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热喷涂原理

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热喷涂原理

发布日期:2019-03-15 作者:广州拓珅表面处理 点击:

热喷涂技术是涂覆工艺,其中熔化(或加热)的材料喷涂到表面上。 “原料”(涂料前体)通过电(等离子体或电弧)或化学方式(燃烧火焰)加热。

与其他涂覆工艺(例如电镀 , 物理和化学气相沉积)相比,热喷涂可以在高沉积速率下在大面积上提供厚涂层(大约厚度范围为20微米至几毫米,取决于工艺和原料)。 可用于热喷涂的涂料包括金属,合金,陶瓷,塑料和复合材料。 它们以粉末或线材形式进料,加热至熔融或半熔融状态并以微米尺寸颗粒的形式朝向基材加速。 燃烧或电弧放电通常用作热喷涂的能量源。 通过许多喷涂颗粒的积累制备所得涂层。 表面可能不会显着升温,从而允许涂覆易燃物质。

涂层质量通常通过测量其孔隙率 , 氧化物含量,宏观和显微硬度 , 粘合强度和表面粗糙度来评估。 通常,涂层质量随着颗粒速度的增加而增加。

有几种不同的热喷涂方式:220px-Dlr-vakuumplasmaspritzanlage.JPG

等离子喷涂

爆轰喷涂

电弧喷涂

火焰喷涂

高速氧 - 燃料涂层喷涂(HVOF)

高速空气燃料(HVAF)

温暖喷涂

冷喷涂

在经典(1910年至1920年之间开发)但仍然广泛使用的工艺如火焰喷涂和电弧喷涂中,颗粒速度通常较低(<150m / s),并且原材料必须熔化以沉积。 20世纪70年代开发的等离子喷涂采用电弧放电产生的高温等离子体射流,典型温度> 15000 K,可以喷涂耐火材料,如氧化物, 钼等。


系统概述220px-FlameSpraying.jpg

典型的热喷涂系统包括以下内容:

喷枪(或喷枪) - 执行熔化和加速待沉积颗粒的核心装置

进料器 - 通过管子向火炬供应粉末 , 电线或液体 。

介质供应 - 用于产生火焰或等离子体射流的气体或液体 ,用于携带粉末的气体等。

机器人 - 用于操纵割炬或待涂层的基板

电源 - 通常为火炬独立供电

控制台 - 集成或单独用于上述所有操作


爆轰热喷涂工艺

爆震枪由一个长水冷桶组成,带有用于气体和粉末的入口阀。 将氧气和燃料(最常见的乙炔)与粉末一起加入桶中。 火花用于点燃气体混合物,并且所产生的爆炸加热并加速粉末通过枪管达到超音速。 在每次爆炸后,使用氮气脉冲吹扫枪管。 这个过程每秒重复多次。 热粉末颗粒与基材撞击时的高动能导致非常致密且坚固的涂层的积累。

等离子喷涂

电线火焰喷涂

在等离子喷涂工艺中,待沉积的材料(原料) - 通常作为粉末 ,有时作为液体 ,悬浮液或线材 - 被引入等离子体喷枪中 ,从等离子体喷枪发出。 在温度大约为10,000K的射流中,材料熔化并推向基板。 在那里,熔融的液滴变平,迅速凝固并形成沉积物。 通常,沉积物作为涂层保持粘附在基材上; 也可以通过移除基板来制造独立部件。 存在大量影响颗粒与等离子体射流和基底的相互作用的技术参数,因此影响沉积性质。 这些参数包括原料类型,等离子气体成分和流速,能量输入,火炬偏移距离,基板冷却等。

存款属性

沉积物由大量薄饼状的“ 薄片 ”组成,称为薄片 ,由液滴变平形成。 由于原料粉末通常具有从微米到高于100微米的尺寸,所以薄片具有微米范围的厚度和几个到几百微米的横向尺寸。 在这些薄片之间,存在小的空隙,例如孔隙,裂缝和不完全粘合的区域。 由于这种独特的结构,沉积物可具有与散装材料显着不同的性质。 这些通常是机械性能,例如较低的强度和模量 ,较高的应变耐受性以及较低的导热性和导电性 。而且,由于快速凝固 ,沉积物中可存在亚稳相 。

应用

该技术主要用于在结构材料上生产涂层。 这种涂层提供高温保护(例如用于废热管理的 热障涂层 ), 腐蚀 , 腐蚀 , 磨损 ; 它们还可以改变表面的外观,电气或摩擦学性能,更换磨损的材料等。当喷涂在各种形状的基板上并移除时,可以生产板,管,壳等形式的独立部件。 。 它也可用于粉末加工(球化,均质化,化学改性等)。 在这种情况下,不存在用于沉积的基底,并且颗粒在飞行期间或在受控环境(例如,水)中固化。 这种带有变化的技术也可用于产生适合于骨向内生长的多孔结构,作为医用植入物的涂层。 可以将聚合物分散气溶胶注入等离子体放电中,以便将该聚合物接枝到基板表面上。该申请主要用于改变聚合物的表面化学。


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