1、第六章第六章 熱噴涂及技術熱噴涂及技術v.youku/v_show/id_XMTE3OTU4NDgw.htmlo熱噴涂熱噴涂 造紙烘缸噴涂造紙烘缸噴涂 ovideo.sina/v/b/35742095-1571563172.htmlo噴鋅噴鋅ovideo.sina/v/b/21091489-1571563172.htmlo船舶軸承修復船舶軸承修復ov.ku6/show/-weAlbkkf0u2A-AP.htmlov.youku/v_show/id_XMTA3Mzk2Mjg0.htmlov.youku/v_show/id_XMjgwNDg0NjAw.htmlo56/u78/v_NDkzOTMyN

2、zY.htmlo56/u11/v_NDkzOTMyODY.htmlo熱噴涂材料熱噴涂材料o56/u54/v_NTI1NDUzMjU.html定義定義o熱噴涂技術：是使用某種方式的熱源，熱噴涂技術：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，使噴涂材料加熱至熔融或半熔融狀態，用高壓氣流將其霧化，并以一定速度噴用高壓氣流將其霧化，并以一定速度噴射到經過預處理的零件表面，從而形成射到經過預處理的零件表面，從而形成涂層的表面加工技術。涂層的表面加工技術。1熱噴涂種類與特點熱噴涂種類與特點o熱噴涂技術主要根據熱源分類，目前熱源有五熱噴涂技術主要根據熱源分類，目前熱源有五種類型。采用這些熱源加

3、熱熔化不同形態的噴種類型。采用這些熱源加熱熔化不同形態的噴涂材料，即形成了不同熱噴涂方法，涂材料，即形成了不同熱噴涂方法，熱噴涂方法熱噴涂方法氣體燃燒熱源氣體燃燒熱源線材、棒材、粉末火焰噴涂線材、棒材、粉末火焰噴涂超音速火焰噴涂超音速火焰噴涂氣體放電熱源氣體放電熱源電熱熱源電熱熱源電弧噴涂電弧噴涂等離子噴涂等離子噴涂電弧噴焊電弧噴焊爆炸熱源爆炸熱源激光熱源激光熱源電容放電、感應加熱噴涂電容放電、感應加熱噴涂燃氣重復爆炸。線材電爆噴涂燃氣重復爆炸。線材電爆噴涂激光噴涂，激光噴焊激光噴涂，激光噴焊v熱噴涂的特點熱噴涂的特點(1)熱噴涂方法多熱噴涂具體方法有十幾種，熱噴涂方法多熱噴涂具體方法有十幾種

4、，可以選擇合適的方法對零件進行熱噴涂。可以選擇合適的方法對零件進行熱噴涂。(2)熱噴涂材料種類廣泛金屬及其合金、陶熱噴涂材料種類廣泛金屬及其合金、陶瓷、塑料、尼龍以及它們的復合材料等瓷、塑料、尼龍以及它們的復合材料等都可以作為噴涂材料。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，一般也不受零件料表面都可以熱噴涂，一般也不受零件尺寸及場地限制，既可以大面積噴涂，尺寸及場地限制，既可以大面積噴涂，也可以進行局部噴涂。也可以進行局部噴涂。(4)(4)基體材料受影響小基體材料受影響小 噴涂時可使基體控噴涂時可使基體控制在較低溫度，所

5、以基體變形制在較低溫度，所以基體變形(5)(5)涂層厚度可以控制涂層厚度可以控制 涂層厚度從幾十微涂層厚度從幾十微米到幾微米，可以根據要求確定。米到幾微米，可以根據要求確定。(6)(6)操作環境較差存在粉塵、煙霧和噪聲等操作環境較差存在粉塵、煙霧和噪聲等問題，因此需要加強防護措施。問題，因此需要加強防護措施。2 熱噴涂原理熱噴涂原理o熱噴涂原理：熱噴涂原理： 熱噴涂技術利用熱源將噴熱噴涂技術利用熱源將噴涂材料融化或軟化，借助熱源本身動力涂材料融化或軟化，借助熱源本身動力或外加的壓縮空氣流，將噴涂材料霧化或外加的壓縮空氣流，將噴涂材料霧化成微粒形成快速的離子流，然后噴射到成微粒形成快速的離子流，

6、然后噴射到基材表面獲得表面涂層。盡管熱噴涂技基材表面獲得表面涂層。盡管熱噴涂技術方法很多，但是噴涂過程、涂層形成術方法很多，但是噴涂過程、涂層形成和涂層結構基本相同。和涂層結構基本相同。o噴涂過程噴涂過程o熱噴涂過程如圖熱噴涂過程如圖7-4所示，噴涂材料從進入熱源所示，噴涂材料從進入熱源到形成涂層可以劃分為以下四個階段：到形成涂層可以劃分為以下四個階段：o (1)噴涂材料的熔化粉末噴涂材料進入熱源高溫噴涂材料的熔化粉末噴涂材料進入熱源高溫區域，被加熱到熔化態或軟化態；線材噴涂材料區域，被加熱到熔化態或軟化態；線材噴涂材料的端部在熱源高溫區加熱熔化，熔化的材料以熔的端部在熱源高溫區加熱熔化，熔化

7、的材料以熔滴形式存在于線材端部。滴形式存在于線材端部。 (2)熔化的噴涂材料的霧化對于線材噴涂時，熔化的噴涂材料的霧化對于線材噴涂時，端部的熔滴在外加壓縮氣流或熱源自身射流的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，并霧化成細小熔滴向前作用下脫離線材端部，并霧化成細小熔滴向前噴射；在粉未噴涂時，不存在粉末的細化和霧噴射；在粉未噴涂時，不存在粉末的細化和霧化過程，直接在壓縮氣流或熱源射流推動下發化過程，直接在壓縮氣流或熱源射流推動下發生噴射。生噴射。(3)粒子的飛行階段熔化或軟化的微細顆粒首粒子的飛行階段熔化或軟化的微細顆粒首先被氣流或射流加速，當飛行一定距離后速度先被氣流或射

8、流加速，當飛行一定距離后速度又減小。又減小。 (4)粒子的噴涂階段具有一定速度和溫度的微粒子的噴涂階段具有一定速度和溫度的微細粒子到達基材表面，發生強烈的碰撞。細粒子到達基材表面，發生強烈的碰撞。 涂層的形成涂層的形成o粒子在碰撞基體表面或撞擊已經形成的涂層的粒子在碰撞基體表面或撞擊已經形成的涂層的瞬間，把動能轉化為熱能后傳給基體，同時粒瞬間，把動能轉化為熱能后傳給基體，同時粒子在凹凸不乎的表面發生變形，形成扁平狀粒子在凹凸不乎的表面發生變形，形成扁平狀粒子，并且迅速凝固成涂層。噴涂的粒子不斷飛子，并且迅速凝固成涂層。噴涂的粒子不斷飛向基材表面，產生碰撞一變形冷凝的過程，向基材表面，產生碰撞一

9、變形冷凝的過程，變形粒子與基材之問及粒子與粒子之問相互交變形粒子與基材之問及粒子與粒子之問相互交疊在一起，形成涂層，涂層形成如圖所示。疊在一起，形成涂層，涂層形成如圖所示。涂層結合機理涂層結合機理o涂層的結合包括涂層與基材的結合及涂層之間涂層的結合包括涂層與基材的結合及涂層之間的結合。前者的結合強度稱為結合力，后者的的結合。前者的結合強度稱為結合力，后者的結合強度稱為內聚力。涂層與基體問的結合機結合強度稱為內聚力。涂層與基體問的結合機理理 目前尚未存在統一的定論，已經提出以下幾目前尚未存在統一的定論，已經提出以下幾種類型：種類型：o 1)機械結合。熔融態的粒子撞擊到基材表面后機械結合。熔融態的

10、粒子撞擊到基材表面后鋪展成扁平狀的液態薄層，嵌合在起伏不平的鋪展成扁平狀的液態薄層，嵌合在起伏不平的表面形成機械結合，又稱為拋錨效應。表面形成機械結合，又稱為拋錨效應。o2)物理結合。當高速運動的熔融粒子撞擊基體物理結合。當高速運動的熔融粒子撞擊基體表面后，若界面兩側緊密接觸的距離達到原子表面后，若界面兩側緊密接觸的距離達到原子品格常數范圍內時，產生范德華力，提高基體品格常數范圍內時，產生范德華力，提高基體與涂層間的結合強度。與涂層間的結合強度。o3)3)擴散結合。當熔融的噴涂粒子高速撞擊基體擴散結合。當熔融的噴涂粒子高速撞擊基體表面形成緊密接觸時，由于變形和高溫的作用，表面形成緊密接觸時，由

11、于變形和高溫的作用，基體表面的原子得到足夠的能量，使涂層與基基體表面的原子得到足夠的能量，使涂層與基體之間產生原子擴散，形成擴散結合。擴散的體之間產生原子擴散，形成擴散結合。擴散的結果使在界面兩側微小范圍內形成一層同溶體結果使在界面兩側微小范圍內形成一層同溶體或金屬間化合物，增加了涂層與基體之間的結或金屬間化合物，增加了涂層與基體之間的結合強度。合強度。o4)4)冶金結合。當基體預熱，或噴涂粒子有高的冶金結合。當基體預熱，或噴涂粒子有高的熔化潛熱，或噴涂粒子本身發生放熱化學反應熔化潛熱，或噴涂粒子本身發生放熱化學反應如如NiAlNiAl，熔融態的粒子與局部熔化的基體之間，熔融態的粒子與局部熔化

12、的基體之間發生發生“焊合景象，產生焊合景象，產生“焊點焊點”，形成微區，形成微區冶金結合。冶金結合。o下面介紹幾種熱噴涂設備及其相關工藝下面介紹幾種熱噴涂設備及其相關工藝48%25%8%4%15% AW CW CP HVOF PS 1 等離子噴涂等離子噴涂等離子噴涂技術在耐磨、耐蝕涂等離子噴涂技術在耐磨、耐蝕涂層應用已較為廣泛層應用已較為廣泛, ,從從5050年代至年代至今今, ,其應用領域由航空、航天擴其應用領域由航空、航天擴展到了汽車制造、石油化工、紡展到了汽車制造、石油化工、紡織機械、船舶等領域織機械、船舶等領域, ,應用市場應用市場規模也隨之不斷增長。近年來規模也隨之不斷增長。近年來,

13、 ,高溫等離子噴涂在金剛石膜、生高溫等離子噴涂在金剛石膜、生物陶瓷涂層物陶瓷涂層, ,超細微材料、紅外超細微材料、紅外涂層等方面的應用研究也獲得較涂層等方面的應用研究也獲得較大進展大進展, ,顯示了良好應用前景。顯示了良好應用前景。2000年美國熱噴涂市場年美國熱噴涂市場AW 電弧絲材噴涂，電弧絲材噴涂，CW火焰絲材噴涂火焰絲材噴涂HOVF 超音速火焰噴涂；超音速火焰噴涂； CP火焰粉末噴火焰粉末噴涂涂PS 等離子噴涂等離子噴涂v等離子態的特性就是電離氣體的正離子、負離子(常常是電子)所造成的，是和其它三態是不同的。 o等離子體武器等離子體武器oyou.joy/video/2222883.ht

14、m 氣穩等離子噴涂氣穩等離子噴涂o溫度：溫度： 10000K-20000Ko粒子速度：粒子速度：240m/so適應材料：金屬及合金粉末，陶瓷，金屬陶瓷粉末，塑適應材料：金屬及合金粉末，陶瓷，金屬陶瓷粉末，塑料粉末料粉末o涂層基體結合：較高涂層基體結合：較高20-50MPao涂層孔隙率：涂層孔隙率：2-5%o涂層氧化物含量：涂層氧化物含量：0.5-1%o耗用功率：耗用功率：30-80kWo操作性能：噪聲操作性能：噪聲125dB，需要在隔音車間工作，需要在隔音車間工作o厚度限制：小于厚度限制：小于1mmo一次性投資成本：一次投資成本高，綜合成本高一次性投資成本：一次投資成本高，綜合成本高高能等離子

15、噴涂高能等離子噴涂o溫度： 10000K-30000Ko粒子速度：240-1220m/so適應材料：陶瓷，金屬陶瓷粉末o涂層基體結合：非常高30-90MPao涂層孔隙率：小于2%o涂層氧化物含量：約0.1%o耗用功率：100-250kWo操作性能：噪聲125-130dB，需要在隔音車間工作o厚度限制：小于1mm，最厚可達20mmo一次性投資成本：一次投資成本很高，綜合成本較高真空等離子噴涂真空等離子噴涂o溫度： 10000K-30000Ko粒子速度：240-610m/so適應材料：易氧化的金屬和合金粉末o涂層基體結合：高，50-70MPao涂層孔隙率：小于1%o涂層氧化物含量：最低o耗用功率：

16、50-100kWo操作性能：只能在特定的真空艙中進行o厚度限制：小于2.0mmo一次性投資成本：一次投資成本特高，綜合成本很高等離子噴涂設備圖等離子噴涂設備圖o 等離子噴涂的應用等離子噴涂的應用 軸類零件，鈷碳化鎢 輥套，氧化鋁 氧化鋁薄板上噴涂氧化鋯 內孔專用等離子噴涂設備內孔專用等離子噴涂設備 等離子噴涂涂層等離子噴涂涂層 Cr2O3涂層Al2O3+13TiO22. 超音速火焰噴涂超音速火焰噴涂(HVOF)o1981年美國的年美國的J.A. Browning發明了告訴發明了告訴氧氧-燃氣火焰噴槍燃氣火焰噴槍(High velocity oxygen fuel system, HVOF)。使

17、傳統的氧。使傳統的氧-乙炔火乙炔火焰噴涂發生深刻變化，成為當代熱噴涂工藝領焰噴涂發生深刻變化，成為當代熱噴涂工藝領域最重要的技術手段之一。域最重要的技術手段之一。超音速噴涂特點超音速噴涂特點o與等離子噴涂相比，具有設備簡單、一次投資與等離子噴涂相比，具有設備簡單、一次投資少、噴涂粒子速度高、可以現場噴涂、使用氣少、噴涂粒子速度高、可以現場噴涂、使用氣源廣等優點源廣等優點o焰流速度高，焰流速度高，1500-2200m/s，顆粒速度為氣流速，顆粒速度為氣流速度的度的20-40%，可達到，可達到900m/so涂層結合強度高，噴涂涂層結合強度高，噴涂Co-WC涂層可達涂層可達70-90MPao涂層致密

18、，孔隙率小于涂層致密，孔隙率小于1%o粉末的氧化燒損小，特別適合于噴涂碳化物等粉末的氧化燒損小，特別適合于噴涂碳化物等易氧化的材料易氧化的材料超音速噴涂特點超音速噴涂特點o涂層應力為壓應力，殘余應力低，可噴厚涂層涂層應力為壓應力，殘余應力低，可噴厚涂層o由于火焰溫度較低，且粉末在火焰中飛行時間由于火焰溫度較低，且粉末在火焰中飛行時間短，無法熔融高熔點陶瓷粉末材料短，無法熔融高熔點陶瓷粉末材料o一般適宜噴涂細粉末。若噴涂金屬或合金粉末，一般適宜噴涂細粉末。若噴涂金屬或合金粉末，成本太高，體現不出優越性。成本太高，體現不出優越性。o熱效率低，成本高。熱效率低，成本高。o供氣系統龐大，操作不方便。供

19、氣系統龐大，操作不方便。超音速噴涂示意圖超音速噴涂示意圖圖圖1 1 高速燃氣噴涂設備高速燃氣噴涂設備1-1-噴涂槍噴涂槍 2-2-冷卻水冷卻水 3-3-控制箱控制箱 4-4-送粉器送粉器 5-5-氣體供給氣體供給超音速噴涂設備圖超音速噴涂設備圖HVAF超音速噴涂裝置HVOF超音速噴涂裝置高速空氣燃料噴涂超音速噴涂中噴涂WCNiCr金屬陶瓷的輥筒(壽命為高質量電鍍Cr的5倍)上海新業噴涂機械有限公司產品上海新業噴涂機械有限公司產品涂層致密度99.5%以上WC-Co涂層硬度DPH300g）10001500涂層結合力700kgf/cm22000 kgf/cm2可噴涂最大厚度10mm以上涂層與工件結合

20、應力壓應力噴涂速率12kg/h可噴涂工件表面平面、外圓噴槍采用燃料煤油噴槍最高溫度3200 超音速火焰噴涂設備超音速火焰噴涂設備xy-pt3. 爆炸噴涂爆炸噴涂o爆炸噴涂是利用混合氣體爆炸的能量將具各種爆炸噴涂是利用混合氣體爆炸的能量將具各種功能的粉末材料加熱并加速轟擊到工件表面上，功能的粉末材料加熱并加速轟擊到工件表面上，使之形成堅固涂層，由于氣體的爆炸燃燒可產使之形成堅固涂層，由于氣體的爆炸燃燒可產生超過音速生超過音速3 3倍的超音速高能氣流，其沖擊波傳倍的超音速高能氣流，其沖擊波傳播速度可達播速度可達30003000米米/ /秒，中心溫度可達秒，中心溫度可達34503450，因此，爆炸噴

21、涂所產生的膜層具有極強的結合因此，爆炸噴涂所產生的膜層具有極強的結合力。力。爆炸噴涂設備爆炸噴涂設備第聶泊3型爆炸噴涂設備5.00萬美元輔助設施 o隔音間必須裝有監測爆炸氣體濃度和通風系統的設施，排風系統應有防爆裝置，并設有保護系統） o操作間 o供氣 （燃料氣體室 ，氧氣室）o通風 （排風機必需考慮防爆措施 ）o冷卻水系統 o轉架o噴砂設備及噴砂間 性能及特點o涂層結合強度高，致密性好 o工件受熱小，不變形 o功能性強，應用范圍廣可對單一金屬、合金、氧化物或混合氧化物，硬質合金，以碳化鎢或碳化鈦為基體的金屬陶瓷及各種復合材料等進行噴涂） o適用于大尺寸工件的噴涂 o原料豐富，價格低廉 性能及

22、特點o噪聲極高達到噪聲極高達到140-150dBo噴涂速率低，噴涂噴涂速率低，噴涂Al2O3時為時為2kg/h,WC-Co時時8kg/ho非連續性的脈沖式噴涂使噴涂速率降低。但使非連續性的脈沖式噴涂使噴涂速率降低。但使基體受熱程度降低，又是一個優點。基體受熱程度降低，又是一個優點。o成本高成本高通用熱噴涂設備參考價格通用熱噴涂設備參考價格熱噴涂施工中的安全與防護熱噴涂施工中的安全與防護o爆炸危險及有害氣體o爆炸危險：爆炸噴涂、超音速火焰噴涂等都使用易燃氣體作燃料，等離子噴涂中也用氫氣作等離子輔助氣體。o有害氣體：Ar，He，N2可以導致窒息。高溫下N2+O2生產氮氧化合物。o粉塵o活性材料粉塵

23、如Al，Mg等；微細顆粒對呼吸系統有害；有粉塵爆炸危險水洗型濕式除塵系統）熱噴涂施工中的安全與防護熱噴涂施工中的安全與防護o噪聲o影響人的神經、聽力、反應靈敏性o弧光和輻射o等離子噴涂時紫外線的強度為點焊時的33-50倍，能穿透普通布質衣服而使人體灼傷。熱噴涂操作人員必須經國家指定的有關部門培訓，并取得合格證書，熱噴涂操作人員必須經國家指定的有關部門培訓，并取得合格證書，方可進行操作。方可進行操作。設備供應商信息設備供應商信息o中國農業機械化科學研究院表面工程技術研究所中國農業機械化科學研究院表面工程技術研究所 地地 址：北京德勝門外北址：北京德勝門外北沙灘一號沙灘一號 郵郵 編：編：1000

24、83100083o電電 話：話25542554 傳傳 真：真: sunyingcaams.or: o代理代理FSTFST火焰噴涂技術公司荷、英、意國際集團公司的火焰噴涂技術公司荷、英、意國際集團公司的MP-100-MP-100-APS/HVOFAPS/HVOF等離子等離子/ /超音速噴涂系統、第二代超音速噴涂系統、第二代HV-HV-空氣空氣- -燃料燃料HV-AFHV-AF噴涂系噴涂系統、統、HV-PWHV-PW高速粉末高速粉末/ /線材噴涂系統、線材

25、噴涂系統、M-APS 45M-APS 45等離子噴涂設備、等離子噴涂設備、M-APS 15M-APS 15等離子噴涂設備、等離子噴涂設備、FWS-20FWS-20火焰線材噴涂設備、超音速火焰噴涂火焰線材噴涂設備、超音速火焰噴涂HVOFHVOF設設備、電弧噴涂設備、噴涂機器人、等離子和備、電弧噴涂設備、噴涂機器人、等離子和HVOFHVOF噴涂系統控制裝置、噴涂噴涂系統控制裝置、噴涂輔助設備、交鑰匙工程等以及各類粉末、線材等熱噴涂材料；還可提供該輔助設備、交鑰匙工程等以及各類粉末、線材等熱噴涂材料；還可提供該公司獨立開發的在冶金、能源、閥門、造紙、紡織、石油、化工、航空、公司獨立開發的在冶金、能源

26、、閥門、造紙、紡織、石油、化工、航空、航天等許多行業應用的涂層成套技術航天等許多行業應用的涂層成套技術o代理國內外先進的保養焊接及表面工程設備，如超音速火焰噴涂代理國內外先進的保養焊接及表面工程設備，如超音速火焰噴涂HVOFHVOF設備、等離子噴涂設備、等離子噴焊設備、火焰線材噴涂設備、電弧噴涂設備、等離子噴涂設備、等離子噴焊設備、火焰線材噴涂設備、電弧噴涂設備、火焰噴涂噴焊設備等以及各種保養焊接設備設備、火焰噴涂噴焊設備等以及各種保養焊接設備 o九江等離子噴涂廠o本廠位于江西省九江市西郊6公里處，現有職工3100余人，專業技術人員17人，具備較為完善的機械、電機電器制造，測試能力，專業生產等

27、離子噴涂、噴焊設備，并對外承攬噴涂、噴焊加工業務。 本廠產品具有輸出功率大，高漁高熗，自動化程度高的特點，可用于各種材料的噴涂、噴焊工藝，能在工件表面制備出物理、化學性質優良，與基體結合良好，并可進行機械加工的表面工作厚，使工件的運行壽命大幅度提高。 主要產品型號： 1、LP60Z型等離子噴涂設備； 2、GP80型等離子噴涂設備； 3、LUP100PC型等離子噴焊設備配內燃機氣門噴焊專用機床）； 4、L4400PC型等離子噴焊設備配通甲噴焊機床）。 本廠可以提供生產噴涂、噴焊用粉末和廠家名錄。 如需了解詳，函電我廠或來人均可。o地址：江西九江市閆家渡 ：332103 ：（07926843111

28、 ：（07926843164部分相關網站部分相關網站/x-14.asp odl-plasma/lizi1.htm osulzermetco 冷噴涂及其應用1 來源 o2 0 1 9 年 11 月 ， 在 德 國 慕 尼 黑 附 近 的ERDING 所舉行的HVOF專題會議上，來自24個國家390名與會代表，一致接納熱噴涂家族中一位新成員冷噴涂。 o冷噴涂工藝原稱冷氣動力噴涂法冷噴涂工藝原稱冷氣動力噴涂法CGSM：Cold gas-dynamic spray Method）。它的發現，源于）。它的發現，源于一次偶然機會。上個世紀一次偶然機會。上個世紀80年代中期，俄羅斯科年代中

29、期，俄羅斯科學院設在西伯利亞諾沃西比爾斯克市的理論與應學院設在西伯利亞諾沃西比爾斯克市的理論與應用力學研究所，在進行超音速風道負載顆粒流的用力學研究所，在進行超音速風道負載顆粒流的實驗時，對宇宙飛船侵蝕所進行的觀測中，主持實驗時，對宇宙飛船侵蝕所進行的觀測中，主持該項工作的該項工作的A. N. PAPYRIN教授得出一個驚人的教授得出一個驚人的發現：當顆粒速度超過某一定值時，顆粒的磨損發現：當顆粒速度超過某一定值時，顆粒的磨損效應會轉化成很強的粘附力。效應會轉化成很強的粘附力。 o帶著這一認識，A.N.PAPARIN移居美國，并接受一家汽車制造財團的支持。1994年底申報專利并在一次熱噴涂會議

30、上首次提出冷噴涂。在這位俄國教授日后的工作中，有兩位人物起了關鍵作用：一位是德國林德LINDE氣體公司的P. Heinrich，他是德國熱噴涂協會的一名執委；另一位是漢堡的Kreye教授。由于他們的參與，促成建立了“熱噴涂主管中心”，成為該大學與氣體公司的聯合項目。在此后的二年中，對這項新工藝的優勢及潛在特點在漢堡及慕尼黑采用相同的設備做了系統的研究。2000年末，冷噴涂首次獲得工業應用，近期又建立了冷氣工藝有限公司，成為一家持有執照的冷噴涂裝置的供應商。至此，冷噴涂登上了市場舞臺。 2 速度增強而熱能減弱熱噴涂技術演進的一種趨勢 o常規的熱噴涂過程是：采用電、化學或機械能，常規的熱噴涂過程是

31、：采用電、化學或機械能，產生一種高速焰流，粉末被導入焰流，二者相互產生一種高速焰流，粉末被導入焰流，二者相互作用，熱量與動量從焰流傳送到顆粒，后者得到作用，熱量與動量從焰流傳送到顆粒，后者得到升溫與加速。在與基體表面碰撞時，顆粒的熱能升溫與加速。在與基體表面碰撞時，顆粒的熱能與動能使顆粒產生濺落，被粘附于基體表面，形與動能使顆粒產生濺落，被粘附于基體表面，形成涂層。在諸如燃燒火焰或等離子焰這類高溫過成涂層。在諸如燃燒火焰或等離子焰這類高溫過程中，顆粒被熔化，以液滴形態撞擊到基體表面，程中，顆粒被熔化，以液滴形態撞擊到基體表面，繼而濺落并驟冷，形成涂層。繼而濺落并驟冷，形成涂層。 o在熱噴涂過程

32、中，熱能和速度是相輔相成的兩個在熱噴涂過程中，熱能和速度是相輔相成的兩個非常重要的要素，它們的每一步飛躍都促成了熱非常重要的要素，它們的每一步飛躍都促成了熱噴涂技術的進展。等離子噴涂工藝的出現，推動噴涂技術的進展。等離子噴涂工藝的出現，推動了熱噴涂技術產生了巨大的飛躍。這是熱能溫了熱噴涂技術產生了巨大的飛躍。這是熱能溫度的一次跨躍；而度的一次跨躍；而HVOF的登場，則是速度的的登場，則是速度的較量。較量。 o盡管等離子噴涂工藝至今仍然占據著熱噴涂中的老大地位，但不得否認，HVOF問世以來，它的傳統優勢正面臨挑戰。一個明顯的問題是，過程的高溫會使一些材料發生相變、分解或C、B等元素的損失，影響涂

33、層性能，從而使一些重要的噴涂材料，如WC-Co核NiCr-Cr3C2等，正在成為HVOF最佳的選取對象，更何況，涉及到一些涂層的重要性能方面，如涂層的結合強度、內聚強度和致密度等，等離子噴涂已失去固有的優勢，讓位于HVOF工藝。 o與等離子噴涂相比，HVOF或HVAF噴涂過程，顆粒的受熱減弱而飛行速度得到加強，在到達基體表面時，增強的動能轉化為熱能，使顆粒熔化并導致濺落，熱能的不足被增強的動能所補償。然而，人們發現，這一過程仍存在著氧化問題。事實上，HVOF噴涂顆粒被撞擊到基體表面之后，以及在從高溫降到常溫的過程中，都伴隨著氧化，也會出現分解，冷噴涂正是在這種趨勢及要求的背景下產生出來。 3

34、冷噴涂過程 o 冷噴涂過程不采用任何高溫火焰，不需加熱與冷噴涂過程不采用任何高溫火焰，不需加熱與熔化粉末，涂層的形成完全靠固體顆粒的高能熔化粉末，涂層的形成完全靠固體顆粒的高能撞擊所產生的變形而生成。撞擊所產生的變形而生成。 o冷噴涂系統的基本配置見圖冷噴涂系統的基本配置見圖 冷噴涂系統的基本配置 o全部系統包括：全部系統包括：o1.1.高壓源氣高壓源氣體加壓裝置）體加壓裝置） o2.2.高壓送粉器高壓送粉器 o3.3.加熱器加熱器o4.4.噴槍噴槍 o高壓源使氣體產生高壓，推動工作氣及送粉載氣加速；加熱器設有兩套，分別使載氣及工作氣預熱到一定的溫度；送粉器是在帶壓的狀態下將粉末送入噴槍內，噴

35、槍后部是腔膛，在此處粉末與工作氣混合，經喉管進入噴咀。工作氣是產生高速的介質，在進入槍膛前在加熱器預熱到100-600C，以加大顆粒流速。載氣在另一加熱器受熱后，經送粉器成軸向將粉末送入噴槍.o噴嘴結構為收斂擴散型拉烏爾噴咀，以使氣體得到加速，見圖.噴嘴有不同的幾何形式，噴涂氣流隨噴咀的不同而呈不同的截面。 o工作氣從噴嘴進口處1.53.5Mpa的壓力膨脹到常壓，造成一種超音速氣流，隨噴咀形狀、工作氣類別、進氣壓力與溫度、顆粒大小與密度等因素的不同，顆粒速度波動于500-1000米/秒。工作氣的預熱，有利于顆粒速度的提升，又會使顆粒受熱，便于撞擊時變形，但氣體溫度明顯低于材料的熔點。這就是說，

36、伴隨熔化所出現的氧化或相變不會發生。 4 噴涂材料及噴涂特性 o 噴涂材料呈粉末態。最適宜噴涂的粉末是對溫噴涂材料呈粉末態。最適宜噴涂的粉末是對溫度敏感、易相變、對氧敏感的一些材料。對溫度敏感、易相變、對氧敏感的一些材料。對溫度敏感的如非晶態類，易相變的如碳化物類，度敏感的如非晶態類，易相變的如碳化物類，氧敏感材料如銅和鈦等。這些材料在冷噴時不氧敏感材料如銅和鈦等。這些材料在冷噴時不受熱，即使散落的粉末也可收集再用。冷噴材受熱，即使散落的粉末也可收集再用。冷噴材料從低熔點的鋅到高熔點的鈦和鈮。料從低熔點的鋅到高熔點的鈦和鈮。 o 涂層的最大特點是含氧量很低，例如，噴涂銅涂層的最大特點是含氧量很

37、低，例如，噴涂銅的涂層與粉末的含氧量相同，噴涂過程不增氧，的涂層與粉末的含氧量相同，噴涂過程不增氧，涂層的導電率可達純銅的涂層的導電率可達純銅的90%，涂層致密與，涂層致密與固態銅十分相近，能達到高真空元件要求。固態銅十分相近，能達到高真空元件要求。 5 冷噴涂實例 o銅的冷噴：噴嘴進口處工作氣壓力為2.5Mpa，溫度380C，銅粉為-25+5m，噴涂距離20-50mm，工作氣加熱到800C,增壓至3.5Mpa。噴咀喉頸直徑2.7mm，出口直徑8.6mm。采用N2為工作氣，N2流量為28-58米3/時，基體為鋁管，顆粒撞擊基體時的速度和溫度分別為370-630米/秒與60-120C。 o 噴涂

38、結果為：沉積效率60%左右，涂層厚度達5mm，粉末及涂層含氧量均為0.2%，涂層硬度HV0.3140-150,結合強度為35Mpa。 噴槍噴槍6 應用前景 o對工件的熱負載達到最小，很低的熱輸出不會對工件的熱負載達到最小，很低的熱輸出不會產生熱應力。因此，涂層厚度可達數毫米或更產生熱應力。因此，涂層厚度可達數毫米或更多。多。o選用不同噴嘴，造成不同噴射界面，能形成一選用不同噴嘴，造成不同噴射界面，能形成一種自由結構，例如，汽車制造業的發動機和底種自由結構，例如，汽車制造業的發動機和底盤，可以自如的噴涂而無需進行任何后處理盤，可以自如的噴涂而無需進行任何后處理 o噴涂射流非常集中，只有數毫米，可

39、靈活的噴涂任何復雜工件，也不許進行噴前遮蓋，噪音不大 o鈦涂層有一系列優良性能，特別是它的抗腐蝕性。為了制取純鈦涂層，以往采用昂貴而又繁雜的低壓等離子噴涂，而冷噴鈦涂層則明顯占優勢；同樣，銅涂層可以在電子行業顯其伸手。可以預期，冷噴涂工藝將會使熱噴涂技術擴展新的應用領域。 超音速微粒轟擊超音速微粒轟擊(SFPB)(SFPB)金屬金屬材料表面納米化原理材料表面納米化原理 o超音速微粒轟擊技術是利用氣超音速微粒轟擊技術是利用氣- -固雙相流固雙相流的基本原理以超音速氣流作為載體，攜帶的基本原理以超音速氣流作為載體，攜帶硬質固體微粒以極高的動能轟擊金屬表面，硬質固體微粒以極高的動能轟擊金屬表面，微粒

40、數目十分巨大，并且重復轟擊，使金微粒數目十分巨大，并且重復轟擊，使金屬表面發生強烈塑性變形，晶粒細化直至屬表面發生強烈塑性變形，晶粒細化直至納米量級。其過程大致如圖所示。納米量級。其過程大致如圖所示。 超音速單個微粒轟擊金屬表面塑性形變示意圖超音速單個微粒轟擊金屬表面塑性形變示意圖當單個具有很高動能當單個具有很高動能的微粒轟擊到金屬表的微粒轟擊到金屬表面時，轟擊部位發生面時，轟擊部位發生輻射狀流變，當轟擊輻射狀流變，當轟擊力力(P)超過金屬的屈超過金屬的屈服極限服極限(0.2)時形成時形成不可逆的永久性微凹不可逆的永久性微凹坑，其下形成塑性變坑，其下形成塑性變形層。形層。 金屬在臨界切應金屬在

41、臨界切應力作用下，易滑力作用下，易滑移面移面( (即原子密排即原子密排面面) )之間產生滑移。之間產生滑移。其微觀機制則是其微觀機制則是由位錯運動來完由位錯運動來完成的。在彈塑性成的。在彈塑性變形時位錯密度變形時位錯密度增加增加. . 超音速微粒轟擊的絕超音速微粒轟擊的絕大部分動能轉變成熱大部分動能轉變成熱能而耗散，小部分轉能而耗散，小部分轉變為內應力并促使位變為內應力并促使位錯運動重排形成小角錯運動重排形成小角度晶界、亞晶界度晶界、亞晶界 。多。多次重復這一過程使金次重復這一過程使金屬材料表層納米化，屬材料表層納米化，由表及里，隨轟擊力由表及里，隨轟擊力的逐漸減弱，塑性變的逐漸減弱，塑性變形程度相應變小，晶形程度相應變小，晶粒納米化的尺寸相應粒納米化的尺寸相應增大。增大。 超音速微粒轟擊金屬表面納超音速微粒轟擊金屬表面納米化層中存在一定的壓應力，米化層中存在一定的壓應力，為一種亞穩結構。為一種亞穩結構。 2