物理涂镀技术市公开课一等奖百校联赛特等奖课件.pptx

物理涂镀技术物理涂镀技术 材料材料10第1页复习：复习：第一节第一节 热喷涂定义、分类及特点热喷涂定义、分类及特点第二节 热喷涂原理、工艺及应用第三节第三节 氧氧-乙炔火焰喷涂乙炔火焰喷涂一、原理及特点一、原理及特点 二、重熔二、重熔 三、喷涂和喷熔设备三、喷涂和喷熔设备 四、喷涂用金属材料四、喷涂用金属材料五、喷涂（熔）用金属粉末五、喷涂（熔）用金属粉末六、喷涂用非金属粉末六、喷涂用非金属粉末七、喷涂用复合材料七、喷涂用复合材料八、金属八、金属线材线材火焰喷涂工艺火焰喷涂工艺 第2页八、金属线材火焰喷涂工艺八、金属线材火焰喷涂工艺 v1、工件表面处理、工件表面处理v1）净化）净化-同电镀、涂装。同电镀、涂装。v2）粗化（毛糙处理）粗化（毛糙处理）v（1）喷砂）喷砂v（2）机械加工）机械加工v 毛车螺纹毛车螺纹v 车（铇、铣）沟槽、压花。车（铇、铣）沟槽、压花。v 车螺纹后压花车螺纹后压花车螺纹后压花车螺纹后压花v 车（铇、铣）沟槽或车螺纹后压花车（铇、铣）沟槽或车螺纹后压花v（3）喷放热性能粉末）喷放热性能粉末v（4）特殊形状毛糙处理）特殊形状毛糙处理第3页八、金属线材火焰喷涂工艺八、金属线材火焰喷涂工艺 1、工件表面处理、工件表面处理(净化、粗化净化、粗化)v2、喷涂工艺、喷涂工艺v（1）喷前检验喷前检验v（2）喷涂材料及参数选择喷涂材料及参数选择-参见教材参见教材第4页第5页八、金属线材火焰喷涂工艺八、金属线材火焰喷涂工艺 1、工件表面处理、工件表面处理(净化、粗化净化、粗化)2、喷涂工艺、喷涂工艺v（3）喷涂操作注意事项）喷涂操作注意事项v涂层是否均匀、尽可能使枪与工件表面垂直以涂层是否均匀、尽可能使枪与工件表面垂直以防止防止“虚喷虚喷”。v3、涂层后处理、涂层后处理-机加工机加工，把工件加工成所，把工件加工成所需成份；需成份；封闭封闭，以下。，以下。v4、封闭处理、封闭处理1）因为涂层有空隙（如氧乙炔火焰线材喷铝涂层孔）因为涂层有空隙（如氧乙炔火焰线材喷铝涂层孔隙率为隙率为8-12%），影响防腐蚀效果。），影响防腐蚀效果。2）封闭效果）封闭效果-（涂层（涂层+封闭）寿命封闭）寿命涂层寿命涂层寿命+封闭封闭寿命寿命3）封闭剂应具备条件）封闭剂应具备条件-良好渗透性、耐腐蚀性。良好渗透性、耐腐蚀性。第6页4）封闭剂种类）封闭剂种类第7页八、金属线材火焰喷涂工艺八、金属线材火焰喷涂工艺 1、工件表面处理、工件表面处理2、喷涂工艺、喷涂工艺 3、涂层后处理、涂层后处理4、封闭处理、封闭处理v5、喷铝扩散工艺、喷铝扩散工艺v钢铁表面预处理钢铁表面预处理-喷砂喷砂v喷铝喷铝-厚厚0.25-0.5mm.v涂料保护涂料保护-水玻璃涂三层，预防加热水玻璃涂三层，预防加热时铝流失与基体氧化。时铝流失与基体氧化。v扩散退火扩散退火-涂层表层形成氧化膜、内部涂层表层形成氧化膜、内部形成铁铝合金扩散层，起到耐高温抗氧化。形成铁铝合金扩散层，起到耐高温抗氧化。第8页第9页新内容：九、金属新内容：九、金属粉末粉末火焰喷涂工艺火焰喷涂工艺 v1、表面预处理及预热、表面预处理及预热v1）预处理（净化和粗化）预处理（净化和粗化）-提升涂层附着力提升涂层附着力v2）预热）预热-令工件热膨胀，减小涂层与工件温差，令工件热膨胀，减小涂层与工件温差，减小热应力；提升原子扩散能力，增加涂层附着力。减小热应力；提升原子扩散能力，增加涂层附着力。温度温度100 左右，太高工件表面氧化，减弱涂层附左右，太高工件表面氧化，减弱涂层附着力。着力。v3）表面预处理及预热次序）表面预处理及预热次序-从道理上讲，应先从道理上讲，应先预热后表面预处理，实际上有一定困难。预热后表面预处理，实际上有一定困难。第10页九、金属九、金属粉末粉末火焰喷涂工艺火焰喷涂工艺v2、喷涂、喷涂v1）喷打底粉末（结合层）喷打底粉末（结合层）-采取镍铝复合放热型采取镍铝复合放热型粉末，粉末，180-250目，过细会大量冒烟（氧化加剧）。目，过细会大量冒烟（氧化加剧）。v2）喷工作涂层）喷工作涂层-注意火焰大小和送粉量大小匹注意火焰大小和送粉量大小匹配。配。v火焰大粉量小火焰大粉量小-粉末温度高；粉末温度高；v火焰小粉量大火焰小粉量大-粉末温度低。粉末温度低。v 粉粉111或粉或粉112为粉末牌号（详细参见相关手册）为粉末牌号（详细参见相关手册）第11页九、金属九、金属粉末粉末火焰喷涂工艺火焰喷涂工艺v3、涂层后处理（封闭）（前面已将）、涂层后处理（封闭）（前面已将）v4、涂层缺点分析、涂层缺点分析v1）剥落和裂纹剥落和裂纹-工件不洁（氧化膜、油工件不洁（氧化膜、油污、锈斑等）、工件预热不够造成热应力过污、锈斑等）、工件预热不够造成热应力过大、打底层太薄且与基体结合不好等。大、打底层太薄且与基体结合不好等。v2）分层和疏松分层和疏松-喷距过大或与枪与工件喷距过大或与枪与工件表面太斜或热能不集中；乙炔中含水分或送表面太斜或热能不集中；乙炔中含水分或送粉量过大，涂层中产生粉量过大，涂层中产生“夹生夹生”。第12页十、火焰十、火焰喷熔喷熔工艺工艺（采取自熔性合金粉末（采取自熔性合金粉末）v1、“一步法一步法”喷熔工艺喷熔工艺v工件预处理（净化、粗化）工件预处理（净化、粗化）-预热（普通钢铁预热（普通钢铁件件200-300 ）-预喷粉（预喷粉（0.2mm喷熔粉末，喷熔粉末，预防预热工件表面氧化）预防预热工件表面氧化）-局部喷粉（至所需局部喷粉（至所需要厚度，普通不超出要厚度，普通不超出2mm）-在该局部重熔在该局部重熔-在另一局部喷粉（至所需要厚度）在另一局部喷粉（至所需要厚度）-重熔重熔-重复重复步骤直至整个工件表面完成。步骤直至整个工件表面完成。v“一步法一步法”喷熔工艺是指在某个局部一次喷粉后喷熔工艺是指在某个局部一次喷粉后（除预喷粉）就到达所需厚度。（除预喷粉）就到达所需厚度。第13页十、火焰十、火焰喷熔喷熔工艺工艺v2、“二步法二步法”喷熔工艺喷熔工艺v工件预处理（净化、粗化）工件预处理（净化、粗化）-预热（普通钢铁预热（普通钢铁件件200-300 ）-预喷粉（预喷粉（0.2mm喷熔粉末，喷熔粉末，预防预热工件表面氧化）预防预热工件表面氧化）-整体喷粉（一次普整体喷粉（一次普通不超出通不超出1.2mm）-整体重熔整体重熔-整体喷整体喷另一次粉另一次粉-整体重熔整体重熔-重复重复步骤直至步骤直至整个工件表面到达所需厚度。整个工件表面到达所需厚度。v“二步法二步法”喷熔工艺是指整个工件表面分屡次喷粉喷熔工艺是指整个工件表面分屡次喷粉后（除预喷粉）才到达所需厚度。后（除预喷粉）才到达所需厚度。第14页十、火焰十、火焰喷熔喷熔工艺工艺v3、“一步法一步法”与与“二步法二步法”区分区分v“一步法一步法”-局部一次喷粉。适于小工件局部一次喷粉。适于小工件或中小工件局部区域喷粉。或中小工件局部区域喷粉。v“二步法二步法”-整体屡次喷粉。适于圆柱及整体屡次喷粉。适于圆柱及回转件或大面积工件喷粉。回转件或大面积工件喷粉。第15页十一、十一、塑料粉末塑料粉末火焰喷涂工艺火焰喷涂工艺1、获取塑料涂层比较、获取塑料涂层比较 v当前广泛采取流化床和静电喷粉，涂层质量好，当前广泛采取流化床和静电喷粉，涂层质量好，但不能用于大型工件，仅在室内施工涂层较薄。但不能用于大型工件，仅在室内施工涂层较薄。所以，塑料粉末火焰喷涂工艺在一些场所是必要。所以，塑料粉末火焰喷涂工艺在一些场所是必要。v2、塑料粉末火焰喷涂关键问题、塑料粉末火焰喷涂关键问题v 1）粉末经过火焰区加热，既要加热到熔融状）粉末经过火焰区加热，既要加热到熔融状 v 态又不能过热而变质。态又不能过热而变质。v 2）均匀送粉。）均匀送粉。v 3）基体适当预热。）基体适当预热。第16页十一、十一、塑料粉末塑料粉末火焰喷涂工艺火焰喷涂工艺3、工艺特点、工艺特点v1）涂层光滑无气孔，这是金属粉末、陶瓷）涂层光滑无气孔，这是金属粉末、陶瓷粉末无法比。粉末无法比。v2）涂层性能可控制，加金属粉末可提升涂）涂层性能可控制，加金属粉末可提升涂层耐磨和导热性；层耐磨和导热性；v3）加陶瓷粉末可提升涂层硬度和耐磨性；）加陶瓷粉末可提升涂层硬度和耐磨性；v4）加不一样颜料以及改性剂可得到不一样）加不一样颜料以及改性剂可得到不一样装饰效果。装饰效果。第17页十一、十一、塑料粉末塑料粉末火焰喷涂工艺火焰喷涂工艺4、工艺过程、工艺过程v1）粉料准备：选粉（）粉料准备：选粉（100-250目），烘烤目），烘烤（60 2小时）小时）v2）工件前处理：净化、粗化，预热）工件前处理：净化、粗化，预热（150-250 ）v3）喷粉（喷距）喷粉（喷距200mm）v4）淬火（可自然冷却，也可水淬令其晶粒）淬火（可自然冷却，也可水淬令其晶粒细化，提升涂层结合强度和韧性）细化，提升涂层结合强度和韧性）第18页目是指每平方英吋筛网上孔眼数目，目是指每平方英吋筛网上孔眼数目，1 1目就是指每平目就是指每平方英吋上孔眼是方英吋上孔眼是1 1个。除了表示筛网孔眼外，它同时个。除了表示筛网孔眼外，它同时用于表示能够经过筛网粒子粒径，目数越高，粒径用于表示能够经过筛网粒子粒径，目数越高，粒径越小。越小。下表为我国通常使用筛网目数与粒径（下表为我国通常使用筛网目数与粒径（mm）对照表）对照表目目mm目目mm目目mm目目mm2.52.579257925121213971397606024524532532547473 358805880141411651165656522022042542533334 4459945991616991991808019819850050025255 539623962202083383310010016516562562520206 633273327242470170111011015015080080015157 727942794272758958918018083831250125010108 82362236232324954952002007474250025005 59 91981198135354174172502506161325032502 210101651165140403503502702705353125012500 01 1第19页十一、十一、塑料粉末塑料粉末火焰喷涂工艺火焰喷涂工艺5、塑料粉末火焰喷涂原理、塑料粉末火焰喷涂原理空气筒空气筒火焰筒火焰筒粉末熔融态粉末熔融态氧乙炔气氧乙炔气压缩空气压缩空气粉末粉末工工件件第20页v1、（涂层（涂层+封闭）复合寿命封闭）复合寿命单独涂层寿命单独涂层寿命+单独封闭层单独封闭层寿命？寿命？v主要是封闭剂堵塞了涂层中空隙，切断了腐蚀介质腐蚀基主要是封闭剂堵塞了涂层中空隙，切断了腐蚀介质腐蚀基体通道，到达了涂层和封闭剂发挥各自优势，填补它层缺体通道，到达了涂层和封闭剂发挥各自优势，填补它层缺点效果。故寿命长。点效果。故寿命长。v2、打底粉末作用是什么？、打底粉末作用是什么？v打底粉末打底粉末-NiAl复合粉末，复合粉末，3Ni+Al=Ni3Al+Q，Ni+Al=NiAl+Q，产生瞬间高温，使，产生瞬间高温，使Ni能向基体中扩散，能向基体中扩散，形成冶金结合，提升涂层与基体结协力。形成冶金结合，提升涂层与基体结协力。v3、什么是喷熔、什么是喷熔“一步法一步法”、“二步法二步法”？v“一步法一步法”喷熔工艺是指在某个局部一次喷粉后（除预喷喷熔工艺是指在某个局部一次喷粉后（除预喷粉）就到达所需厚度。粉）就到达所需厚度。适于小工件或中小工件局部区域喷适于小工件或中小工件局部区域喷粉。粉。v“二步法二步法”喷熔工艺是指整个工件表面分屡次喷粉后（除喷熔工艺是指整个工件表面分屡次喷粉后（除预喷粉）才到达所需厚度。预喷粉）才到达所需厚度。适于圆柱及回转件或大面积工适于圆柱及回转件或大面积工件喷粉。件喷粉。第21页v第四节第四节v超音速超音速火焰火焰喷涂和爆炸喷涂和爆炸火焰火焰喷涂（略）喷涂（略）第22页第五节第五节 电弧喷涂电弧喷涂 v一、原理及发展现实状况一、原理及发展现实状况v1、原理、原理 其飞行时间只有几其飞行时间只有几千分之一秒或更少千分之一秒或更少通电后，两金属丝间通电后，两金属丝间产生电弧，金属丝一产生电弧，金属丝一边熔化一边送进，压边熔化一边送进，压缩空气将熔化金属液缩空气将熔化金属液雾化，高速飞向工件雾化，高速飞向工件表面成涂层。表面成涂层。第23页一、原理及发展现实状况一、原理及发展现实状况v2、发展现实状况v热喷涂技术是在19由瑞士肖普（schoop）博士创造（首创）并用雾化装置进行喷涂试验。在19制作出世界首台丝材喷枪，并在其后逐步完善和得到应用。19，日本人去瑞士考查后，创造了以交流电为热源电弧热喷涂装置，但因交流电不稳定，效率低，涂层质量差等原因，这种交流电弧热喷涂技术及装置未能得到实际推广和应用。以后德国改用直流电源后，电弧喷涂才有了真正实用价值，1938年，美国研制成功了电弧丝材喷枪，其后又研制出粉末氧乙炔火焰喷枪。1953年，当初西德研制出自熔性合金粉，这是喷涂材料发展一次重大突破，（是粉末喷涂材料从单一金属向合金材料发展，从低熔点材料向高熔点材料发展，从低耐磨性向高耐磨性发展里程碑）。第24页一、原理及一、原理及发展现实状况发展现实状况v上世纪上世纪50年代后期，美国又相继研制出爆炸喷涂和等年代后期，美国又相继研制出爆炸喷涂和等离子喷涂，满足了当初航空、导弹等尖端技术对涂层离子喷涂，满足了当初航空、导弹等尖端技术对涂层性能需要。性能需要。上世纪上世纪6070年代，是喷涂材料发展十分年代，是喷涂材料发展十分活跃时期，美国、加拿大、瑞士、西德、比利时等国活跃时期，美国、加拿大、瑞士、西德、比利时等国分别研制生产出系列复合粉、各种自熔合金粉、陶瓷分别研制生产出系列复合粉、各种自熔合金粉、陶瓷粉、金属陶瓷粉和自粘结复合粉等，这其中包含以粉、金属陶瓷粉和自粘结复合粉等，这其中包含以Ni-Al为基础放热型复合粉，这些材料出现以及材料生产为基础放热型复合粉，这些材料出现以及材料生产技术不停完善，使得喷涂材料愈加齐备和商品化，满技术不停完善，使得喷涂材料愈加齐备和商品化，满足了当初，直到今天人们在这方面需求。足了当初，直到今天人们在这方面需求。第25页二、电弧喷涂特点及应用二、电弧喷涂特点及应用1、特点、特点v1）涂层与基体结合强度高（）涂层与基体结合强度高（180m/s，而，而火焰线材喷涂火焰线材喷涂N2 Arv电弧等离子体静特征电弧等离子体静特征-电弧电压与电弧电流电弧电压与电弧电流之间关系之间关系一、等离子喷涂原理一、等离子喷涂原理 1、原理、原理 v2、等离子焰流特征、等离子焰流特征v1）什么是等离子体）什么是等离子体v2）等离子焰流速度和温度）等离子焰流速度和温度第35页第36页第37页一、等离子喷涂原理一、等离子喷涂原理 1、原理、原理 2、等离子焰流特征、等离子焰流特征3、等离子体喷涂特点、等离子体喷涂特点v1）温度高，可喷材料广泛（几乎全部材料）温度高，可喷材料广泛（几乎全部材料）v2）工件不带电，基材范围广）工件不带电，基材范围广v3）基体热损伤小（与喷熔和堆焊相比）基体热损伤小（与喷熔和堆焊相比）v4）涂层质量好（涂层致密、附着力大，因为温度、）涂层质量好（涂层致密、附着力大，因为温度、v 速度均高）速度均高）v5）缺点：有强光、强噪声、和有害蒸汽等，需采）缺点：有强光、强噪声、和有害蒸汽等，需采v 取防护办法。取防护办法。第38页我不认我不认为在听为在听音乐！音乐！第39页作业题二作业题二1、画图说明电弧喷涂原理。其特点是什么？、画图说明电弧喷涂原理。其特点是什么？特点特点1）涂层与基体结合强度高。（）涂层与基体结合强度高。（180m/s，而火焰线材喷涂，而火焰线材喷涂160m/s，温度高，粒子含热量多，伪冶金结合倾向大），温度高，粒子含热量多，伪冶金结合倾向大）2）喷涂效率高，可达）喷涂效率高，可达55kg/hZn，是火焰线材喷涂，是火焰线材喷涂2-4倍。倍。3）设备投资大，但使用费用低。（效率高，电比气费用低）。）设备投资大，但使用费用低。（效率高，电比气费用低）。4）可方便地制造）可方便地制造“伪合金层伪合金层”。通电后，两金属丝间通电后，两金属丝间产生电弧，金属丝一产生电弧，金属丝一边熔化一边送进，压边熔化一边送进，压缩空气将熔化金属液缩空气将熔化金属液雾化，高速飞向工件雾化，高速飞向工件表面成涂层。表面成涂层。第40页作业题三作业题三特点特点1）温度高，可喷材料广泛（几乎全部材料）温度高，可喷材料广泛（几乎全部材料）2）工件不带电，基材范围广）工件不带电，基材范围广3）基体热损伤小（与喷熔和堆焊相比）基体热损伤小（与喷熔和堆焊相比）4）涂层质量好（涂层致密、附着力大，因为温度、速度均高）涂层质量好（涂层致密、附着力大，因为温度、速度均高）5）缺点：有强光、强噪声、和有害蒸汽等，需采取防护办法。）缺点：有强光、强噪声、和有害蒸汽等，需采取防护办法。工作气体工作气体-Ar或或N2或或Ar+5-15%H2或或N2+5-15%H2通电后钨极与壳体之间产生电通电后钨极与壳体之间产生电弧等离子弧，温度可达弧等离子弧，温度可达0K，加，加热喷涂材料至熔融或半熔融态，热喷涂材料至熔融或半熔融态，被高速焰流雾化并高速撞向工被高速焰流雾化并高速撞向工件涂层。件涂层。2、画图说明等离子喷涂原理。其特点是什么？、画图说明等离子喷涂原理。其特点是什么？第41页“863”计划计划(项目）项目）v1986年3月，王大珩、王淦（gan）昌、杨嘉墀（chi）、陈芳允四位老科学家给中共中央写信，提出要跟踪世界先进水平，发展我国高技术提议。这封信得到了邓小平同志高度重视，小平同志亲自指示：此事宜速决断，不可拖延。经过广泛、全方面和极为严格科学和技术论证后，中共中央、国务院同意了高技术研究发展计划（863计划）纲要。从此，中国高技术研究发展进入了一个新阶段。来，在党中央和国务院正确领导下，在相关部门大力支持下，经过广大科技人员奋力攻关，863计划取得了重大进展，为我国高技术发展、经济建设和国家安全做出了主要贡献。v863计划是在世界高技术蓬勃发展、国际竞争日趋激烈关键时期，我国政府组织实施一项对国家久远发展含有主要战略意义国家高技术研究发展计划，在我国科技事业发展中占有极其主要位置，担负着发展高科技、实现产业化主要历史使命。第42页v根据中共中央高技术研究发展计划（863计划）纲要精神，863计划从世界高技术发展趋势和中国需要与实际可能出发，坚持“有限目标,突出重点”方针，选择了生物技术、航天技术、信息技术、激光技术、自动化技术、能源技术和新材料7个高技术领域作为我国高技术研究发展重点（1996年增加了海洋技术领域）。v其总体目标是：集中少部分精干力量，在所选高技术领域，瞄准世界前沿，缩小与发达国家差距，带动相关领域科学技术进步，造就一批新一代高水平技术人才，为未来形成高技术产业准备条件，为20世纪末特别是二十一世纪初我国经济和社会向更高水平发展和国防安全创造条件。为此，国家每年都要为863计划投入千亿人民币以上巨资。v863计划主要是由政府主导，同时鼓励企业参加。其中国家级科研机关和各高等院校是科学研究主导力量，而企业要加入863计划必须经过政府和相关部门严格筛选，更重要是企业自身实力和发展潜力，所以只有极少具有实力企业才能作为该计划负担单位。v资助力度150万。第43页“973”“973”计划计划(项目项目)v1997年6月4日，原国家科技领导小组第三次会议决定要制订和实施国家重点基础研究发展规划，随即由科技部组织实施了国家重点基础研究发展计划（亦称973计划）。制订和实施973计划是党中央、国务院为实施“科教兴国”和“可连续发展战略”，加强基础研究和科技工作作出主要决议；是实现以至二十一世纪中叶我国经济、科技和社会发展宏伟目标，提升科技连续创新能力，迎接新世纪挑战主要举措。第44页v东北大学一项目获973计划资助2400万元；v由山东大学彭实戈院士申请金融风险控制中定量分析与计算项目正式经过国家973计划评审，取得立项资助。这是山东大学继年首次取得973计划项目以来，第二次主持和负担国家973计划项目。v大连海事大学两个项目获国家重点基础研究发展计划（简称“973计划”）前期研究专题资助。其中，王祖温教授主持船舶航运安全机理及事故预测理论研究获专题资助45万元，张芝涛教授主持海洋赤潮生物羟基自由基致死机理研究获专题资助45万元。第45页863计划与计划与973计划区分计划区分v国家国家高技术研究高技术研究发展计划（发展计划（863计划）计划）v国家国家重点基础研究重点基础研究发展计划（发展计划（973计划）计划）第46页“计划”。v为落实落实总书记在庆贺清华大学建校100周年大会上主要讲话精神，主动推进协同创新，促进高等教育与科技、经济、文化有机结合，大力提升高等学校创新能力，支撑创新型国家和人力资源强国建设，决定实施“高等学校创新能力提升计划”（简称“计划”）。第47页