現(xiàn)代表面技術(shù)5-表面涂覆技術(shù)

1、1第五章第五章 表面涂覆技術(shù)表面涂覆技術(shù)第一節(jié)第一節(jié) 涂料與涂裝涂料與涂裝第二節(jié)第二節(jié) 粘結(jié)與粘涂粘結(jié)與粘涂第三節(jié)第三節(jié) 堆焊堆焊第四節(jié)第四節(jié) 熱噴涂熱噴涂第五節(jié)第五節(jié) 電火花表面涂敷電火花表面涂敷第六節(jié)第六節(jié) 熔結(jié)熔結(jié)第七節(jié)第七節(jié) 熱浸鍍熱浸鍍第八節(jié)第八節(jié) 搪瓷涂搪瓷涂第九節(jié)第九節(jié) 陶瓷涂層陶瓷涂層第十節(jié)第十節(jié) 塑料涂敷（又稱涂塑或噴塑）塑料涂敷（又稱涂塑或噴塑）2第一節(jié)第一節(jié) 涂料與涂裝涂料與涂裝 ，以前通稱為“油漆”，但是在現(xiàn)代應(yīng)用中實(shí)際已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過油漆的使用范圍。，涂料的施工稱為涂裝。在國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展過程中，涂料的研發(fā)和涂裝技術(shù)得到了迅猛發(fā)展，發(fā)揮越來越重要的作用。 一、涂料的組成一、

2、涂料的組成 涂料產(chǎn)品有數(shù)千種，包括油脂涂料、過氯乙烯涂料、橡膠涂料等18大類，但其物質(zhì)組成一般分為成膜物質(zhì)、顏料、溶劑、助劑四個(gè)部分，見下圖所示。3涂料成膜物質(zhì)天然樹脂天然油脂合成樹脂顏料（著色顏料、防銹顏料等）溶劑（有機(jī)或水）助劑（固化劑、催干劑等）圖. 涂料組成4二、涂料的分類二、涂料的分類 涂料種類多達(dá)幾千種，用途各異，存在著多種分類方法。一般有以下兩種。 根據(jù)成膜干燥機(jī)理可將涂料分為兩大類： (1) 溶劑揮發(fā)類溶劑揮發(fā)類 涂料在成膜過程中不發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，只是溶劑揮發(fā)使涂料干燥成膜。這類涂料一般為自然干燥型涂料，容易重新涂裝，如硝基漆、乙烯漆類。 (2) 固化干燥類固化干燥類 這類涂料的

3、成膜物質(zhì)一般是相對(duì)分子量較低的線性聚合物，可溶解于特定的溶劑中，經(jīng)涂裝后，待溶劑揮發(fā)后，就可通過化學(xué)反應(yīng)交聯(lián)固化成膜。5 按照國(guó)家規(guī)定，目前我國(guó)涂料產(chǎn)品是以涂料中的主要成膜物質(zhì)為基礎(chǔ)來分類的。按此方法，將成膜物質(zhì)分為17大類，相應(yīng)的涂料產(chǎn)品也分為17大類。 6表5.1 成膜物質(zhì)分類及命名代號(hào)序號(hào)序號(hào)成膜物質(zhì)類別成膜物質(zhì)類別命名代號(hào)命名代號(hào)主要成膜物質(zhì)主要成膜物質(zhì)1油脂油脂Y天然植物油、魚油、合成油等天然植物油、魚油、合成油等2天然樹脂天然樹脂T松香及其衍生物、蟲膠、乳酪素動(dòng)物膠、大漆及其衍生物等松香及其衍生物、蟲膠、乳酪素動(dòng)物膠、大漆及其衍生物等3酚醛樹脂酚醛樹脂F(xiàn)酚醛樹脂、改性酚醛樹脂、二甲

4、苯樹脂酚醛樹脂、改性酚醛樹脂、二甲苯樹脂4瀝青瀝青L天然瀝青、煤焦瀝青、硬脂酸瀝青、石油瀝青天然瀝青、煤焦瀝青、硬脂酸瀝青、石油瀝青5醇酸樹脂醇酸樹脂C甘油醇酸樹脂、改性醇酸樹脂、季戊四醇及其它醇類的醇酸樹甘油醇酸樹脂、改性醇酸樹脂、季戊四醇及其它醇類的醇酸樹脂等脂等6氨基樹脂氨基樹脂A脲醛樹脂、三聚氰胺甲醛樹脂脲醛樹脂、三聚氰胺甲醛樹脂7硝基纖維素硝基纖維素Q硝基纖維素、改性硝基纖維素硝基纖維素、改性硝基纖維素8纖維酯、纖維醚纖維酯、纖維醚M乙酸纖維、芐基纖維、乙基纖維、羥甲基纖維、乙酸丁酸纖維乙酸纖維、芐基纖維、乙基纖維、羥甲基纖維、乙酸丁酸纖維等等9過氯乙烯樹脂過氯乙烯樹脂G過氯乙烯樹脂

5、、改性過氯乙烯樹脂過氯乙烯樹脂、改性過氯乙烯樹脂10烯類樹脂烯類樹脂X聚二乙烯基乙炔樹脂、聚乙烯共聚樹脂、聚醋酸乙烯及其共聚聚二乙烯基乙炔樹脂、聚乙烯共聚樹脂、聚醋酸乙烯及其共聚物、聚乙烯醇縮醛樹脂、聚苯乙烯樹脂、含氟樹脂等物、聚乙烯醇縮醛樹脂、聚苯乙烯樹脂、含氟樹脂等11丙烯酸樹脂丙烯酸樹脂B丙烯酸樹脂、丙烯酸共聚樹脂及其改性樹脂丙烯酸樹脂、丙烯酸共聚樹脂及其改性樹脂12聚酯樹脂聚酯樹脂Z飽和聚酯樹脂、不飽和聚酯樹脂飽和聚酯樹脂、不飽和聚酯樹脂13環(huán)氧樹脂環(huán)氧樹脂H環(huán)氧樹脂、改性環(huán)氧樹脂環(huán)氧樹脂、改性環(huán)氧樹脂14聚氨基甲酸酯聚氨基甲酸酯S聚氨基甲酸酯聚氨基甲酸酯15元素有機(jī)聚合物元素有機(jī)聚合

6、物W有機(jī)硅、有機(jī)鈦、有機(jī)鋁有機(jī)硅、有機(jī)鈦、有機(jī)鋁16橡膠橡膠J天然橡膠及其衍生物、合成橡膠及其衍生物天然橡膠及其衍生物、合成橡膠及其衍生物17其它其它E以上以上16類以外的成膜物質(zhì)，如無機(jī)高分子材料類以外的成膜物質(zhì)，如無機(jī)高分子材料（請(qǐng)見課本老書（請(qǐng)見課本老書P107頁表頁表51 新書新書P149頁表頁表71）7三、三、 涂料產(chǎn)品的命名涂料產(chǎn)品的命名 根據(jù)我國(guó)標(biāo)準(zhǔn)局頒布的涂料產(chǎn)品分類命名和型號(hào)（GB2705）的有關(guān)規(guī)定，全命全命顏料或顏色名稱顏料或顏色名稱成膜物質(zhì)名稱基本名稱成膜物質(zhì)名稱基本名稱例如， 紅醇酸磁漆、鋅黃酚醛防銹漆。8四、常用涂料的性能四、常用涂料的性能1. 1. 酚醛樹脂涂料酚

7、醛樹脂涂料本類涂料可分為兩類：(1) 改性酚醛樹脂涂料改性酚醛樹脂涂料 以松香改性酚醛樹脂涂料為主，特點(diǎn)是干得快，耐水、耐久，價(jià)格低廉，廣泛用作建筑和家用涂料。(2) 純酚醛樹脂涂料純酚醛樹脂涂料 由純酚醛樹脂和植物油熬制而成，耐水性、耐化學(xué)腐蝕性、耐候性、絕緣性都非常優(yōu)異，多用于船舶、機(jī)電產(chǎn)品等。2. 2. 醇酸樹脂涂料醇酸樹脂涂料由多元醇、多元酸和脂肪酸經(jīng)縮聚而得到的一種特殊的聚酯樹脂。此涂料成膜后具有良好的柔韌性、附著力和強(qiáng)度，顏料、填料能均勻分散，顏色均勻，遮蓋力好等優(yōu)點(diǎn)。缺點(diǎn)是耐水性較差。這類涂料的產(chǎn)量在我國(guó)涂料中居首位，使用面極廣。93. 3. 氨基樹脂涂料氨基樹脂涂料主要有以下四

8、種涂料：(1) 氨基醇酸烘漆氨基醇酸烘漆 目前應(yīng)用最廣的工業(yè)用漆。其成膜溫度低，時(shí)間短，具有良好的耐化學(xué)藥品性，不易燃燒，絕緣好。(2) 酸固化型氨基樹脂涂料酸固化型氨基樹脂涂料 常溫下能固化成膜，光澤好，外觀豐滿，但是耐溫度和耐水性較差，主要用于木材、家具等涂裝。(3) 氨基樹脂改性的硝化纖維素涂料氨基樹脂改性的硝化纖維素涂料 氨基樹脂增強(qiáng)了硝基透明涂料的耐候、保光等性能，提高了固體分含量。(4) 水溶性氨基樹脂涂料水溶性氨基樹脂涂料 其物化性能優(yōu)于溶劑型氨基醇酸樹脂，但耐老化性不及溶劑型的好。104. 丙烯酸樹脂涂料丙烯酸樹脂涂料 丙烯酸樹脂是由丙烯酸或其酯類或（和）甲基丙烯酸酯單體經(jīng)加聚

9、反應(yīng)而成，有時(shí)還用其它乙烯系單體共聚而成。這類涂料可分熱塑性和熱固性兩類。共同點(diǎn)是：涂膜高光澤，耐紫外線照射，長(zhǎng)期保持色澤和光亮，耐化學(xué)藥品和耐污性較好。它們用途廣泛，如轎車、冰箱、儀器儀表等。5. 涂料涂料 這類涂料成膜后。廣泛用于化工、石油、航空、機(jī)車、木器、建筑等，兼作防護(hù)與裝飾之用。11五、紫外光固化涂料五、紫外光固化涂料1 1、特點(diǎn)、特點(diǎn) 紫外光固化涂料是在250nm450nm波長(zhǎng)紫外光的作用下進(jìn)行固化的一類涂料。 固化溫度低；速度快；固化時(shí)間可小于1s至10s；成膜能力強(qiáng)，可一次施涂達(dá)到膜厚要求，操作管理簡(jiǎn)單，可靠性好，不需要預(yù)熱和保溫，適宜于自動(dòng)流水線作業(yè)，消耗能源約為熱固化的1

10、/10;涂膜性能好，固化時(shí)幾乎無溶劑揮發(fā)。體積收縮很小，真空狀態(tài)下性能優(yōu)良。由于大多數(shù)著色顏料對(duì)紫外光的透過率低，難于制成色漆，所以目前已工業(yè)化的光固化涂料多為清漆。2 2、組成、組成 光固化涂料主要由光敏劑、光敏樹脂和活性稀釋劑等組成，此外還加入流平劑、穩(wěn)定劑、促進(jìn)劑、染料、顏料等。12六、涂裝工藝六、涂裝工藝 使涂料在被涂的表面形成涂膜的全部工藝過程成為涂裝工藝。具體的涂裝工藝主要根據(jù)工件的材質(zhì)、形狀、使用要求、涂裝用工具、涂裝時(shí)的環(huán)境、生產(chǎn)成本等加以合理選用。涂裝工藝的一般工序是：涂前表面處理涂前表面處理涂布涂布干燥固化干燥固化涂前表面處理：清洗、粗化等； 涂布：手工涂布；噴涂法、靜電涂

11、布法、電泳涂布 法、粉末涂布法、輥涂法等等。 干燥固化：即成膜機(jī)理。見下頁。13七、七、 涂料成膜機(jī)理涂料成膜機(jī)理 涂料首先是一種流動(dòng)的液體，在基材表面涂布完成之后形成一層堅(jiān)韌的薄膜，這個(gè)過程是玻璃化溫度不斷升高的過程。不同形態(tài)和組成的涂料有不同的成膜機(jī)理，這由涂料中的成膜物質(zhì)性質(zhì)決定。根據(jù)涂料成膜物質(zhì)的性質(zhì)，涂料成膜方式可以分為兩大類： 由非轉(zhuǎn)化型成膜物質(zhì)組成的涂料以物理方式成膜物理方式成膜； 由轉(zhuǎn)化型成膜物質(zhì)組成的涂料以化學(xué)方式成膜化學(xué)方式成膜。1. 物理成膜方式物理成膜方式 依靠涂料內(nèi)的溶劑或分散劑的直接揮發(fā)或聚合物粒子凝聚得到涂膜的過程稱為物理成膜方式。物理成膜方式具體包括溶劑揮發(fā)成膜

12、方式溶劑揮發(fā)成膜方式和聚合物凝聚成膜方式聚合物凝聚成膜方式兩種。142. 化學(xué)成膜方式化學(xué)成膜方式 化學(xué)成膜指在加熱或其它條件下，使涂敷在基材表面上的低分子量聚合物成膜物質(zhì)發(fā)生交聯(lián)反應(yīng)，生成高聚物，獲得堅(jiān)韌涂膜的過程。為了使涂膜中的結(jié)構(gòu)交聯(lián)，將未交聯(lián)的線型聚合物，或者輕度支鏈化的聚合物溶于溶劑中配成涂料，然后在涂敷成膜后發(fā)生交聯(lián)。另外可以用簡(jiǎn)單的低分子化合物配成涂料，待涂成膜后再令其發(fā)生交聯(lián)反應(yīng)。因此，根據(jù)不同的過程將化學(xué)成膜機(jī)理分為兩類： 漆膜的直接氧化直接氧化，即涂料在空氣中的氧化交聯(lián)或與水蒸氣 反應(yīng)； 涂料組分之間發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的交聯(lián)固化交聯(lián)固化。15涂裝線示例16第二節(jié)第二節(jié) 粘結(jié)與粘涂

13、粘結(jié)與粘涂一、粘結(jié)一、粘結(jié) 粘結(jié)或粘合用膠粘劑將各種材料或制件連接成為一個(gè)牢固整體的方法。1 1、粘結(jié)劑的組成、粘結(jié)劑的組成 粘結(jié)劑又稱粘合劑，俗稱膠。它由基料、固化劑、填料和輔助材料配合而成。2 2、粘結(jié)劑的分類、粘結(jié)劑的分類 按照不同的分類標(biāo)準(zhǔn)，粘結(jié)劑有不同的類型。粘結(jié)劑具體分類如圖7.2所示 17膠粘劑的分類膠粘劑的分類按基料分無機(jī)粘結(jié)劑有機(jī)粘結(jié)劑天然粘結(jié)劑合成粘結(jié)劑按物理形態(tài)分膠液（包括溶液、乳液、無溶劑液體）膠糊（糊狀）膠粉膠棒膠膜其它形態(tài)的膠按固化方式分水基蒸發(fā)型溶劑揮發(fā)型熱熔型化學(xué)反應(yīng)型壓敏型按受力情況分結(jié)構(gòu)粘結(jié)劑（能傳遞較大的力）非結(jié)構(gòu)粘結(jié)劑（不能傳遞較大的力）按用途分（包括各

14、種材料、制件、產(chǎn)品以及特種功能用膠）粘結(jié)劑18二、粘結(jié)原理二、粘結(jié)原理 粘結(jié)是一個(gè)復(fù)雜的過程，主要包括表面潤(rùn)濕、粘結(jié)劑分主要包括表面潤(rùn)濕、粘結(jié)劑分子向被粘物工件表面移動(dòng)、擴(kuò)散和滲透、粘結(jié)劑與被粘物子向被粘物工件表面移動(dòng)、擴(kuò)散和滲透、粘結(jié)劑與被粘物形成物理和機(jī)械結(jié)合等形成物理和機(jī)械結(jié)合等。有關(guān)粘結(jié)的理論很多，如機(jī)械結(jié)合理論、溶解度參數(shù)理論、吸附理論、擴(kuò)散理論、靜電理論、化學(xué)鍵理論、拋錨理論等。 與涂裝一樣，工件的表面處理非常重要。主要有兩個(gè)目的： 一、除去不利于粘結(jié)的各種污垢；二、改變被粘物的物理化學(xué)性質(zhì)，以利于粘結(jié)； 19 目前表面處理方法很多，最常用的有：溶劑（包括水）擦洗；溶劑脫脂和蒸汽脫

15、脂；機(jī)械打毛，如，摩擦、噴砂、噴丸等；化學(xué)清洗和腐蝕；脫脂、機(jī)械粗化和化學(xué)處理聯(lián)合使用。20三、三、 主要粘結(jié)劑及其應(yīng)用主要粘結(jié)劑及其應(yīng)用1、主要粘結(jié)劑、主要粘結(jié)劑：（：（老課本上的英語印刷錯(cuò)誤?。├险n本上的英語印刷錯(cuò)誤！）1）環(huán)氧樹脂粘結(jié)劑（epoxy adhesive）2）酚醛樹脂粘結(jié)劑 (phenolic resin adhesive)3）脲醛樹脂粘結(jié)劑 (urea resin adhesive)4）聚氨酯粘結(jié)劑 (polyurethane adhesive)5）聚酰亞胺粘結(jié)劑(polyimide adhesive)6）厭氧粘結(jié)劑(anaerobic adhesive)7）氰基丙烯酸膠粘

16、劑(cyanoacrylate adhesive)8）橡膠型膠粘劑(rubber adhesive)9）聚硫橡膠密封膠(polysulfide rubber adhesive)10 壓敏膠粘劑(pressure sensitive adhesive)11）光敏膠粘劑(photosensitive adhesive)12）無機(jī)膠粘劑(inorganic adhesive)(各種膠粘劑的具體組成、性能、用途等請(qǐng)參見課本參見課本P116118)212 2、膠粘劑的應(yīng)用領(lǐng)域、膠粘劑的應(yīng)用領(lǐng)域機(jī)械工業(yè)；電子電器工業(yè)；汽車工業(yè)；航空宇航工業(yè)；紡織工業(yè)；木材工業(yè)；醫(yī)療衛(wèi)生業(yè)22四、四、 粘涂技術(shù)粘涂技術(shù)表面

17、粘涂技術(shù)：是將加入二硫化鉬、金屬粉末、陶瓷粉末和纖維等特殊填料的膠粘劑，直接涂覆于材料或零件表面，使之具有耐磨、耐蝕、絕緣、導(dǎo)電、保溫、防輻射等功能的一項(xiàng)新技術(shù)。 粘涂技術(shù)是粘結(jié)技術(shù)的一個(gè)分支，目前主要應(yīng)用于表面強(qiáng)化和修復(fù)。 粘涂具有粘結(jié)技術(shù)的大部分優(yōu)點(diǎn)，如應(yīng)力分布均勻、容易做到密封、絕緣、耐蝕和隔熱等。它的工藝簡(jiǎn)單，不需要專門設(shè)備，而是將配好的膠涂覆于清理好的零件表面，待固化后進(jìn)行修復(fù)即可。23第三節(jié)第三節(jié) 堆焊堆焊一、一、 堆焊堆焊 是指將具有一定使用性能的材料借助一定的熱源手段熔覆在基材表面，使母材具有特殊使用性能或使零件恢復(fù)原有形狀尺寸的工藝方法。 堆焊既可用于修復(fù)材料的缺陷，亦可用于

18、強(qiáng)化材料或零件的表面，使材料具有本來不存在的性能，例如高的耐磨性，良好的耐蝕性等。24二、二、 堆焊層組織結(jié)構(gòu)堆焊層組織結(jié)構(gòu) 焊縫的一次結(jié)晶組織近似于鑄錠的結(jié)晶組織。由于熔池體積很小，冷卻速度迅速，主要是柱狀晶組織，等軸晶組織較少。如果基體是鋼，在界面附近由于過熱會(huì)引起基體金屬晶粒的長(zhǎng)大?；w金屬或焊層金屬在冷卻過程中有相變發(fā)生，會(huì)發(fā)生二次結(jié)晶。二次結(jié)晶所得組織符合一般的固體相變結(jié)晶規(guī)律。 25三、三、 常用堆焊材料與堆焊方法常用堆焊材料與堆焊方法1. 1. 常用堆焊材料常用堆焊材料 常用堆焊材料有鐵基、鎳基、鈷基、碳化鎢基和銅基等。 (1) (1) 鐵基堆焊合金鐵基堆焊合金1) 低合金鋼堆焊

19、材料 珠光體類的堆焊材料 馬氏體類堆焊材料 2) 中、高合金鋼及合金鑄鐵堆焊材料 高速鋼及熱作工具鋼、冷作工具鋼堆 焊材料 高錳鋼及鉻錳鋼堆焊材料 高鉻鋼及鉻鎳鋼堆焊材料 合金鑄鐵堆焊材料 26(2) (2) 鎳基堆焊材料鎳基堆焊材料Ni-Cr-W-SiNi-Cr-B-Si型Ni-Cr-Mo-W(3) (3) 鈷基堆焊材料鈷基堆焊材料 主要指鈷鉻鎢堆焊材料，即通常所說的斯太利合金，含鉻25%33%，鎢3%21%。該堆焊層在650左右仍能保持較高的硬度。此外，堆焊層具有一定的耐腐蝕性能和優(yōu)良的抗粘著磨損性能。27(4) (4) 銅基堆焊材料銅基堆焊材料 銅基堆焊材料分為紫銅、黃銅、青銅和白銅四種

20、。形式有焊條、焊絲和堆焊用帶極。銅基堆焊材料具有較好的耐大氣、耐海水和耐各種酸堿溶液的腐蝕，耐氣蝕和金屬間磨損的性能，常用于以鐵基材料為母材的雙金屬零件的制備或磨損工件的修補(bǔ)。(5) (5) 碳化鎢堆焊材料碳化鎢堆焊材料 碳化鎢是硬質(zhì)合金的重要成分。堆焊用的碳化鎢分為鑄造碳化鎢和燒結(jié)碳化鎢兩類。鑄造碳化鎢中碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3.7%4.0%，鎢的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為95%-96%，它是WC-W2C的混合物。這類合金硬度高，耐磨性好，但脆性大，加工過程中容易碎裂脫落。當(dāng)加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5%15%的鈷可以降低熔點(diǎn)，增加韌性。282. 2. 常用堆焊方法常用堆焊方法(1)氧-乙炔堆焊 氧-乙炔火焰的溫度較低（305

21、03100），將它應(yīng)用于堆焊時(shí)能得到非常小的稀釋率（1%10%）和小于1mm厚的均勻薄堆焊層。同時(shí)，該堆焊方法設(shè)備簡(jiǎn)單、使用方便、成本低。其缺點(diǎn)是生產(chǎn)率低、工人的勞動(dòng)強(qiáng)度大。該法一般用于堆焊較小的零件，如內(nèi)燃機(jī)排氣閥閥面、農(nóng)機(jī)零件等。(2) (2) 手工電弧堆焊手工電弧堆焊 手工電弧堆焊的設(shè)備簡(jiǎn)單、機(jī)動(dòng)靈活、成本低，應(yīng)用實(shí)心堆焊焊條和管狀焊條能獲得范圍較大的堆焊合金，因此應(yīng)用范圍廣。但是，它的稀釋率較高、生產(chǎn)率較低、堆焊層不太平整，堆焊后的加工量較大，因此通常應(yīng)用于少量零件的修復(fù)和強(qiáng)化。29(3) (3) 埋弧堆焊埋弧堆焊 單絲埋弧堆焊的熔深大、稀釋率高（30%60%）、生產(chǎn)率中等。多絲埋弧堆

22、焊電弧可以周期性的從一根焊絲移向另一根焊絲，熔敷率大大提高，而稀釋率大為降低。帶極埋弧堆焊是用金屬帶來代替焊絲作電極，其熔深淺、稀釋率低，熔敷率很高。(4) (4) 氣體保護(hù)和自保護(hù)明弧堆焊氣體保護(hù)和自保護(hù)明弧堆焊 熔化極氣體保護(hù)堆焊是用CO2、Ar或混合氣體作為保護(hù)氣體，它有較高的熔敷率，但是稀釋率也較高（大約15%25%）。非熔化極惰性氣體保護(hù)堆焊，主要以手工送進(jìn)各種合金焊絲進(jìn)行堆焊。這種方法的保護(hù)效果好，合金元素的過渡系數(shù)高，稀釋率比熔化極氣體保護(hù)堆焊低，但是生產(chǎn)率低，保護(hù)氣體昂貴。不加保護(hù)氣體的自保護(hù)藥芯焊絲的明弧堆焊的設(shè)備簡(jiǎn)單、方便靈活，但是堆焊時(shí)的飛濺較大。30(5) (5) 震動(dòng)

23、電弧堆焊震動(dòng)電弧堆焊 細(xì)直焊絲相對(duì)于零件表面作一定頻率和振幅的震動(dòng)，使焊絲和工件間產(chǎn)生短路和脈沖放電，從而使焊絲可以在較低的電壓（12V22V）并以較小的熔滴穩(wěn)定而均勻地過渡到工件表面，形成一層薄而均勻的堆焊層。特點(diǎn)是熔深淺、熱影響區(qū)小、零件變形小，生產(chǎn)率高、勞動(dòng)條件也較好等一系列優(yōu)點(diǎn)。但是電弧區(qū)保護(hù)作用差，含氫量高，堆焊層組織和硬度不均勻等。因此常向電弧區(qū)噴射一定量的水蒸氣、二氧化碳等或采用焊劑作為保護(hù)介質(zhì)。(6) (6) 電渣堆焊電渣堆焊 熔敷率最高，極板電渣堆焊的熔敷率可達(dá)150kg/h，堆焊的厚度也很大，但是稀釋率不高。缺點(diǎn)是堆焊層嚴(yán)重過熱，焊后需要熱處理，堆焊層一般不能太薄。因此，它

24、適用于需要較厚堆焊層、堆焊表面形狀比較簡(jiǎn)單的大中型零件。31(7) (7) 等離子弧堆焊等離子弧堆焊 由于等離子弧的溫度很高，有高的堆焊速度和高的熔敷率，稀釋率很低（最低可達(dá)5%左右）。缺點(diǎn)是設(shè)備成本高，堆焊時(shí)有很強(qiáng)的紫外線輻射和臭氧污染，需要有效的保護(hù)。32第四節(jié)第四節(jié) 熱噴涂熱噴涂1 1、熱噴涂技術(shù)、熱噴涂技術(shù) 是使用某種方式的熱源，使噴涂材料加熱至熔融或半熔融狀態(tài)，用高壓氣流將其霧化，并以一定速度噴射到經(jīng)過預(yù)處理的零件表面，從而形成涂層的表面加工技術(shù)。332. 2. 熱噴涂特點(diǎn)熱噴涂特點(diǎn) 熱噴涂技術(shù)作為一種對(duì)材料表面改性的重要手段，和其它表面技術(shù)相比，有其自己與眾不同的特點(diǎn)，主要包括以下

25、幾個(gè)方面：（1）熱噴涂方法多 熱噴涂具體方法有十幾種，可以選擇合適的方法對(duì)零件進(jìn)行熱噴涂。（2）熱噴涂材料種類廣泛 金屬及其合金、陶瓷、塑料、尼龍以及它們的復(fù)合材料等都可以作為噴涂材料。（3）基體材料使用范圍廣 幾乎所有的固體材料表面都可以熱噴涂，一般也不受零件尺寸及場(chǎng)地限制。既可以大面積噴涂，也可以進(jìn)行局部噴涂。34（4）基體材料受影響小 噴涂時(shí)可使基體控制在較低溫度，基體變形小，組織和性能變化小，保證了基體質(zhì)量基本不受影響。（5）涂層厚度可以控制 涂層厚度從幾十微米到幾微米，可以根據(jù)要求確定。（6）操作環(huán)境較差 存在粉塵、煙霧和噪聲等問題，因此需要加強(qiáng)保護(hù)措施。353 3、熱噴涂涂層的形成

26、機(jī)理、熱噴涂涂層的形成機(jī)理噴涂材料從進(jìn)入熱源到形成涂層可以劃分為以下四個(gè)階段：（1）噴涂材料的熔化）噴涂材料的熔化 粉末噴涂材料進(jìn)入熱源高溫區(qū)域，被加熱到熔化態(tài)或軟化態(tài)；線材噴涂材料的端部在熱源高溫區(qū)加熱熔化，熔化的材料以熔滴形式存在于線材端部。（2）熔化的噴涂材料的霧化）熔化的噴涂材料的霧化 對(duì)于線材噴涂時(shí)，端部的熔滴在外加壓縮氣流或熱源自身射流的作用下脫離線材端部，并霧化成細(xì)小熔滴向前噴射；在粉末噴涂時(shí)，不存在粉末的細(xì)化和霧化過程，直接在壓縮氣流或熱源射流推動(dòng)下發(fā)生噴射。363 3、熱噴涂涂層的形成機(jī)理、熱噴涂涂層的形成機(jī)理（3）粒子的飛行階段）粒子的飛行階段 熔化或軟化的微細(xì)顆粒首先被氣

27、流或射流加速。（4）粒子的噴涂階段）粒子的噴涂階段 具有一定速度和溫度的粒子到達(dá)基材表面，與基材發(fā)生強(qiáng)烈的碰撞。粒子在碰撞的瞬間撞擊基體表面或撞擊已經(jīng)形成的涂層，把動(dòng)能轉(zhuǎn)化為熱能后傳給基體，同時(shí)粒子在凹凸不平的表面發(fā)生變形，形成扁平狀粒子，并且迅速凝固成涂層。噴涂的粒子不斷飛向基材表面，產(chǎn)生碰撞-變形-冷凝的過程，變形粒子和基材之間及粒子和粒子之間相互交疊在一起，形成涂層。涂層形成過程如下圖所示。37 沖擊 碰撞 變形 凝固-收縮熱噴涂涂層形成過程示意圖384 4、 涂層的結(jié)合機(jī)理涂層的結(jié)合機(jī)理 涂層的結(jié)合包括涂層和基材的結(jié)合及涂層之間的結(jié)合。前者的結(jié)合強(qiáng)度稱為結(jié)合力，后者的結(jié)合強(qiáng)度稱為內(nèi)聚力

28、。熱噴涂層可能的結(jié)合機(jī)理如下：1）機(jī)械結(jié)合）機(jī)械結(jié)合 熔融態(tài)的粒子撞擊到基材表面，鋪展成扁平狀的液態(tài)薄層，嵌合在起伏不平的表面形成機(jī)械結(jié)合，又稱為拋錨效應(yīng)。機(jī)械結(jié)合和基材表面的粗糙程度密切相關(guān)。如果對(duì)基體不進(jìn)行粗化處理，而進(jìn)行拋光處理，熱噴涂層的結(jié)合力很弱。相反，使用噴砂、粗車、車螺紋或化學(xué)腐蝕等方法粗化基體表面，涂層和基體的結(jié)合強(qiáng)度提高。392）物理結(jié)合）物理結(jié)合 當(dāng)高速運(yùn)動(dòng)的熔融粒子撞擊基體表面后，若界面兩側(cè)緊密接觸的距離達(dá)到原子晶格常數(shù)范圍內(nèi)時(shí)，產(chǎn)生范德華力，提高基體和涂層間的結(jié)合強(qiáng)度?；w表面的干凈程度直接影響界面兩側(cè)噴涂粒子和基體間的原子距離，因此要求表面非常干凈且處于活化狀態(tài)。噴砂

29、可使基體表面呈現(xiàn)異常清潔的高活性的新鮮金屬表面，然后立即噴涂能夠增加物理結(jié)合程度，從而提高基體和涂層的結(jié)合強(qiáng)度。3）擴(kuò)散結(jié)合）擴(kuò)散結(jié)合 當(dāng)熔融的噴涂粒子高速撞擊基體表面形成緊密接觸時(shí)，由于變形和高溫作用，基體表面的原子得到足夠的能量，使涂層與基體之間產(chǎn)生原子擴(kuò)散，形成擴(kuò)散結(jié)合。擴(kuò)散的結(jié)果使在界面兩側(cè)微小范圍內(nèi)形成一層固溶體或金屬間化合物，增加了涂層和基體之間的結(jié)合強(qiáng)度。404）冶金結(jié)合）冶金結(jié)合 當(dāng)基體預(yù)熱，或噴涂粒子有高的熔化潛熱，或噴涂粒子本身發(fā)生放熱化學(xué)反應(yīng)（如Ni/Al）時(shí)，熔融態(tài)的粒子和局部熔化的基體之間發(fā)生“焊合”現(xiàn)象，產(chǎn)生“焊點(diǎn)”，形成微區(qū)冶金結(jié)合。由于凝固時(shí)間（或化學(xué)反應(yīng)時(shí)間）

30、很短，“焊點(diǎn)”不可能很強(qiáng)，但是對(duì)粒子和基體間及粒子間都會(huì)產(chǎn)生增強(qiáng)作用。在噴涂放熱型反應(yīng)的粘結(jié)底層時(shí)，在基體表面微區(qū)內(nèi)，特別是在噴砂后的突出尖部，接觸瞬間溫度可高達(dá)基體的熔點(diǎn)，容易產(chǎn)生這種結(jié)合方式。 噴涂粒子間的結(jié)合是以機(jī)械結(jié)合為主，物理結(jié)合、擴(kuò)散結(jié)合、冶金結(jié)合、晶體外延等綜合作用也有一定效果。41 5、 熱噴涂材料熱噴涂材料 熱噴涂材料是涂層的原始材料，在很大程度上決定了涂層的物理和化學(xué)性能。在此主要介紹熱噴涂線材、熱噴涂粉末和復(fù)合材料粉末。1）. 熱噴涂線材 線材包括碳鋼絲、不銹鋼絲、鋁絲、銅絲、復(fù)合噴涂絲及鎳、銅、鋁的合金絲等。2）. 熱噴涂粉末 粉末材料可以分為金屬及合金粉末、陶瓷粉、復(fù)

31、合材料粉末和塑料顆粒等。426、熱噴涂裝置和設(shè)備43Flame spraying oPrinciple:o In these processes, a consumable (usually a powder or a wire) is heated and propelled onto a substrate to form a coating. Schematic of the powder flame spray processSchematic of the wire flame spray process44Characteristics of flame spraying1.Fla

32、me spraying is the oldest of the thermal spraying processes. A wide variety of materials can be deposited as coatings using this process and the vast majority of components are sprayed manually. Flame spraying has distinct advantages, including ease of application and low cost, compared with the oth

33、er spraying processes. These benefits make it a widely used process.2.Flame spraying uses the heat from the combustion of a fuel gas (usually acetylene or propane) with oxygen to melt the coating material, which can be fed into the spraying gun as a powder, wire or rod. The consumable types give ris

34、e to the two process variants: l Powder flame spraying: For the powder flame spraying process, powder is fed directly into the flame by a stream of compressed air or inert gas (argon or nitrogen). Alternatively, It is important that the powder is heated sufficiently as it passes through the flame. T

35、he carrier gas feeds powder into the centre of an annular combustion flame where it is heated. A second outer annular gas nozzle feeds a stream of compressed air around the combustion flame, which accelerates the spray particles towards the s u b s t r a t e a n d f o c u s e s t h e f l a m e . l W

36、ire flame spraying In the wire flame spraying process, the wire feed rate and flame settings must be balanced to produce continuous melting of the wire to give a fine particulate spray. The annular compressed air flow atomises and accelerates the particles towards the substrate.46Applications of fla

37、me sprayingo Flame spraying is widely used where lower coating costs are desired and a lower coating quality can be tolerated. Some typical applications include: oCorrosion protection of structures and components (e.g. bridges, offshore platforms, LPG bottles) with aluminium or zinc coatings. Alumin

38、ium is more expensive, but has resistance to acidic gaseous atmospheres (such as those associated with the products of fossil fuel combustion), as well as neutral solutions, such as salt water. Zinc has resistance to alkaline corrosion. Flame spraying is also used to spray corrosion resistant thermo

39、plastic polymer coatings.oReclamation of worn shafts, particularly of bearing areas with materials such as stainless steel or bronze alloys. The coatings produced are quite porous and lubricants can be absorbed into the coating, enhancing the performance of the bearing. 50Arc sprayingo Principle: Ar

40、c spraying is the highest productivity thermal spraying process. A DC electric arc is struck between two continuous consumable wire electrodes that form the spray material. Compressed gas (usually air) atomises the molten spray material into fine droplets and propels them towards the substrate. 51Ar

41、c sprayingoCharacteristics:1.The process is simple to operate and can be used either manually or in an automated manner. It is possible to spray a wide range of metals, alloys and metal matrix composites in wire form. In addition, a limited range of cermet coatings (with tungsten carbide or other ha

42、rd materials) can also be sprayed in cored wire form, where the hard ceramic phase is packed into a metal sheath as a fine powder. 2.A combination of high arc temperature and particle velocities greater than 100 m.sec-1 gives arc sprayed coatings superior bond strengths and lower porosity levels whe

43、n compared with flame sprayed coatings. However, use of compressed air for droplet atomisation and propulsion gives rise to high coating oxide content.52The typical performance of arc spraying compared with other thermal spraying processes Particle velocitym.s-1AdhesionMPaOxide content (in metals)%P

44、orosity%Deposition ratekg.hr-1Typical deposit thicknessmmFlame40701-21-21-50.2-253Applicationso Arc spraying has the highest deposition rate of the thermal spraying processes and can be used to spray large areas or large numbers of components on repetitive production line operations. Typical applica

45、tions include: 1. Spraying of large structures such as bridges and offshore fabrications with zinc and aluminium to give corrosion protection. 2. Reclamation of engineering components such as journals, bearings and shafts with steel and bronze alloys. 3. Spraying of electronic component housings wit

46、h copper, zinc and aluminium to give conductive coatings which provide shielding from electromagnetic interference. Camshaft bearing recovered by arc spraying with 13% Cr steel 54Risks and precautions As with all the thermal spraying processes there are particular health and safety issues that must

47、be addressed before spraying1.Extraction of dust and fume - All thermal spraying processes produce dust and fume. Therefore, adequate extraction or ventilation to remove this dust and fume from the particular working environment should be provided. In addition, if the operator is exposed to this env

48、ironment, then suitable breathing equipment should be considered.2.Arc eye - Arc spraying produces large amounts of UV radiation and welding type eye protection is needed. The correct grade of welding screen must be used. Users should refer to EN 169 which specifies a range of permanent filter shade

49、s of gradually increasing optical density which limit exposure to radiation emitted by different processes at different currents. It must be stressed that shade numbers indicated in the standard and the corresponding current ranges are for guidance only.3. Fire or explosion of dust and fume - Build

50、up of some metals in the form of dust can lead to fire and explosions. This is of concern for powders of aluminium and zinc. To avoid this, adequate provision for extraction and filtration of the spray dust, along with regular cleaning, should be provided. The dust should not be allowed to get damp

51、as this can lead to evolution of hydrogen gas. Additionally, sources of ignition should be avoided such as static charges from rotating equipment, for example fans in the ducting.56Plasma sprayingPrinciple: The plasma spraying process uses a DC electric arc to generate a stream of high temperature i

52、onised plasma gas, which acts as the spraying heat source. The coating material, in powder form, is carried in an inert gas stream into the plasma jet where it is heated and propelled towards the substrate. Because of the high temperature and high thermal energy of the plasma jet, materials with hig

53、h melting points can be sprayed. Characteristics of plasma spraying: Plasma spraying produces a high quality coating by a combination of a high temperature, high energy heat source, a relatively inert spraying medium and high particle velocities, typically 200-300 m.sec-1. However, some air becomes

54、entrained in the spray stream and oxidation of the spray material may occur. The surrounding atmosphere also cools and slows the spray stream. Vacuum plasma (VPS) or low pressure plasma spraying (LPPS) reduces these problems by spraying in vacuum or a low pressure, inert gas environment. Plasma spra

55、ying is widely applied in the production of high quality sprayed coatings.58Application of plasma spraying1. Spraying of seal ring grooves in the compressor area of aeroengine turbines with tungsten carbide/cobalt to resist fretting wear. 2. Spraying of zirconia-based thermal barrier coatings (TBCs)

56、 onto turbine combustion chambers. 3. Spraying of wear resistant alumina and chromium oxide ceramic onto printing rolls for subsequent laser and diamond engraving/etching. 4. Spraying of molybdenum alloys onto diesel engine piston rings. 5. Biocompatible hydroxyapatite coatings for prostheses. 59Exa

57、mples of plasma sprayingAeroengine turbine duct witha thermal barrier coating Principle: is basically the same as the combustion powder spray process (LVOF) except that this process has been developed to produce extremely high spray velocity. There are a number of HVOF guns which use different metho

58、ds to achieve high velocity spraying. uOne method is basically a high pressure water cooled HVOF combustion chamber and long nozzle. Fuel (kerosene, acetylene, propylene and hydrogen) and oxygen are fed into the chamber, combustion produces a hot high pressure flame which is forced down a nozzle inc

59、reasing its velocity. Powder may be fed axially into the HVOF combustion chamber under high pressure or fed through the side of laval type nozzle where the pressure is lower. uAnother method uses a simpler system of a high pressure combustion nozzle and air cap. Fuel gas (propane, propylene or hydro

60、gen) and oxygen are supplied at high pressure, combustion occurs outside the nozzle but within an air cap supplied with compressed air. The compressed air pinches and accelerates the flame and acts as a coolant for the HVOF gun. Powder is fed at high pressure axially from the centre of the nozzle .H