热喷涂技术在普通材料的表面上,制造一个特殊的工作表面,使其达到:防腐、耐磨、减摩、抗高温、抗氧化、隔热、绝缘、导电、防微波辐射等一系多种功能,使其达到节约材料,节约能源的目的,我们把特殊的工作表面叫涂层,把制造涂层的工作方法叫热喷涂。
整个过程除与设备类型有关外,还涉及喷涂材料、热源和喷射速度。喷涂材料包括金属、陶瓷和塑料等。热源主要有氧燃料火焰、直流电弧等离子弧和激光等几种。粉粒的速度决定着热喷涂层的密度,粉粒速度越快,涂层越致密。
基于这些因素,大体上可以把热喷涂方法分为火焰喷涂法、爆炸喷涂法、超音速喷涂法、电弧喷涂法、等离子喷涂法和激光喷涂法等。
无论何种工艺方法,喷涂过程中形成涂层的原理和涂层结构基本一致。热喷涂形成涂层的过程一般经历四个阶段:喷涂材料加热熔化阶段、雾化阶段、飞行阶段、碰撞沉积阶段。
加热熔化阶段
当喷涂材料为线(棒)材时,喷涂过程中,线材的端部连续不断地进入热源高温区被加热熔化,形成熔滴;当喷涂材料为粉末时,粉末材料直接进入热源高温区,在行进的过程中被加热至熔化或半熔化状态。
雾化阶段线
(棒)材在喷涂过程中被加热熔化形成熔滴,在外加压缩气流或热源自身气流动力的作用下,将线(棒)材端部熔滴雾化成微细熔粒并加速粒子的飞行速度;当喷涂材料为粉末时,粉末材料被加热到足够高温度,超过材料的熔点形成液滴时,在高速气流的作用下,雾化破碎成更细微粒并加速飞行速度。
飞行阶段
加热熔化或半熔化状态的粒子在外加压缩气流或热源自身气流动力的作用下被加速飞行。粒子飞行过程中喷涂粒子首先被加速,随着飞行距离的增加而减速。下图是等离子喷涂工艺过程中喷涂粒子沿喷嘴轴向飞行速度分布示意图。
碰撞沉积阶段
具有一定温度和速度的喷涂粒子在接触基体材料的瞬间,以一定的动能冲击基体材料表面,产生强烈的碰撞。在碰撞基体材料的瞬间,喷涂粒子的动能转化为热能并传递给基体材料,在凹凸不平的基材表面上产生形变。由于热传递的作用,变形粒子迅速冷凝并伴随着体积收缩,其中大部分粒子呈扁平状牢固地粘结在基体材料表面上,而另一小部分碰撞后经基体反弹而离开基体表面。随着喷涂粒子束不断地冲击碰撞基体表面,碰撞—变形—冷凝收缩—填充连续进行。变形粒子在基体材料表面上,以颗粒与颗粒之间相互交错叠加地粘结在一起,而*终沉积形成涂层。
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