先把欲滲金屬噴到工件表面上，然后進(jìn)行擴(kuò)散，從而達(dá)到擴(kuò)滲的目的。該法改善了熱噴涂涂層的質(zhì)量。擴(kuò)散，從而達(dá)到擴(kuò)滲的目的。該法改善了熱噴涂涂層的質(zhì)量。一、熱擴(kuò)滲一、熱擴(kuò)滲18u（5） 離子轟擊擴(kuò)滲法離子轟擊擴(kuò)滲法利用低真空氣體輝光放電利用低真空氣體輝光放電等離

18、子體等離子體轟擊工件表面進(jìn)行擴(kuò)滲。等離子體是轟擊工件表面進(jìn)行擴(kuò)滲。等離子體是由部分電子被剝奪后的原子及原子被電離后產(chǎn)生的正負(fù)電子組成的離子化氣體由部分電子被剝奪后的原子及原子被電離后產(chǎn)生的正負(fù)電子組成的離子化氣體狀物質(zhì)，可以看作是狀物質(zhì)，可以看作是“電離的氣體電離的氣體”，它呈電中性，廣泛存在于宇宙中，常被，它呈電中性，廣泛存在于宇宙中，常被視為是除去固、液、氣外，視為是除去固、液、氣外，物質(zhì)存在的第四態(tài)物質(zhì)存在的第四態(tài)。 等離子體中離子活性比原子高，加上電場(chǎng)的作用，因此滲速較高，質(zhì)量等離子體中離子活性比原子高，加上電場(chǎng)的作用，因此滲速較高，質(zhì)量較好。較好。除除離子氮化離子氮化已經(jīng)成熟，包括滲

19、碳在內(nèi)的離子滲金屬尚在研發(fā)之中。已經(jīng)成熟，包括滲碳在內(nèi)的離子滲金屬尚在研發(fā)之中。 一、熱擴(kuò)滲一、熱擴(kuò)滲19 3. 熱擴(kuò)滲工藝熱擴(kuò)滲工藝u （1）固體熱擴(kuò)滲）固體熱擴(kuò)滲-固體粉末滲硼固體粉末滲硼 v滲硼劑滲硼劑:供硼劑供硼劑(硼鐵、碳化硼、無(wú)水硼砂硼鐵、碳化硼、無(wú)水硼砂)，催滲劑催滲劑(鹵化物鹵化物)，填充劑填充劑(碳化碳化硅硅,氧化鋁氧化鋁)。將工件放入滲硼箱，四周填充滲硼劑，將滲硼箱密封后放入。將工件放入滲硼箱，四周填充滲硼劑，將滲硼箱密封后放入加熱爐中加熱保溫。加熱爐中加熱保溫。一、熱擴(kuò)滲一、熱擴(kuò)滲20Fe-B共晶溫度為共晶溫度為1146，滲硼處理溫度滲硼處理溫度:900 1000，時(shí)間時(shí)

20、間15h。對(duì)變形有要求的鋼件滲硼溫度一般為。對(duì)變形有要求的鋼件滲硼溫度一般為850900。所得滲層為。所得滲層為FeB、FeB2表面層表面層，滲層與基體間硬度滲層與基體間硬度陡降。陡降。FeB、FeB2硬度高、脆性大。硬度高、脆性大。硬度，硬度， FeB顯微硬度顯微硬度18002200HV，F(xiàn)eB2顯微硬度顯微硬度12001800HV；強(qiáng)度與耐磨性強(qiáng)度與耐磨性，抗拉強(qiáng)度和韌性降低，耐磨損，抗拉強(qiáng)度和韌性降低，耐磨損能力非常好；能力非常好；耐腐蝕性能耐腐蝕性能，耐硫酸、鹽酸、磷酸的水溶液腐蝕，耐硫酸、鹽酸、磷酸的水溶液腐蝕，但不耐硝酸和海水腐蝕；但不耐硝酸和海水腐蝕；抗高溫氧化性能抗高溫氧化性能

21、，在空氣中加熱到，在空氣中加熱到800保持保持40h，氧化增重甚微。，氧化增重甚微。一、熱擴(kuò)滲一、熱擴(kuò)滲21u （2）液體熱擴(kuò)滲）液體熱擴(kuò)滲 熱浸鋅廣泛用于鋼板，水管，鋼絲，螺栓熱浸鋅廣泛用于鋼板，水管，鋼絲，螺栓(母母)。 滲鋁是提高鋼材抗硫化物腐蝕有效方法。滲鋁是提高鋼材抗硫化物腐蝕有效方法。 鐵鋅合金層鐵鋅合金層基體基體純鋅層純鋅層表面表面內(nèi)部?jī)?nèi)部一、熱擴(kuò)滲一、熱擴(kuò)滲22F鋅液溫度鋅液溫度:440465, 溫度溫度浸鋅層塑性浸鋅層塑性，鋅鍋壽命鋅鍋壽命; 溫度溫度鋅液粘度大鋅液粘度大，浸鋅層厚度及不均勻性浸鋅層厚度及不均勻性;F浸鋅時(shí)間及抽出速度浸鋅時(shí)間及抽出速度: 浸鋅時(shí)間浸鋅時(shí)間合金

22、層合金層 ; 抽出速度抽出速度純鋅層純鋅層，太慢太慢純鋅層太薄純鋅層太薄，浸鋅層塑性降低浸鋅層塑性降低; 太快太快附著過(guò)量鋅凸凹不平。附著過(guò)量鋅凸凹不平。一、熱擴(kuò)滲一、熱擴(kuò)滲23F工件基體化學(xué)成分工件基體化學(xué)成分:C、Si、Cr、Mn合金層厚度合金層厚度；F鋁液成分鋁液成分:Si增加鋁液流動(dòng)性增加鋁液流動(dòng)性合金層厚度硬度合金層厚度硬度，與此相反與此相反，F(xiàn)e增增大鋁液粘度大鋁液粘度合金層厚度合金層厚度；F浸鋁溫度和時(shí)間。浸鋁溫度和時(shí)間。 一、熱擴(kuò)滲一、熱擴(kuò)滲24 -德國(guó)德國(guó)1974；鹽浴氮碳共滲工藝；鹽浴氮碳共滲工藝:在在550600鹽鹽浴浴(CNO2-含量在含量在3438%)中；保溫一定時(shí)間

23、出爐冷卻中；保溫一定時(shí)間出爐冷卻(空冷、油冷、水空冷、油冷、水冷、專用鹽浴中冷卻冷、專用鹽浴中冷卻)。 -法國(guó)法國(guó)1970年代末。硫氮碳共滲工藝年代末。硫氮碳共滲工藝:由于硫的由于硫的滲入，工件具有優(yōu)良的耐磨減摩、抗咬死、抗疲勞性能、改善耐蝕性滲入，工件具有優(yōu)良的耐磨減摩、抗咬死、抗疲勞性能、改善耐蝕性(不銹鋼除外不銹鋼除外)。 一、熱擴(kuò)滲一、熱擴(kuò)滲25u （3）氣體熱擴(kuò)滲）氣體熱擴(kuò)滲 將低碳鋼將低碳鋼(低碳合金鋼低碳合金鋼)在增碳活性氣氛中加熱到在增碳活性氣氛中加熱到900950，使活性碳原子進(jìn)入鋼表面，使表面成為高碳鋼，通過(guò)，使活性碳原子進(jìn)入鋼表面，使表面成為高碳鋼，通過(guò)淬火和低溫回火，使

24、工件表面高硬耐磨，心部塑韌性好。淬火和低溫回火，使工件表面高硬耐磨，心部塑韌性好。 常用于常用于汽車、拖拉機(jī)齒輪、凸輪軸等零件。汽車、拖拉機(jī)齒輪、凸輪軸等零件。溫度和時(shí)間；溫度和時(shí)間；滲碳?xì)夥諠B碳?xì)夥仗紕?shì)；碳勢(shì)；鋼化學(xué)成分，鋼化學(xué)成分，碳化物形成元素碳化物形成元素 滲層滲層C含量。含量。一、熱擴(kuò)滲一、熱擴(kuò)滲26F按按滲碳?xì)怏w的產(chǎn)生方法及種類滲碳?xì)怏w的產(chǎn)生方法及種類分為：滴注式氣體滲碳；吸熱式氣體分為：滴注式氣體滲碳；吸熱式氣體滲碳；氮基氣氛滲碳。滲碳；氮基氣氛滲碳。F按按滲碳層深度不同滲碳層深度不同分為分為:淺層滲碳淺層滲碳(1.5mm),1630h。F按按所用設(shè)備所用設(shè)備分為分為:周期氣體加

25、熱爐周期氣體加熱爐(井式，臥式井式，臥式)；連續(xù)氣體加熱爐；連續(xù)氣體加熱爐(網(wǎng)網(wǎng)帶輸送式，推桿式帶輸送式，推桿式)。一、熱擴(kuò)滲一、熱擴(kuò)滲27F 表面硬度表面硬度、滲碳層深度滲碳層深度、心部硬度心部硬度是衡量滲碳件合格的三大指標(biāo)。是衡量滲碳件合格的三大指標(biāo)。 F 表面硬度表面硬度決定于表面碳含量決定于表面碳含量;F 滲碳層深度滲碳層深度取決于負(fù)荷和心部材料強(qiáng)度取決于負(fù)荷和心部材料強(qiáng)度;F心部組織心部組織應(yīng)為低應(yīng)為低C馬氏體馬氏體(索氏體索氏體)，心部硬度太高，零件耐沖擊及耐，心部硬度太高，零件耐沖擊及耐疲勞性差；心部硬度太低，容易造成心部屈服而導(dǎo)致滲層剝落，導(dǎo)致疲勞性差；心部硬度太低，容易造成心

26、部屈服而導(dǎo)致滲層剝落，導(dǎo)致零件過(guò)早破壞。零件過(guò)早破壞。一、熱擴(kuò)滲一、熱擴(kuò)滲28F滲劑一般為氨氣或氨的化合物，一般在井式氣體爐中進(jìn)行。滲劑一般為氨氣或氨的化合物，一般在井式氣體爐中進(jìn)行。F 滲氮層硬度可達(dá)滲氮層硬度可達(dá)9501200HV，具有耐磨性、疲勞強(qiáng)度、紅硬性、抗咬合能，具有耐磨性、疲勞強(qiáng)度、紅硬性、抗咬合能力。滲氮溫度低力。滲氮溫度低(480570)。F 由于溫度低，所需時(shí)間較長(zhǎng)由于溫度低，所需時(shí)間較長(zhǎng)(數(shù)十至上百小時(shí)數(shù)十至上百小時(shí))，成本高，滲層薄，脆性大，成本高，滲層薄，脆性大，不能承受過(guò)高壓力或載荷。不能承受過(guò)高壓力或載荷。F 多用于銷軸類零件，滲氮前需進(jìn)行調(diào)質(zhì)處理多用于銷軸類零件

27、，滲氮前需進(jìn)行調(diào)質(zhì)處理 。F碳氮共滲碳氮共滲: 780930，以滲碳為主；，以滲碳為主；F氮碳共滲氮碳共滲: 520580，以滲氮為主，以滲氮為主軟氮化。軟氮化。一、熱擴(kuò)滲一、熱擴(kuò)滲29u （4）離子轟擊擴(kuò)滲法）離子轟擊擴(kuò)滲法離子滲氮離子滲氮 -利用輝光放電，將含氮?dú)怏w介質(zhì)電離后滲入工件表利用輝光放電，將含氮?dú)怏w介質(zhì)電離后滲入工件表面，獲得表面滲層。離子滲氮爐內(nèi)抽真空至面，獲得表面滲層。離子滲氮爐內(nèi)抽真空至1.33Pa左右，通入少量左右，通入少量氨至氨至70Pa，陰極，陰極(工件工件)與陽(yáng)極間加直流高壓，使?fàn)t內(nèi)氣體放電，氮與陽(yáng)極間加直流高壓，使?fàn)t內(nèi)氣體放電，氮和氫離子在高壓電場(chǎng)作用下沖向工件表

28、面，產(chǎn)生大量的熱并使氮原和氫離子在高壓電場(chǎng)作用下沖向工件表面，產(chǎn)生大量的熱并使氮原子子(氮離子氮離子)吸附于工件表面，并向內(nèi)擴(kuò)散。吸附于工件表面，并向內(nèi)擴(kuò)散。 一、熱擴(kuò)滲一、熱擴(kuò)滲30F 溫度溫度滲層厚度滲層厚度；F 時(shí)間時(shí)間滲層相組織變化滲層相組織變化(減少，減少，增多增多)；F 氣體成分，純氣體成分，純N2不如不如N2+H2和和NH3好；好；F 爐氣氣壓，輝光放電電壓和電流密度。爐氣氣壓，輝光放電電壓和電流密度。 F 硬度，硬度，與氣體滲氮硬度分布不同；與氣體滲氮硬度分布不同；F 疲勞強(qiáng)度疲勞強(qiáng)度，隨擴(kuò)散層厚度增加而增大；，隨擴(kuò)散層厚度增加而增大；F 韌性，韌性，僅擴(kuò)散層無(wú)化合物層的滲氮層

29、韌性好；僅擴(kuò)散層無(wú)化合物層的滲氮層韌性好；F 耐磨性，耐磨性，隨含隨含N量增大提高，但到一定值則降低。量增大提高，但到一定值則降低。 一、熱擴(kuò)滲一、熱擴(kuò)滲3132/120l 一、熱擴(kuò)滲一、熱擴(kuò)滲l 二、熱噴涂二、熱噴涂l 三、熱噴焊和堆焊三、熱噴焊和堆焊目目 錄錄1.熱噴涂技術(shù)概述及特點(diǎn)熱噴涂技術(shù)概述及特點(diǎn)2.燃燒法熱噴涂燃燒法熱噴涂3.電加熱法熱噴涂電加熱法熱噴涂4.熱噴涂涂層質(zhì)量評(píng)定熱噴涂涂層質(zhì)量評(píng)定二、熱噴涂二、熱噴涂33 1.熱噴涂技術(shù)概述及特點(diǎn)熱噴涂技術(shù)概述及特點(diǎn)采用各種熱源使采用各種熱源使涂層材料加熱熔化或半熔化涂層材料加熱熔化或半熔化，然后用高速氣體，然后用高速氣體使涂層材料使涂

30、層材料分散細(xì)化并高速撞擊到基體表面分散細(xì)化并高速撞擊到基體表面形成涂層，以提高零件耐蝕、形成涂層，以提高零件耐蝕、耐磨、耐高溫等性能。耐磨、耐高溫等性能。造紙廠軋輥表面噴涂造紙廠軋輥表面噴涂WC葉輪表面熱噴涂葉輪表面熱噴涂二、熱噴涂二、熱噴涂34v瑞士人肖普瑞士人肖普1910年發(fā)明，到年發(fā)明，到20世紀(jì)世紀(jì)5060年代，等離子體技術(shù)出現(xiàn)后年代，等離子體技術(shù)出現(xiàn)后有突破性發(fā)展。有突破性發(fā)展。v熱噴涂技術(shù)最初應(yīng)用于航天和航空工業(yè)中熱噴涂技術(shù)最初應(yīng)用于航天和航空工業(yè)中， 并迅速向民用工業(yè)部門(mén)并迅速向民用工業(yè)部門(mén)轉(zhuǎn)移轉(zhuǎn)移， 現(xiàn)已廣泛推廣應(yīng)用?，F(xiàn)已廣泛推廣應(yīng)用。二、熱噴涂二、熱噴涂35F 取材范圍廣取材

31、范圍廣:幾乎所有的幾乎所有的金屬金屬、合金合金、陶瓷陶瓷、以及塑料、尼龍等以及塑料、尼龍等有機(jī)高分子材料有機(jī)高分子材料都都可以作為噴涂材料可以作為噴涂材料;F 可用于各種基體可用于各種基體:在在金屬金屬、陶瓷器具陶瓷器具、玻璃玻璃、石膏石膏等固體都可以進(jìn)行噴涂等固體都可以進(jìn)行噴涂;F 基體溫度低、基材變形小基體溫度低、基材變形小:基體溫度可控制在基體溫度可控制在30200， 不變形、不弱化。不變形、不弱化。F 工效高、操作靈活工效高、操作靈活:操作程序少，速度快，如對(duì)同樣厚度的膜層，時(shí)間比電鍍少得多。操作程序少，速度快，如對(duì)同樣厚度的膜層，時(shí)間比電鍍少得多。F 被噴涂工件大小不受限制被噴涂工件

32、大小不受限制:既可對(duì)大型設(shè)備進(jìn)行大面積噴涂，也可對(duì)工件的局部進(jìn)行既可對(duì)大型設(shè)備進(jìn)行大面積噴涂，也可對(duì)工件的局部進(jìn)行噴涂；既可噴涂零件，又可對(duì)制成后的結(jié)構(gòu)物進(jìn)行噴涂。噴涂；既可噴涂零件，又可對(duì)制成后的結(jié)構(gòu)物進(jìn)行噴涂。F 涂層厚度容易控制涂層厚度容易控制:薄者可為幾十微米，厚者可為幾毫米。薄者可為幾十微米，厚者可為幾毫米。F 缺點(diǎn)缺點(diǎn):熱效率低熱效率低，材料利用率低材料利用率低，結(jié)合強(qiáng)度低結(jié)合強(qiáng)度低等。等。 二、熱噴涂二、熱噴涂36 F.應(yīng)具有較寬的液相區(qū)，易分解應(yīng)具有較寬的液相區(qū)，易分解(揮發(fā)揮發(fā))材料材料(如碳化鎢如碳化鎢)一般采用復(fù)合材料噴涂，如鎳一般采用復(fù)合材料噴涂，如鎳-碳化碳化鎢鎢;F

33、.形狀尺寸要求形狀尺寸要求:線材線材13mm，粉末粉末1100m ，難以制備為線材的難以制備為線材的，可制成棒材或帶材?？芍瞥砂舨幕驇Р?。 金屬金屬、陶瓷陶瓷、塑料塑料、復(fù)合材料。復(fù)合材料。F.金屬熱噴涂材料金屬熱噴涂材料一般有一般有線材線材和和粉末粉末兩種形式。兩種形式。制備方法制備方法:線材線材-拉拔拉拔，粉末，粉末-霧化法霧化法。粉末材料表面積大，氧化程度高，優(yōu)先使用線材。但粉末制備簡(jiǎn)單、靈活，成分不受限制，粉末材料表面積大，氧化程度高，優(yōu)先使用線材。但粉末制備簡(jiǎn)單、靈活，成分不受限制， 小批量熱噴涂一般采用粉末材料。小批量熱噴涂一般采用粉末材料。 二、熱噴涂二、熱噴涂37F.陶瓷熱噴涂

34、材料陶瓷熱噴涂材料 主要形式是主要形式是粉末粉末。制備方法制備方法:熔融破碎熔融破碎、化學(xué)共沉淀化學(xué)共沉淀、噴霧干燥噴霧干燥等。等。非氧化物陶瓷非氧化物陶瓷(如碳化鎢如碳化鎢)在噴涂中易揮發(fā)或分解，熱噴涂主要集中在氧化物陶在噴涂中易揮發(fā)或分解，熱噴涂主要集中在氧化物陶瓷材料上瓷材料上(如如Al2O3、Al2O3TiO2、ZrO2Y2O3、Cr2O3)。 F.塑料熱噴涂材料塑料熱噴涂材料熱噴涂塑料層比傳統(tǒng)的刷涂、靜電噴涂塑料涂層的熱噴涂塑料層比傳統(tǒng)的刷涂、靜電噴涂塑料涂層的成本低成本低、投資少投資少、涂層厚涂層厚 度度與工作場(chǎng)地?zé)o限制與工作場(chǎng)地?zé)o限制、不含溶劑不含溶劑、符合環(huán)保要求符合環(huán)保要求。

35、采用的塑料涂層材料采用的塑料涂層材料熔化溫度范圍應(yīng)較寬熔化溫度范圍應(yīng)較寬、粘度較低粘度較低、熱穩(wěn)定性應(yīng)好熱穩(wěn)定性應(yīng)好，一般采，一般采用用粉末粉末形式。形式。 二、熱噴涂二、熱噴涂38F.熱噴涂用復(fù)合材料熱噴涂用復(fù)合材料 兩種兩種:一類是為適應(yīng)熱噴涂工藝而制備的復(fù)合材料一類是為適應(yīng)熱噴涂工藝而制備的復(fù)合材料，例如，為防止碳化鎢材料，例如，為防止碳化鎢材料在噴涂中氧化分解而制備的鎳包碳化鎢復(fù)合粉末材料，它們是當(dāng)前熱噴在噴涂中氧化分解而制備的鎳包碳化鎢復(fù)合粉末材料，它們是當(dāng)前熱噴涂用復(fù)合材料的主流；涂用復(fù)合材料的主流；另一類是通過(guò)增強(qiáng)相增強(qiáng)涂層性能的復(fù)合材料另一類是通過(guò)增強(qiáng)相增強(qiáng)涂層性能的復(fù)合材料，

36、如纖維增強(qiáng)涂層材料，如纖維增強(qiáng)涂層材料，這類材料目前還在研究探索過(guò)程中。這類材料目前還在研究探索過(guò)程中。二、熱噴涂二、熱噴涂39F 首先是噴涂材料被加熱達(dá)到首先是噴涂材料被加熱達(dá)到熔化或半熔化熔化或半熔化狀態(tài)狀態(tài);F 緊接著是熔滴緊接著是熔滴霧化霧化階段；然后是被氣流或熱源射流推動(dòng)向前噴射的階段；然后是被氣流或熱源射流推動(dòng)向前噴射的飛行飛行階段；階段；F 最后以一定的動(dòng)能最后以一定的動(dòng)能沖擊沖擊基體表面，產(chǎn)生強(qiáng)烈基體表面，產(chǎn)生強(qiáng)烈碰撞碰撞展平成扁平狀涂層并瞬間展平成扁平狀涂層并瞬間凝固凝固。二、熱噴涂二、熱噴涂40F 噴涂層是由無(wú)數(shù)噴涂層是由無(wú)數(shù)變形粒子互相交錯(cuò)呈波浪式層狀堆疊變形粒子互相交錯(cuò)

37、呈波浪式層狀堆疊在一起的組織結(jié)構(gòu)。在一起的組織結(jié)構(gòu)。F 涂層中顆粒間涂層中顆粒間存在孔隙或空洞存在孔隙或空洞，孔隙率一般為，孔隙率一般為115。涂層中。涂層中伴有氧化物夾伴有氧化物夾雜雜。F 采用采用高溫?zé)嵩锤邷責(zé)嵩?如等離子弧如等離子弧)、超音速噴涂超音速噴涂、低壓或保護(hù)氣氛低壓或保護(hù)氣氛，可減少以上缺陷。，可減少以上缺陷。二、熱噴涂二、熱噴涂41F 涂層與基體表面涂層與基體表面的結(jié)合的結(jié)合結(jié)合強(qiáng)度稱為結(jié)合強(qiáng)度稱為結(jié)合力結(jié)合力;F 涂層內(nèi)部涂層內(nèi)部的結(jié)合的結(jié)合結(jié)合強(qiáng)度稱為結(jié)合強(qiáng)度稱為內(nèi)聚力內(nèi)聚力。 通常認(rèn)為涂層結(jié)合機(jī)理有以下幾種方式通常認(rèn)為涂層結(jié)合機(jī)理有以下幾種方式: 機(jī)械結(jié)合機(jī)械結(jié)合。碰撞

38、成扁平狀并隨基體表面起伏的顆粒，由于凸凹不平的表面互相嵌合，碰撞成扁平狀并隨基體表面起伏的顆粒，由于凸凹不平的表面互相嵌合，形成機(jī)械釘扎而結(jié)合。一般說(shuō)來(lái)，涂層與基體表面的結(jié)合以機(jī)械結(jié)合為主。形成機(jī)械釘扎而結(jié)合。一般說(shuō)來(lái)，涂層與基體表面的結(jié)合以機(jī)械結(jié)合為主。冶金冶金-化學(xué)結(jié)合化學(xué)結(jié)合。涂層和基體表面涂層和基體表面出現(xiàn)擴(kuò)散和合金化出現(xiàn)擴(kuò)散和合金化時(shí)的一種結(jié)合類型，在結(jié)合面時(shí)的一種結(jié)合類型，在結(jié)合面上上生成金屬間化合物或固溶體生成金屬間化合物或固溶體。 物理結(jié)合物理結(jié)合。由由范德華力范德華力(次價(jià)鍵次價(jià)鍵)形成的顆粒與基體表面的結(jié)合。形成的顆粒與基體表面的結(jié)合。二、熱噴涂二、熱噴涂42熔融顆粒碰撞基

39、體表面時(shí)，在產(chǎn)生變形的同時(shí)，受激冷而凝固，從而產(chǎn)生微觀熔融顆粒碰撞基體表面時(shí)，在產(chǎn)生變形的同時(shí)，受激冷而凝固，從而產(chǎn)生微觀收縮應(yīng)力，收縮應(yīng)力，涂層外層受拉應(yīng)力涂層外層受拉應(yīng)力；基體基體(涂層內(nèi)層涂層內(nèi)層)產(chǎn)生壓應(yīng)力產(chǎn)生壓應(yīng)力。該殘余應(yīng)力與該殘余應(yīng)力與噴涂熱條件噴涂熱條件及及涂層與基體物理性質(zhì)差異涂層與基體物理性質(zhì)差異有關(guān)。有關(guān)。該應(yīng)力隨涂層厚度加大而增加，直至涂層斷裂或從基體上剝離。該應(yīng)力隨涂層厚度加大而增加，直至涂層斷裂或從基體上剝離。涂層殘余應(yīng)力的預(yù)防涂層殘余應(yīng)力的預(yù)防F進(jìn)行預(yù)處理，以使應(yīng)力分散，并限制其收縮應(yīng)變，如吹砂后的粗糙表面能抑進(jìn)行預(yù)處理，以使應(yīng)力分散，并限制其收縮應(yīng)變，如吹砂后的

40、粗糙表面能抑制和控制這種收縮應(yīng)變。制和控制這種收縮應(yīng)變。F較大的粗糙度，即宏觀粗化，如開(kāi)溝槽、車螺紋等，不但有助于涂層結(jié)構(gòu)的較大的粗糙度，即宏觀粗化，如開(kāi)溝槽、車螺紋等，不但有助于涂層結(jié)構(gòu)的形成，而且可以使收縮應(yīng)力限制在局部范圍內(nèi)。形成，而且可以使收縮應(yīng)力限制在局部范圍內(nèi)。二、熱噴涂二、熱噴涂43表面預(yù)處理表面預(yù)處理清洗，清洗，粗化粗化，粘結(jié)底層，粘結(jié)底層 熱噴涂熱噴涂熱能，熱能與噴涂材料作用，顆粒與基體作用熱能，熱能與噴涂材料作用，顆粒與基體作用后處理后處理封孔封孔，密實(shí)化，密實(shí)化機(jī)加工機(jī)加工車削，磨削，拋光車削，磨削，拋光二、熱噴涂二、熱噴涂44二、熱噴涂二、熱噴涂F 一般按照一般按照熱源

41、的種類熱源的種類,噴涂材料的形態(tài)噴涂材料的形態(tài),加熱和結(jié)合方式加熱和結(jié)合方式及及涂層的功能涂層的功能來(lái)分。來(lái)分。F 按涂層的功能分為耐腐按涂層的功能分為耐腐,耐磨耐磨,隔熱等涂層隔熱等涂層;F 按加熱和結(jié)合方式可分為噴涂和噴熔按加熱和結(jié)合方式可分為噴涂和噴熔:前者是基體不熔化前者是基體不熔化,涂層與基體形成機(jī)械結(jié)合涂層與基體形成機(jī)械結(jié)合;后者后者涂層重熔涂層重熔,涂層與基體互溶擴(kuò)散形成冶金結(jié)合。涂層與基體互溶擴(kuò)散形成冶金結(jié)合。 常用的分類是根據(jù)熱源不同常用的分類是根據(jù)熱源不同, ,分為分為燃燒法燃燒法和和電加熱法電加熱法兩大類兩大類, ,同時(shí)根據(jù)同時(shí)根據(jù)噴涂用噴涂用材料的形式材料的形式和和噴涂

42、時(shí)的氣氛環(huán)境噴涂時(shí)的氣氛環(huán)境還可進(jìn)一步分類。還可進(jìn)一步分類。45 2.燃燒法熱噴涂燃燒法熱噴涂u （1）火焰噴涂）火焰噴涂通過(guò)氧乙炔氣體燃燒提供熱量加熱熔化噴涂材料，通過(guò)壓縮氣體霧通過(guò)氧乙炔氣體燃燒提供熱量加熱熔化噴涂材料，通過(guò)壓縮氣體霧化并加速噴涂材料，隨后在基體上沉積成涂層。除乙炔外，也可用甲基乙化并加速噴涂材料，隨后在基體上沉積成涂層。除乙炔外，也可用甲基乙炔、丙二烯、丙烷、氫氣或天然氣。炔、丙二烯、丙烷、氫氣或天然氣。 根據(jù)噴涂材料的形式，火焰噴涂包括根據(jù)噴涂材料的形式，火焰噴涂包括線材火焰噴涂線材火焰噴涂和和粉末火焰噴涂粉末火焰噴涂，另外，把另外，把超音速噴涂超音速噴涂歸入此類。歸入

43、此類。 設(shè)備投資少，操作容易，無(wú)電力要求，沉積效率高；設(shè)備投資少，操作容易，無(wú)電力要求，沉積效率高；涂層氧含量多，空隙多，結(jié)合弱。涂層氧含量多，空隙多，結(jié)合弱。二、熱噴涂二、熱噴涂46F 線材火焰噴涂法線材火焰噴涂法線材送入噴槍后，由噴槍驅(qū)動(dòng)輪連續(xù)輸送到噴嘴，在噴嘴前線材送入噴槍后，由噴槍驅(qū)動(dòng)輪連續(xù)輸送到噴嘴，在噴嘴前端被火焰加熱熔化，然后被壓縮空氣霧化并加速噴涂在基體表面。端被火焰加熱熔化，然后被壓縮空氣霧化并加速噴涂在基體表面。二、熱噴涂二、熱噴涂47F粉末火焰噴涂法粉末火焰噴涂法噴涂材料是粉末。用少量氣體將噴涂粉末輸送到噴嘴前端，通噴涂材料是粉末。用少量氣體將噴涂粉末輸送到噴嘴前端，通過(guò)

44、燃?xì)饧訜?、熔化并加速噴涂到基體表面。過(guò)燃?xì)饧訜帷⑷刍⒓铀賴娡康交w表面。二、熱噴涂二、熱噴涂48F超音速火焰噴涂法超音速火焰噴涂法燃?xì)馀c助燃劑燃?xì)馀c助燃劑(O2)以一定比例導(dǎo)入燃燒室內(nèi)混合，燃燒產(chǎn)生高以一定比例導(dǎo)入燃燒室內(nèi)混合，燃燒產(chǎn)生高溫氣體以高速通過(guò)膨脹管獲得超音速。送粉氣溫氣體以高速通過(guò)膨脹管獲得超音速。送粉氣(Ar或或N2)將粉末定量送入將粉末定量送入高溫燃?xì)庵校煌涑鰢娡坑诠ぜ细邷厝細(xì)庵?，一同射出噴涂于工件?演示演示)。二、熱噴涂二、熱噴涂49u （2）爆炸噴涂）爆炸噴涂氧氣和乙炔點(diǎn)火燃燒，氧氣和乙炔點(diǎn)火燃燒，氣體膨脹產(chǎn)生爆炸氣體膨脹產(chǎn)生爆炸，釋放出，釋放出熱能和沖擊波熱能和

45、沖擊波，熱能使噴涂熱能使噴涂粉末熔化粉末熔化，沖擊波則使熔融粉末以，沖擊波則使熔融粉末以700800m/s的速度的速度噴射噴射到工到工件表面上形成涂層。件表面上形成涂層。 二、熱噴涂二、熱噴涂50最大特點(diǎn)是最大特點(diǎn)是粒子飛行速度高粒子飛行速度高，動(dòng)能大動(dòng)能大。所以涂層和基體的。所以涂層和基體的結(jié)合強(qiáng)度結(jié)合強(qiáng)度高高，最高可超過(guò)，最高可超過(guò)85Mpa；涂層；涂層致密致密，氣孔率很低氣孔率很低，可達(dá)理論致密度，可達(dá)理論致密度的的99.9；雜質(zhì)含量低雜質(zhì)含量低。爆炸噴涂可噴涂金屬，金屬陶瓷及陶瓷材料，但是由于該設(shè)備價(jià)格爆炸噴涂可噴涂金屬，金屬陶瓷及陶瓷材料，但是由于該設(shè)備價(jià)格高，噪音大，屬氧化性氣氛等

46、原因，國(guó)內(nèi)外應(yīng)用還不廣泛。高，噪音大，屬氧化性氣氛等原因，國(guó)內(nèi)外應(yīng)用還不廣泛。 二、熱噴涂二、熱噴涂51 3.3.電加熱法熱噴涂電加熱法熱噴涂u （1 1）電弧噴涂）電弧噴涂在兩根焊絲狀的金屬材料之間產(chǎn)生電弧，電弧產(chǎn)生的熱使金在兩根焊絲狀的金屬材料之間產(chǎn)生電弧，電弧產(chǎn)生的熱使金屬焊絲熔化，然后被壓縮空氣噴向基體表面而形成涂層。屬焊絲熔化，然后被壓縮空氣噴向基體表面而形成涂層。 二、熱噴涂二、熱噴涂52只能用于只能用于具有導(dǎo)電性能的線材具有導(dǎo)電性能的線材， 主要用于噴涂鋅鋁防腐蝕涂層、不主要用于噴涂鋅鋁防腐蝕涂層、不銹鋼涂層、高鉻鋼涂層，以及大型零件表面修復(fù)與強(qiáng)化。銹鋼涂層、高鉻鋼涂層，以及大型

47、零件表面修復(fù)與強(qiáng)化。 比火焰噴涂粉末粒子含熱量更大，粒子飛行速度更快，形成比火焰噴涂粉末粒子含熱量更大，粒子飛行速度更快，形成局部局部微冶金結(jié)合微冶金結(jié)合可能性要大。所以，涂層結(jié)合強(qiáng)度較火焰噴涂高可能性要大。所以，涂層結(jié)合強(qiáng)度較火焰噴涂高1.52.0倍，最高可達(dá)倍，最高可達(dá)40Mpa；理論致密度可達(dá)；理論致密度可達(dá)7090%。 具有成本低，一次性投資少，使用方便等優(yōu)點(diǎn)具有成本低，一次性投資少，使用方便等優(yōu)點(diǎn) 。二、熱噴涂二、熱噴涂53u （2）等離子噴涂）等離子噴涂采用等離子火焰作為熱源對(duì)噴涂材料加熱。等離子噴涂技術(shù)采用等離子火焰作為熱源對(duì)噴涂材料加熱。等離子噴涂技術(shù)是繼火焰噴涂之后發(fā)展的新型

48、多用途精密噴涂方法。是繼火焰噴涂之后發(fā)展的新型多用途精密噴涂方法。二、熱噴涂二、熱噴涂54v噴槍由銅陽(yáng)極嘴和鎢陰極頭組成，都采用高壓水冷卻。噴槍由銅陽(yáng)極嘴和鎢陰極頭組成，都采用高壓水冷卻。v離子氣由陰極流向陽(yáng)極，經(jīng)壓縮后從陽(yáng)極噴射出去。壓縮的等離子弧離子氣由陰極流向陽(yáng)極，經(jīng)壓縮后從陽(yáng)極噴射出去。壓縮的等離子弧噴出后，離子氣急劇膨脹，加速到亞音速或超音速，焰心最高溫度可噴出后，離子氣急劇膨脹，加速到亞音速或超音速，焰心最高溫度可達(dá)達(dá)2000030000。二、熱噴涂二、熱噴涂55v粉末送入方式：一種是粉末送入方式：一種是外送式外送式，即在噴嘴之外的區(qū)域送入等離子體焰，即在噴嘴之外的區(qū)域送入等離子體

49、焰心中；另一種是心中；另一種是內(nèi)送式內(nèi)送式，是用送粉管將粉末從噴嘴內(nèi)部送到等離子體，是用送粉管將粉末從噴嘴內(nèi)部送到等離子體火焰中?；鹧嬷?。二、熱噴涂二、熱噴涂56焰流溫度高，噴涂材料適應(yīng)面廣，特別適合噴涂高熔點(diǎn)材料。焰流溫度高，噴涂材料適應(yīng)面廣，特別適合噴涂高熔點(diǎn)材料。噴涂層的密度可達(dá)理論密度的噴涂層的密度可達(dá)理論密度的8598，真空噴涂可達(dá)，真空噴涂可達(dá)9599.5，結(jié)合強(qiáng)度也很高，結(jié)合強(qiáng)度也很高(3070Mpa)，而且涂層中夾雜較少。，而且涂層中夾雜較少。二、熱噴涂二、熱噴涂57 4. 熱噴涂涂層質(zhì)量評(píng)定熱噴涂涂層質(zhì)量評(píng)定F簡(jiǎn)單幾何形狀：游標(biāo)卡尺，千分尺簡(jiǎn)單幾何形狀：游標(biāo)卡尺，千分尺;F形

50、狀復(fù)雜：磁性法和渦流法測(cè)厚儀。形狀復(fù)雜：磁性法和渦流法測(cè)厚儀。阿基米德方法；金相法。阿基米德方法；金相法。拉伸法，熱振法。拉伸法，熱振法。金相顯微鏡，金相顯微鏡，SEM，TEM。二、熱噴涂二、熱噴涂58l 一、熱擴(kuò)滲一、熱擴(kuò)滲l 二、熱噴涂二、熱噴涂l 三、熱噴焊和堆焊三、熱噴焊和堆焊目目 錄錄 1.熱噴焊概述熱噴焊概述 2.熱噴焊工藝分類熱噴焊工藝分類 3.堆焊概述堆焊概述 4.堆焊工藝分類堆焊工藝分類三、熱噴焊和堆焊三、熱噴焊和堆焊60采用熱源使涂層材料在基體表面重新熔化或部分熔化采用熱源使涂層材料在基體表面重新熔化或部分熔化, 涂層涂層-基體、涂層內(nèi)顆基體、涂層內(nèi)顆粒間冶金結(jié)合粒間冶金結(jié)

51、合,消除孔隙。消除孔隙。 u（1）熱噴焊的概念）熱噴焊的概念 1. 熱噴焊概述熱噴焊概述三、熱噴焊和堆焊三、熱噴焊和堆焊61v熱噴焊層熱噴焊層組織致密組織致密,冶金缺陷少冶金缺陷少,結(jié)合強(qiáng)度高結(jié)合強(qiáng)度高;u（2）熱噴焊的特點(diǎn)）熱噴焊的特點(diǎn) v熱噴焊材料須與基材熱噴焊材料須與基材相匹配相匹配,選材范圍窄選材范圍窄;v熱噴焊中熱噴焊中基材的變形基材的變形比熱噴涂大的多比熱噴涂大的多 ;v噴焊層與噴焊材料噴焊層與噴焊材料成分有差別成分有差別;%100BAB 基材熔入噴焊層質(zhì)量分?jǐn)?shù)稱為基材熔入噴焊層質(zhì)量分?jǐn)?shù)稱為“稀釋率稀釋率”： 三、熱噴焊和堆焊三、熱噴焊和堆焊62u（3）熱噴焊材料）熱噴焊材料 v

52、常用常用粉末粉末,粒徑比熱噴涂稍粗大。粒徑比熱噴涂稍粗大。v 分為分為合金粉末合金粉末和和金屬陶瓷復(fù)合粉末金屬陶瓷復(fù)合粉末。v 為保證焊接性能為保證焊接性能,陶瓷含量陶瓷含量50%。v 噴焊材料熔點(diǎn)應(yīng)比基材低噴焊材料熔點(diǎn)應(yīng)比基材低,應(yīng)有自熔性應(yīng)有自熔性(自脫氧造渣自脫氧造渣)。v 自熔性合金：自熔性合金：v 鎳基鎳基,鈷基鈷基,鐵基合金中添加硼、硅等元素。鐵基合金中添加硼、硅等元素。v 銅基合金中添加硅、錫、磷、硼等元素。銅基合金中添加硅、錫、磷、硼等元素。 三、熱噴焊和堆焊三、熱噴焊和堆焊63根據(jù)熱源不同根據(jù)熱源不同,可分為可分為氧乙炔火焰氧乙炔火焰噴焊噴焊和和等離子噴焊等離子噴焊兩種兩種

53、。u（1）熱噴焊的分類）熱噴焊的分類氧乙炔火焰噴焊等離子噴焊 2.熱噴焊工藝分類熱噴焊工藝分類三、熱噴焊和堆焊三、熱噴焊和堆焊64v 設(shè)備簡(jiǎn)單設(shè)備簡(jiǎn)單,噴焊槍噴焊槍、氧氣瓶氧氣瓶、乙炔瓶乙炔瓶。v 噴焊槍與普通氣焊槍區(qū)別噴焊槍與普通氣焊槍區(qū)別有粉末輸送機(jī)構(gòu)。有粉末輸送機(jī)構(gòu)。 u（2）氧乙炔火焰噴焊）氧乙炔火焰噴焊三、熱噴焊和堆焊三、熱噴焊和堆焊65三、熱噴焊和堆焊三、熱噴焊和堆焊66 主要有主要有預(yù)處理預(yù)處理、噴焊噴焊及及后處理后處理三步。三步?；鹧鎳姾腹に囘^(guò)程：火焰噴焊工藝過(guò)程：F預(yù)處理：預(yù)處理：噴焊前基材表面必須噴焊前基材表面必須清潔干凈清潔干凈,可可噴砂噴砂處理。處理。 .噴粉和重熔噴粉

54、和重熔“一步法一步法”或或“二步法二步法”。 一步法一步法邊噴粉邊熔化邊噴粉邊熔化; 特點(diǎn)特點(diǎn):沉積效率高沉積效率高,但涂層厚度不易控制。但涂層厚度不易控制。 二步法二步法先噴涂粉末先噴涂粉末,再將涂層熔化再將涂層熔化; 特點(diǎn)特點(diǎn):涂層厚度均勻涂層厚度均勻,顆粒間隙小顆粒間隙小,潤(rùn)濕性好潤(rùn)濕性好,結(jié)合力高。結(jié)合力高。F噴焊：噴焊：包括包括預(yù)熱預(yù)熱、噴粉噴粉和和重熔重熔。 .預(yù)熱：濕氣蒸發(fā)預(yù)熱：濕氣蒸發(fā),減少應(yīng)力減少應(yīng)力,提高噴粉沉積效率。提高噴粉沉積效率。 F后處理后處理 噴焊后緩冷噴焊后緩冷,以免焊層開(kāi)裂。以免焊層開(kāi)裂。 零件噴焊后已經(jīng)回火零件噴焊后已經(jīng)回火,如強(qiáng)度不足如強(qiáng)度不足,需進(jìn)行熱處

55、理。需進(jìn)行熱處理。三、熱噴焊和堆焊三、熱噴焊和堆焊67v兼具噴涂和堆焊優(yōu)點(diǎn)兼具噴涂和堆焊優(yōu)點(diǎn)“中間中間”技術(shù)技術(shù)F 表面光滑平整表面光滑平整熱噴涂熱噴涂;F 無(wú)氣孔無(wú)氣孔,無(wú)氧化夾雜無(wú)氧化夾雜堆焊。堆焊?；鹧鎳姾柑攸c(diǎn)：火焰噴焊特點(diǎn)：v噴焊層互熔區(qū)窄噴焊層互熔區(qū)窄,稀釋率低稀釋率低,結(jié)合強(qiáng)度高結(jié)合強(qiáng)度高,耐沖蝕磨損性能好耐沖蝕磨損性能好,常用于風(fēng)機(jī)葉片。常用于風(fēng)機(jī)葉片。v設(shè)備簡(jiǎn)單設(shè)備簡(jiǎn)單,操作容易操作容易,應(yīng)用范圍廣。應(yīng)用范圍廣。三、熱噴焊和堆焊三、熱噴焊和堆焊68等離子弧使表面形成熔池等離子弧使表面形成熔池,同時(shí)粉末在弧柱中熔化同時(shí)粉末在弧柱中熔化(半半熔化熔化),隨焰流噴射到熔池隨焰流噴射到

56、熔池,凝固形成噴焊層。凝固形成噴焊層。u（3）等離子噴焊）等離子噴焊三、熱噴焊和堆焊三、熱噴焊和堆焊69F 等離子噴涂時(shí)等離子噴涂時(shí), 工件不帶電工件不帶電, 非轉(zhuǎn)移弧。非轉(zhuǎn)移弧。F 等離子噴焊等離子噴焊,非轉(zhuǎn)移弧和轉(zhuǎn)移弧的聯(lián)合弧。非轉(zhuǎn)移弧和轉(zhuǎn)移弧的聯(lián)合弧。 轉(zhuǎn)移弧是主要熱源轉(zhuǎn)移弧是主要熱源, ,稱為主弧。先引燃非轉(zhuǎn)移弧稱為主弧。先引燃非轉(zhuǎn)移弧, ,然后建立轉(zhuǎn)移弧。然后建立轉(zhuǎn)移弧。噴焊等離子弧噴焊等離子弧三、熱噴焊和堆焊三、熱噴焊和堆焊70 與等離子噴涂設(shè)備基本相似與等離子噴涂設(shè)備基本相似,主要區(qū)別主要區(qū)別:F若單電源若單電源,不太穩(wěn)定不太穩(wěn)定,常用兩臺(tái)電源分別向非轉(zhuǎn)移弧和轉(zhuǎn)移弧供電。常用兩臺(tái)

57、電源分別向非轉(zhuǎn)移弧和轉(zhuǎn)移弧供電。F噴焊槍噴嘴壓縮比噴焊槍噴嘴壓縮比(等離子通道長(zhǎng)度等離子通道長(zhǎng)度/直徑直徑)較小較小,噴焊等離子弧較軟噴焊等離子弧較軟, 稀釋率低稀釋率低。等離子噴焊設(shè)備等離子噴焊設(shè)備F前、后處理工藝與火焰噴焊相同。前、后處理工藝與火焰噴焊相同。F但工藝參數(shù)更多但工藝參數(shù)更多,如轉(zhuǎn)移弧電壓和電流、非轉(zhuǎn)移弧電流、噴焊速度、送粉量等。如轉(zhuǎn)移弧電壓和電流、非轉(zhuǎn)移弧電流、噴焊速度、送粉量等。F生產(chǎn)效率高生產(chǎn)效率高;稀釋率低稀釋率低;F工藝穩(wěn)定性好工藝穩(wěn)定性好,易自動(dòng)化易自動(dòng)化;F噴焊層成分、組織均勻、平整光滑噴焊層成分、組織均勻、平整光滑,涂層厚度容易控制。涂層厚度容易控制。等離子噴焊

58、焊工藝過(guò)程等離子噴焊焊工藝過(guò)程等離子噴焊特點(diǎn)等離子噴焊特點(diǎn)三、熱噴焊和堆焊三、熱噴焊和堆焊71 用焊接方法在零件表面堆敷一層具有一定性能材料的工藝過(guò)程。用焊接方法在零件表面堆敷一層具有一定性能材料的工藝過(guò)程。 u（1）堆焊的概念）堆焊的概念 堆焊修復(fù)前的輥套堆焊修復(fù)前的輥套堆焊修復(fù)后的輥套堆焊修復(fù)后的輥套 修復(fù)零件或增加其耐磨、耐熱、耐蝕等性能。修復(fù)零件或增加其耐磨、耐熱、耐蝕等性能。 3.堆焊概述堆焊概述三、熱噴焊和堆焊三、熱噴焊和堆焊72F堆焊層與基體相容性非常重要。堆焊層與基體相容性非常重要。F由于成分不同由于成分不同,堆焊時(shí)必定產(chǎn)生過(guò)渡層堆焊時(shí)必定產(chǎn)生過(guò)渡層, 脆性過(guò)渡層將嚴(yán)重惡化堆焊

59、層性能。脆性過(guò)渡層將嚴(yán)重惡化堆焊層性能。 u（2）堆焊層）堆焊層 堆焊層的形成堆焊層的形成 基體基體-堆焊層分界堆焊層分界熔合區(qū)熔合區(qū):包括包括熔合熔合線線、過(guò)渡層過(guò)渡層。三、熱噴焊和堆焊三、熱噴焊和堆焊73F應(yīng)盡量避免或控制過(guò)渡層的產(chǎn)生和長(zhǎng)大。應(yīng)盡量避免或控制過(guò)渡層的產(chǎn)生和長(zhǎng)大。F合理選用堆焊材料合理選用堆焊材料( (考慮相容性考慮相容性) )是最有效的方法。是最有效的方法。 導(dǎo)致焊層開(kāi)裂影響焊層質(zhì)量大量脆性金屬間化合物成分偏析性能不良的過(guò)渡層各層結(jié)晶特點(diǎn)不同晶體缺陷過(guò)渡層晶格畸變晶格類型有差別成分偏析成分變化三、熱噴焊和堆焊三、熱噴焊和堆焊74F化學(xué)相容性化學(xué)相容性 冶金學(xué)冶金學(xué)(化學(xué)化學(xué))相容性取決于液相容性取決于液(固固)態(tài)的互溶性以及是否產(chǎn)生金屬間化合物。態(tài)的互溶性以及是否產(chǎn)生金屬間化合物。 選材時(shí)不僅要考慮使用性能要求選材時(shí)不僅要考慮使用性能要求,更要滿足化學(xué)相容性要求。更要滿足化學(xué)相容性要求。堆焊層的相容性堆焊層的相容性 F 物理相容性物理相容性 即熔化溫度、膨脹系數(shù)、熱導(dǎo)率等物理性能的差異。即熔化溫度