喷涂基础工艺过程

喷涂工艺过程1、面预解决为了使涂层与基体材料较好地结合，基材表面必要清洁及粗糙，净化和粗化表面办法诸多，办法选取要依照涂层设计规定及基材材质、形状、厚薄、表面原始状况以及施工条件等因素而定、净化解决目是除去工件表面所有污垢，如氧化皮、油渍、油漆及其她污物，核心是除去工件表面和渗入其中油脂、净化解决办法有，溶剂清洗法、蒸汽清洗法、碱洗法及加热脱脂法等、粗化解决目是增长涂层与基材间接触面，增大涂层与基材机械咬合力，使净化解决过表面更加活化，以提高涂层与基材结合强度、同步基材表面粗化还变化涂层中残存应力分布，对提高涂层结合强度也是有利、粗化解决办法有喷砂、机械加工法(如车螺纹、滚花)、电拉毛等。其中喷砂解决是最惯用粗化解决办法，惯用喷砂介质有氧化铝、碳化硅和冷硬铸铁等。喷砂时，喷砂介质种类和粒度、喷砂时风压大小等条件必要依照工件材质硬度、工件形状和尺寸等进行合理选取。对于各种金属基体，推荐采用砂粒粒度约为16－60号砂，粗砂用于结实件和重型件喷砂，喷砂压力为0、5－0、7Mpa，薄工件易于变形，喷砂压力为0、3－0、4Mpa。特别值得注意一点是，用于喷砂压缩空气一定要是无水无油，否则会严重影响涂层质量。喷涂前工件表面粗化限度对大多数金属材料来说2、5－13mmRa就够了。随着表面粗糙度增长涂层与基体材料结合增强，但是当表面粗糙度超过10mmRa后，涂层结合强度提高限度便会减低。对于某些与基材粘结不好涂层材料，还应选取一种与基体材料粘结好材料喷涂一层过渡层，称为粘结底层，惯用作粘结底层材料有Mo、NiAl、NiCr及铝青铜等、粘结底层厚度普通为0、08－0、18mm。2、预热预热目是为了消除工件表面水分和湿气，提高喷涂粒子与工件接触时界面温度，以提高涂层与基体结合强度；减少因基材与涂层材料热膨胀差别导致应力而导致涂层开裂、预热温度取决于工件大小、形状和材质，以及基材和涂层材料热膨胀系数等因素，普通状况下预热温度控制在60-120℃之间、3、喷涂采用何种喷涂办法进行喷涂重要取决于选用喷涂材料、工件工况及对涂层质量规定。例如，如果是陶瓷涂层，则最佳选用等离子喷涂；如果是碳化物金属陶瓷涂层则最佳采用高速火焰喷涂；若是喷涂塑料则只能采用火焰喷涂；而若要在户外进行大面积防腐工程喷涂话，那就非灵活高效电弧喷涂或丝材火焰喷涂莫属了。总之，喷涂办法选取普通来说是多样，但对某种应用来说总有一种办法是最佳。预解决好工件要在尽量短时间内进行喷涂，喷涂参数要依照涂层材料、喷枪性能和工件详细状况而定，优化喷涂条件可以提高喷涂效率、并获得致密度高、结合强度高高质量涂层、4、涂层后解决喷涂所得涂层有时不能直接使用，必要进行一系列后解决、用于防腐蚀涂层，为了防止腐蚀介质透过涂层孔隙到达基材引起基材腐蚀，必要对涂层进行封孔解决、用作封孔剂材料诸多，有石腊、环氧树脂、硅树脂等有机材料及氧化物等无机材料，如何选取适当封孔剂，要依照工件工作介质、环境、温度及成本等各种因素进行考虑、对于承受高应力载荷或冲击磨损工件，为了提高涂层结合强度，要对喷涂层进行重熔解决(如火焰重熔、感应重熔、激光重熔以及热等静压等)，使多孔且与基体仅以机械结合涂层变为与基材呈冶金结合致密涂层、有尺寸精度规定，要对涂层进行机械加工、由于喷涂涂层具备与普通金属及陶瓷材料不同特点，如涂层有微孔，不利于散热；涂层自身强度较低，不能承受很大切削力；涂层中有诸多硬质点，对刀具磨损不久等，因而形成了喷涂涂层不同于普通材料难于加工特点、因此必要选用合理加工办法和相应工艺参数才干保证喷涂层机械加工顺利进行和保证达到所规定尺寸精度、从热喷涂技术原理及工艺过程分析，热喷涂技术具备如下某些特点、1、由于热源温度范畴很宽，因而可喷涂涂层材料几乎涉及所有固态工程材料，如金属、合金、陶瓷、金属陶瓷、塑料以及由它们构成复合物等、因而能赋予基体以各种功能(如耐磨、耐蚀、耐高温、抗氧化、绝缘、隔热、生物相容、红外吸取等)表面、2、喷涂过程中基体表面受热限度较小并且可以控制，因而可以在各种材料上进行喷涂(如金属、陶瓷、玻璃、布疋、纸张、塑料等)，并且对基材组织和性能几乎没有影响，工件变形也小、3、设备简朴、操作灵活，既可对大型构件进行大面积喷涂，也可在指定局部进行喷涂；既可在工厂室内进行喷涂也可在室外现场进行施工、4、喷涂操作程序较少，施工时间较短，效率高，比较经济、随着热喷涂应用规定提高和领域扩大，特别是喷涂技术自身进步，如喷涂设备日益高能和精良，涂层材料品种逐渐增多、性能逐渐提高，热喷涂技术近十年来获得了飞速发展，不但应用领域大为扩展，并且该技术已由初期制备普通防护涂层发展到制备各种功能涂层；由单个工件维修发展到大批产品制造；由单一涂层制备发展到涉及产品失效分析、表面预解决、涂层材料和设备研制、选取，涂层系统设计和涂层后加工在内喷涂系统工程；成为材料表面科学领域中一种十分活跃学科。并且在当代工业中逐渐形成象铸、锻、焊和热解决那样独立材料加工技术。成为工业部门节约贵重材料、节约能源、提高产品质量、延长产品使用寿命、减少成本、提高工效重要工艺手段，在国民经济各个领域内得到越来越广泛应用。1、氧乙炔火焰喷涂(焊)是最早一种喷涂办法。它是运用氧和乙炔燃烧火焰将粉末状或丝状、棒状涂层材料加热到熔融或半熔融状态后喷向基体表面而形成涂层一种办法。它具备设备简朴、工艺成熟、操作灵活、投资少、见效快特点。它可制备各种金属、合金、陶瓷及塑料涂层，是当前国内最惯用喷涂办法之一。但是，由该办法制备涂层孔隙度较大，与基体材料结合强度也较低。但是，对于自熔合金而言，如若采用燃烧火焰将其一次喷融或将喷涂层进行二次重熔(有火焰重熔、感应重熔和炉熔等)办法则称为喷焊，喷焊涂层由于与基体材料呈冶金结合状态，因而与基体材料结合强度大大提高，可以应用于冲击大、负荷重工况下，如持续锻造拉矫辊、热轧矫直辊表面采用镍基自熔合金喷焊涂层进行强化，均获得了十分良好耐蚀、耐磨和抗热疲劳强化效果、2、爆炸喷涂(D-GUN)本办法是运用氧和可燃性气体混合气，经点火后在喷枪中爆炸，运用脉冲式气体爆炸能量，将被喷涂粉末材料加热、加速轰击到工件表面而形成涂层。气体燃烧和爆炸成果可产生超音速高能气流，爆炸波传播速度高达3000m/s，其中心温度可达3450℃，粉末粒子飞行速度可达1200m/s。因而爆炸喷涂层涂层致密，与基体结合强度高，最高可达24kg/mm2、该法缺陷是噪音大，并且爆炸是不持续，因而效率较低。爆炸喷涂是20世纪50年代由美国联合碳化物公司创造，但问世后许近年都由该公司所垄断，不对外出售技术和设备，只在其服务公司内为顾客进行喷涂加工，重要喷涂陶瓷和金属陶瓷，进行航空发动机维修、3、高速火焰喷涂(HVOF)高速火焰喷涂（或称超音速火焰喷涂）是20世纪80年代浮现一种高能喷涂办法，它开发是继等离子喷涂之后热喷涂工业最具创造性进展。虽然高速火焰喷涂办法可喷涂材料诸多，但由于其火焰含氧少温度适中，焰流速度很高，能有效地防止粉末涂层材料氧化和分解，故特别适合碳化物类涂层喷涂。该设备发展到第三代，性能有了大幅度提高，例如JP-5000、DJ-2700等设备其室压达到8-12bar，功率达到100-120kw，喷涂效率可达10kg/h(WC-Co)，涂层厚度可达数mm，涂层性能已能达到爆炸喷涂水平。在许多工业部门获得广泛应用、如航空发动中耐磨涂层、造纸机械用镜面涂层等、近年来，由于电镀铬工艺环境污染问题，电镀铬工业在某些工业发达国家受到严格限制，并逐渐被裁减，采用高速火焰喷涂涂层代替镀铬层应用越来越受到工业界关注和注重、4、电弧喷涂电弧喷涂是在两根丝状金属材料之间产生电弧，电弧产生热使金属丝熔化，熔化某些由压缩空气气流雾化并喷向基体表面而形成涂层。该工艺也具备设备一次投资少，使用以便、效率高等特点，但喷涂材料必要是导电金属及合金丝，因而其应用受到了一定限制，但它高效率使得它在喷涂Al、Zn及不锈钢等大面积防腐应用方面成为首选工艺。5、等离子喷涂(APS)当某种气体如氮、氩、氢及氦等通过一压缩电弧时产生电离而形成电中性等离子体(是物质除气、液、固态外第四态)、等离子弧能量集中温度很高，其焰流温度在万度以上，可以将所有固态工程材料熔化、以这种高温等离子体作热源将涂层材料熔化制备涂层工艺就是等离子喷涂。国内外已有数百种材料用于等离子喷涂，是应用较普遍喷涂办法。等离子喷涂涂层致密度及与基体材料结合强度均比火焰喷涂涂层和电弧喷涂涂层高，并且也是制备陶瓷涂层最佳工艺、等离子技术中引人注目之处是设备大容量化和高输出功率化，当前气体等离子喷涂设备已有200kw设备出售，不但大大提高了喷涂效率，也使涂层质量更为改进，因而可以实现大面积高质量涂层持续生产，如柔性印刷用网纹辊镜面陶瓷层以及高分子薄膜电晕解决用陶瓷绝缘涂层制备等、6、低压等离子喷涂(LPPS)等离子喷涂可以在不同氛围和不同压力下实现，当喷涂作业在氛围可控负压密封容器内进行时就成为低压等离子喷涂。低压等离子喷涂长处是：焰流速度高、粒子动能大，形成涂层致密、结合强度高；低压环境下可对基体进行预热和进行反向转移弧电清理，进一步提高涂层与基体结合强度；由于没有大气污染，涂层材料不氧化成分变化小，因而可以进行活性金属如Ti、Ta、Nb等喷涂；还可使形成等离子体气体在喷涂过程中与涂层材料进行反映，形成特殊化合物涂层。由于具备以上特点，低压等离子喷涂重要用于制备航空工业等高科技领域涂层，如飞机涡轮发动机叶片抗高温氧化和热腐蚀MCrAlY(M=Co、Ni、Fe)涂层，以及制备人体人工植入体用生物功能涂层、7、水稳等离子喷涂水稳等离子喷涂是一种高功率和高速等离子喷涂办法，它是在由高速旋转水形成隧道里产生弧中，水蒸气分解形成O2和H2等离子工作气喷涂办法。与气体等离子喷涂办法相比，其焰流温度更高体积更大更长，特别是能量更高，因而特别适合于高熔点氧化物陶瓷大量喷涂。其重要长处是：输出功率大(150-200kw)，涂层结合强度是气体等离子喷涂涂层2-3倍，并且涂层致密，其硬度、耐磨性和耐热冲击性能也有很大提高；喷涂效率高，喷涂能力最大为50kg/h，涂层厚度可达20mm，并且可以喷涂分散性较大粉末，因而特别适合陶瓷部件喷涂成形；只需水和空气，运营成本低，比其她喷涂办法经济。本办法缺陷是焰流为氧化焰，不适喷涂容易氧化材料。此外，喷涂枪体积较大，比较笨重、热喷涂原理1、热喷涂涂层形成热喷涂时，涂层材料粒子被热源加热到熔融态或高塑性状态，在外加气体或焰流自身推力下，雾化并高速喷射向基体表面，涂层材料粒子与基体发生剧烈碰撞而变形、展平沉积于基体表面，同步急冷而迅速凝固，颗粒这样遂层沉积而堆积成涂层。2、热喷涂涂层构造特点热喷涂涂层形成过程决定了涂层构造特点，喷涂层是由无数变形粒子互相交错呈波浪式堆叠在一起层状组织构造，涂层中颗粒与颗粒之间不可避免地存在某些孔隙和空洞，并伴有氧化物夹杂。涂层剖面典型构造如下图，其特点为：＊呈层状＊具有氧化物夹杂＊具有孔隙或气孔3、热喷涂涂层结合机理涂层结合涉及涂层与基体结合和涂层内部结合。涂层与基体表面粘结力称为结合力，涂层内部粘结力称为内聚力。涂层中颗粒与基体之间结合以及颗粒之间结合机理，当前尚无定论，普通以为有如下几种方式。（1）机械结合碰撞成扁平状并随基体表面起伏颗粒和凹凸不平表面互相嵌合，贝以颗粒机械联锁而形成结合（抛锚效应），普通来说，涂层与基体结合以机械结合为主。（2）冶金－化学结合这是当涂层和基体表面产主冶金反映，如浮现扩散和合金化时一种结合类型。当喷涂后进行重熔即喷焊时，喷焊层与基体结合重要是冶金结合。（3）物理结合颗粒与基体表面间由范德华力或次价键形成结合。4。涂层残存应力当熔融颗粒碰撞基体表面时，在产生变形同步受到激冷而凝固，从而产生收缩应力。涂层外层受拉应力，基体有时也涉及涂层内层则产生压应力。涂层中这种残存应力是由热喷涂条件及喷涂材料与基体材料物理性质差别所导致。它影响涂层质量、限制涂层厚度。工艺上要采用办法以消除和减少涂层残存应力。¨热喷涂涂层性能1、化学成分由于涂层材料在熔化和喷射过程中，在高温下会与周边介质发生作用生成氧化物、氮化物，以及在高温下会发生分解，因而涂层成分与涂层材料成分是有一定差别，并在一定限度上影响涂层性能。如MCrAlY氧化后会影响其耐蚀性，而WC－Co经氧化和高温分解后其耐磨性会减少。通过喷涂办法选取可以避免和减轻这一现象发生。如采用低压等离子喷涂可大大减少涂层材料氧化，而高速火焰喷涂则可以防止碳化物高温分解。2、孔隙度热喷涂涂层中不可避免地存在着孔隙，孔隙度大小与颗粒温度和速度以及喷涂距离和喷涂角度等喷涂参数关于。普通来说，温度及速度都低火焰喷涂和电弧喷涂涂层孔隙度都比较高，普通达到百分之几，甚至可达百分之十几。而高温等离子喷涂涂层及高速超音速火焰喷涂涂层则孔隙度较低。最低可达0、5％如下。3、硬度由于热喷涂涂层在形成时激冷和高速撞击，涂层晶粒细化以及晶格产生畸变使涂层得到强化，因而热喷涂涂层硬度比普通材料硬度要高某些，其大小也会因喷涂办法不同而有所差别。4、结合强度热喷涂涂层与基体结合重要依托与基体粗糙表面机械咬合（抛描效应）。基材表面清洁限度、涂层材料颗粒温度和颗粒撞击基体速度以及涂层中残存应力大小均会影响涂层与基体结合强度，因而涂层结合强度也与所采用喷涂办法关于。5、冷热疲劳性能对于某些在冷热循环状态下使用工件，其涂层抗冷热疲劳（或称热震）性能至关重要，如若该涂层抗热震性能不好，则工件在使用过程中便会不久开裂甚至剥落。涂层抗热震性能好坏重要取决于涂层材料与基体材料热膨胀系数差别大小和涂层与基体材料结合强弱。