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火焰類噴涂
1、火焰噴涂火焰噴涂包括線材火焰噴涂和粉末火焰噴涂。線材火焰噴涂法:是早發明的噴涂法。它是把金屬線以一定的速度送進噴槍里,使端部在高溫火焰中熔化,隨即用壓縮空氣把其霧化并吹走,沉積在預處理過的工件表面上。噴涂源為噴嘴,金屬絲穿過噴嘴中心,通過圍繞噴嘴和氣罩形成的環形火焰中,金屬絲的 連續地被加熱到其熔點。然后,由通過氣罩的壓縮空氣將其霧化成噴射粒子,依靠空氣流加速噴射到基體上,從而熔融的粒子冷卻到塑性或半熔化狀態,也發生一定程度的氧化。粒子與基體撞擊時變平并粘結到基體表面上,隨后而來的與基體撞擊的粒子也變平并粘結到先前已粘結到基體的粒子上,從而堆積成涂層。絲材的傳送靠噴槍中空氣渦輪或電動馬達旋轉,其轉速可以調節,以控制送絲速度。采用空氣渦輪的噴槍,送絲速度的微調比較困難,而且其速度受壓縮空氣的影響而難以恒定,但噴槍的質量輕,適用于手工操作;采用電動馬達傳送絲材的噴涂設備,雖然送絲速度容易調節,也能保持恒定,噴涂自動化程度高,但噴槍笨重,只適用于機械噴涂。在絲材火焰噴槍中,燃氣火焰主要用于線材的熔化,適宜于噴涂的金屬絲直徑一般為1.8~4.8mm。但有時直徑較大的棒材,甚至一些帶材亦可噴涂,不過此時須配以特定的噴槍。粉末火焰噴涂法:它與絲材火焰噴涂的不同之處是噴涂材料不是絲材而是粉末。在火焰噴涂中通常使用乙炔和氧組合燃燒而提供熱量,也可以用甲基乙炔,丙二烯(MPS),丙烷,氫氣或天然氣。火焰噴涂可噴涂金屬,陶瓷,塑料等材料,應用非常靈活,噴涂設備輕便簡單,可移動,價格低于其他噴涂設備,經濟型好,是噴涂技術中使用較廣泛的一種方法。但是,火焰噴涂也存在明顯的不足。如噴出的顆粒速度較小,火焰溫度較低,涂層的粘結強度及涂層本身的綜合強度都比較低,且比其他方法得到的氣孔率都。此外,火焰中心為氧化氣氛,所以對高熔點材料和易氧化材料,使用時應注意。為了改善火焰噴涂的不足,提高結合強度及涂層密度,可采用將壓縮空氣或氣流加速裝置來提高顆粒速度;也可以采用將壓縮氣流由空氣改為惰性氣體的辦法來降低氧化程度,但這同時也提高了成本。
等粒子噴涂工藝在等粒子噴涂過程中,影響涂層質量的工藝參數很多,主要有:①等離子氣體:氣體的選擇原則主要根據是可用性和經濟性,N2氣便宜,且離子焰熱焓高,傳熱快,利于粉末的加熱和熔化,但對于易發生氮化反應的粉末或基體則不可采用。Ar氣電離電位較低,等離子弧穩定且易于引燃,弧焰較短,適于小件或薄件的噴涂,此外Ar氣還有很好的保護作用,但Ar氣的熱焓低,價格昂貴。氣體流量大小直接影響等離子焰流的熱焓和流速,從而影響噴涂效率,涂層氣孔率和結合力等。流量過高,則氣體會從等離子射流中帶走有用的熱,并使噴涂粒子的速度升高,減少了噴涂粒子在等離子火焰中的“滯留”時間,導致粒子達不到變形所必要的半熔化或塑性狀態,結果是涂層粘接強度、密度和硬度都較差,沉積速率也會顯著降低;相反,則會使電弧電壓值不適當,并大大降低噴射粒子的速度。極端情況下,會引起噴涂材料過熱,造成噴涂材料過度熔化或汽化,引起熔融的粉末粒子在噴嘴或粉末噴口聚集,然后以較大球狀沉積到涂層中,形成大的空穴。②電弧的功率:電弧功率太高,電弧溫度升高,更多的氣體將轉變成為等離子體,在大功率、低工作氣體流量的情況下,幾乎全部工作氣體都轉變為活性等粒子流,等粒子火焰溫度也很高,這可能使一些噴涂材料氣化并引起涂層成分改變,噴涂材料的蒸汽在基體與涂層之間或涂層的疊層之間凝聚引起粘接不良。此外還可能使噴嘴和電極燒蝕。而電弧功率太低,則得到部分離子氣體和溫度較低的等離子火焰,又會引起粒子加熱不足,涂層的粘結強度,硬度和沉積效率較低。③供粉:供粉速度必須與輸入功率相適應,過大,會出現生粉(未熔化),導致噴涂效率降低;過低,粉末氧化嚴重,并造成基體過熱。送料位置也會影響涂層結構和噴涂效率,一般來說,粉末必須送至焰心才能使粉末獲得 的加熱和 的速度。④噴涂距離和噴涂角:噴槍到工件的距離影響噴涂粒子和基體撞擊時的速度和溫度,涂層的特征和噴涂材料對噴涂距離很敏感。噴涂距離過大,粉粒的溫度和速度均將下降,結合力、氣孔、噴涂效率都會明顯下降;過小,會使基體溫升過高,基體和涂層氧化,影響涂層的結合。在機體溫升允許的情況下,噴距適當小些為好。噴涂角:指的是焰流軸線與被噴涂工件表面之間的角度。該角小于45度時,由于“陰影效應”的影響,涂層結構會惡化形成空穴,導致涂層疏松。⑤噴槍與工件的相對運動速度:噴槍的移動速度應保證涂層平坦,不出線噴涂脊背的痕跡。也就是說,每個行程的寬度之間應充分搭疊,在滿足上述要求前提下,噴涂操作時,一般采用較高的噴槍移動速度,這樣可防止產生局部熱點和表面氧化。⑥基體溫度控制:較理想的噴涂工件是在噴涂前把工件預熱到噴涂過程要達到的溫度,然后在噴涂過程中對工件采用噴氣冷卻的措施,使其保持原來的溫度。在等離子噴涂的基礎上又發展了幾種新的等離子噴涂技術
真空等離子噴涂(又叫低壓等離子噴涂)真空等離子噴涂是在氣氛可控的,4~40Kpa的密封室內進行噴涂的技術。因為工作氣體等離子化后,是在低壓氣氛中邊膨脹體積邊噴出的,所以噴流速度是超音速的,而且非常適合于對氧化高度敏感的材料。4、水穩等離子噴涂前面說的等離子噴涂的工作介質都是氣體,而這種方法的工作介質不是氣而是水,它是一種高功率或高速等離子噴涂的方法,其工作原理是:噴槍內通入高壓水流,并在槍筒內壁形成渦流,這時,在槍體后部的陰極和槍體前部的旋轉陽極間產生直流電弧,使槍筒內壁表面的一部分蒸發、分解,變成等離子態,產生連續的等離子弧。由于旋轉渦流水的聚束作用,其能量密度提高,燃燒穩定,因此,可噴涂高熔點材料,特別是氧化物陶瓷,噴涂效率非常高。電熱法
1、電爆噴涂:在線材兩端通以瞬間大電流,使線材熔化并發生爆炸。此法專用來噴涂氣缸等內表面。2、感應加熱噴涂:采用高頻渦流把線材加熱,然后用高壓氣體霧化并加速的噴涂方法。3、電容放電加熱:利用電容放電把線材加熱,然后用高壓氣體霧化并加速的噴涂方法。激光法
把高密度能量的激光束朝著接近于零件的基體表面的方向直射,基體同時被一個輔助的激光加熱器加熱,這時,細微的粉末以傾斜的角度被吹送到激光束中。圖11 激光噴涂熔化粘結到基體表面,形成了一層薄的表面涂層,與基體之間形成良好的結合(噴涂環境可選擇大氣氣氛或惰性氣體氣氛,或真空下進行)
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