求助热处理高手

kevin8hu

在一些资料上看到有这个说发，热喷涂工艺，本人对这个概念很陌生，不知为何物，请高手们解释一下，谢谢了！

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热喷涂是一种表面改性的方法，在热喷涂过程中，细微而分散的金属或非金属的涂层材料，以一种熔化或半熔化状态，沉积到一种经过制备的基体表面，形成某种喷涂沉积层。涂层材料可以是粉状、带状、丝状或棒状。热喷涂枪由燃料气、电弧或等离子弧提供必需的热量，将热喷涂材料加热到塑态或熔融态，再经受压缩空气的加速，使受约束的颗粒束流冲击到基体表面上。冲击到表面的颗粒，因受冲压而变形，形成叠层薄片，粘附在经过制备的基体表面，随之冷却并不断堆积，最终形成一种层状的涂层。
  Y1 `8 t7 u* C2 T( C在工程、机械的表面领域，热喷涂技术是最有效、最省钱和最直接的增强表面功能和工艺参数的方法。能够通过热喷涂手段改进和提高的表面种类几乎是无限的。通过喷金属、陶瓷、合金、重熔等等工艺手段，工程表面的功能概念得以延伸。

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1）表面清理。油污、油漆用溶剂或清洗剂清除。如果油渍已渗入基体材料内可用乙炔一氧焰烘烤。对锈层可酸浸，机械打磨或喷砂清除。<表面粗化。表面粗化的方法有喷砂、切槽或车螺纹、滚花纹、拉毛等。这些方法可单独使用，也可以并用．喷砂。喷砂后基体呈现出新表面，并获得一定的表面粗糙度。喷砂用磨料必须清洁干燥并有尖锐棱角。优先选用熔融刚玉、碳化硅、冷硬铸铁砂。对零件壁厚＞4mm和厚涂层，可选粒度0.5～1.5mm的磨料，表面可得到Rz＝l00μm的粗糙度。壁厚＜4mm或表面硬度低的基体材料（如铝、铜、铸铁等），可选用粒度细的冷硬铸铁砂，喷砂后表面粗糙度达Rz=25μm即可．切槽或车螺纹：槽或螺纹的表面粗糙度以Ra=6.3～12.5um为宜，加工时不用冷却液。平面基体可用挫削或砂轮打磨，在平面边缘应加工固定槽。
' i4 j$ q. _( v( [' x7 j/ y    iii．滚花纹：对不适于切槽或车螺纹的工件，可以在表面滚交叉花纹，但应避免出现尖角.拉毛：对硬度高的工件表面，采用电火花拉毛，但薄涂层工件应慎用。工件表面粗化后，呈现新鲜表面，应防止污染，严禁用手触摸，保存在清洁、干燥的环境里。一般在粗化前预热，粗化后即行喷涂，相隔时间不宜超过2h; ④非涂层表面的防护。喷涂表面附近的不喷涂表面需加以防护，常用的方法是用耐热的玻璃布或石棉布屏蔽起来。喷涂部位的油孔、键槽等用石墨或粉笔堵平或略高于基面，喷涂后清除时应注意不要碰伤涂层。 (2)涂层喷涂;涂层喷涂在表面预处理后进行。首先对工件预热，然后喷涂粘结层，工作层，喷后进行工件冷却。①喷前预热。一般小件在烘箱内预热，通常对较大零件直接用喷枪或气焊炬加热。加热用中性焰或微碳化焰，温度控制在80-100℃，喷涂时工件温度＞80℃。铜件、铝件散热快，预热温度应达300-400℃喷粘结层。喷粘结层可以提高涂层与基体的结合力，但应注意控制粘结层的厚度。一般，镍包铝层厚度为0.1～0.2mm，铝包镍层厚度为0.08～0.1mm。由于粘结层厚度难测量，因此以单位喷涂面积喷粉量来衡量，镍包铝粉取0.15g/cm2，铝包镍粉取0.08g/cm2。喷粉时用中性或弱碳火焰，送粉后出现集中亮红火束，并有蓝白色烟雾。如果火焰末端呈白亮色，表明粉有过烧现象；如果火焰末端呈暗红色，表明粉末熔透。出现上述现象时，应调整火焰或送粉量基体经宏观粗化后，表面有明显的峰谷，喷射角度应尽量垂直于喷涂表面。
. B+ d" Y+ d( q6 T5 L   ③喷涂工作层。结合层喷完后，用钢丝刷除去灰粉及氧化膜，即换料斗，喷工作层。铁基粉末用弱碳化焰，铜基粉末用中性焰，镍基粉末用焰介于两者之间，视其成分调整。高熔点的材料需在火焰中滞留时间长些，用碳化焰为好。低熔点不易氧化的材料适用中性焰。喷距一般应掌握在180～200mm，即火焰长度的4/5处为宜。喷枪与工件相对移动速度为70-150mm/s，正常线速度为15～25m/min 喷涂过程中，经常测量基体温度，超过了250℃时宜暂停喷涂。如果工件装在车床上，应使车床继续旋转，待冷却至200℃时，继续喷涂。<;对棱角部位喷涂时，如起毛刺应及时清除。<;④喷后工件冷却。喷后工件温度为250℃左右，一般工件不会产生严重变形。对一些特殊形状零件应采取一定预防变形的措施，如长轴在机床上边转动边冷却，对形状复杂或涂层厚度＞1.5mm时，喷后埋在石灰中或砂中缓冷。3)喷涂层的后处理;①封孔。涂层的孔隙约占总体积的15％，而且有些孔隙互相连通，由表及里。多孔性对摩擦副储油润滑有利，但对受液压的零件易产生泄漏。对后一类零件，喷涂后需用封孔剂填充孔隙，这一工序称为封孔。封孔剂的性能要求是浸透性好，不溶解，不变质，在工作温度下性能稳定，能增强而不是降低涂层性能。常用的封孔剂有环氧、酚醛、聚氨酯等树脂粘结剂等。;环氧、酚醛、聚氨酯树脂粘结剂属于热固性材料，使用温度260℃以下，耐有机溶剂及弱酸。应用时，清洗喷涂后的表面，再将其加热到40℃左右，将按配方调好的粘结剂涂刷在涂层表面，24h后固化即可。对需加工的表面，涂层应经粗加工后进行封孔，以防止已封孔的表面被加工掉。    ②涂层的机械加工。涂层组织疏松，与基体结合强度不高且导热系数低，不可用一般金属加工的刀具和切削用量来加工涂层推荐切削加工用刀具及切削用量如下．镍基及铁基粉末涂层用硬质合金刀，铜基粉末涂层用高速钢刀。刀具主偏角25o～30o，主前角为0°～8°，主后角为5°～8°，刀尖圆弧半径为0. 8mm.。质合金刀切削用量：粗切时切削速度为20～60m/min，铁基涂层选小值，铜基涂层选大值。进给量0.2mm，切削深度0.1～0.3mm，铜基涂层选大值。精切时切削速度25～70m/min。铁基涂层选小值，铜基涂层选大值。进给量0.05～0．8m/min，切削深度0.05～0.15mm,铜基涂层可选大值。磨削加工用砂轮及磨削用量如下。镍基和铁基涂层用TL绿碳化硅砂轮，硬度中等，铜基涂层用硬度稍低的黑碳化硅砂轮，粗磨粒度46＃，半精磨、精磨粒度70＃。    ii．磨外圆时，工件线速度20～30m/min，工作台移动速度0.8～lm/min,每往复行程磨削深度0.002～0.006mm。由于涂层沉积状态不同，磨削用量应按实际状态调整。磨削时应用冷却液及时冲除磨屑。

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热喷涂是这样原一系列过程：以某种形式的热源将喷涂材料加热，受热的材料形成熔融或半熔融状态的微粒，这些微粒以一定的速度冲击并沉积在基体表面上，形成具有一定特性的喷涂层。
8 N# g% C" R& m热喷工艺过程如下：
/ j. y9 D  Q0 w5 U工件表面预处理 → 工件预热 → 喷涂 → 涂层后处理
1. 表面预处理
    为了使涂层与基体材料很好地结合,基材表面必须清洁及粗糙, 净化和粗化表面的方法很多, 方法的选择要根据涂层的设计要求及基材的材质、形状、厚薄、表面原始状况以及施工条件等因素而定.
9 c+ F2 Q4 S  h. x    净化处理的目的是除去工件表面的所有污垢,如氧化皮、油渍、油漆及其他污物, 关键是除去工件表面和渗入其中的油脂. 净化处理的方法有, 溶剂清洗法、蒸汽清洗法、碱洗法及加热脱脂法等.
2.预热
    预热的目的是为了消除工件表面的水分和湿气, 提高喷涂粒子与工件接触时的界面温度, 以提高涂层与基体的结合强度；减少因基材与涂层材料的热膨胀差异造成的应力而导致的涂层开裂. 预热温度取决于工件的大小、形状和材质,以及基材和涂层材料的热膨胀系数等因素,一般情况下预热温度控制在60 - 120 ℃之间.
3.喷涂
+ Z" R) }) U  h/ @7 W, M, f) O' ~    采用何种喷涂方法进行喷涂主要取决于选用的喷涂材料、工件的工况及对涂层质量的要求。例如，如果是陶瓷涂层，则最好选用等离子喷涂；如果是碳化物金属陶瓷涂层则最好采用高速火焰喷涂；若是喷涂塑料则只能采用火焰喷涂；而若要在户外进行大面积防腐工程的喷涂的话，那就非灵活高效的电弧喷涂或丝材火焰喷涂莫属了。总之，喷涂方法的选择一般来说是多样的，但对某种应用来说总有一种方法是最好的。
    预处理好的工件要在尽可能短的时间内进行喷涂,喷涂参数要根据涂层材料、喷枪性能和工件的具体情况而定, 优化的喷涂条件可以提高喷涂效率、并获得致密度高、结合强度高的高质量涂层.
4.涂层后处理
9 o6 {- C$ N7 Q$ b7 l& ^    喷涂所得涂层有时不能直接使用, 必须进行一系列的后处理.用于防腐蚀的涂层,为了防止腐蚀介质透过涂层的孔隙到达基材引起基材的腐蚀,必须对涂层进行封孔处理. 用作封孔剂的材料很多,有石腊、环氧树脂、硅树脂等有机材料及氧 化物等无机材料, 如何选择合适的封孔剂, 要根据工件的工作介质、环境、温度及成本等多种因素进行考虑.对于承受高应力载荷或冲击磨损的工件,为了提高涂层的结合强度,要对喷涂层进行重熔处理(如火焰重熔、感应重熔、激光重熔以及热等静压等), 使多孔的且与基体仅以机械结合的涂层变为与基材呈冶金结合的致密涂层.有尺寸精度要求的,要对涂层进行机械加工. 由于喷涂涂层具有与一般的金属及陶瓷材料不同的特点, 如涂层有微孔,不利于散热；涂层本身的强度较低,不能承受很大的切削力；涂层中有很多硬的质点,对刀具的磨损很快等,因而形成了喷涂涂层不同于一般材料的难于加工的特点.所以必须选用合理的加工方法和相应的工艺参数才能保证喷涂层机械加工的顺利进行和保证达到所要求的尺寸精度.

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热喷涂工艺

制定工艺时应考虑以下几个方面。
①根据工件的材料、技术要求及工作条件等选用基层及工作层用材料。选料时参阅其他有关资料。一般情形，薄涂层选用细粉，厚涂层选用粗粉。
②零件喷涂的主要目的大都是补偿磨损尺寸。一般，喷涂后必须机械加工达到尺寸和形位精度要求，因此确定涂层厚度时应考虑加工余量，并考虑喷涂后工件热态与冷态的尺寸差异。补偿层厚度以0.4～1 mm为宜，局部厚度应≤3mm。加工余量一般可取0.４≤0.8mm。对于工件磨损量小，只喷涂自粘结复合材料，其厚度应≤0.3mm。
③以涂层材料性能、厚度及粒度确定喷涂参数，包括乙炔和氧气的压力、喷距、喷枪与工件的相对运动速度等。这些参数除参考有关资料外，应注意积累经验数据。
  v  L  n* G& x( M    (1)工作表面的预处理
% W( P/ |% L. _* F: w工作表面的预处理亦称表面制备，它是保证涂层与基体结合强度的重要工序。
: }. q! l% s1 X①凹切。表面有疲劳层或局部严重拉伤的沟痕，在强度允许的条件下，可以对工件凹切处理，即在工件表面车去或磨去一层金属。最小凹切深度应满足最小涂层厚度的要求。表1-1所列普通轴类零件最小涂层厚度可供参考。由于工件表面磨损不均匀，可采取分阶段梯凹切。分段处应圆弧过渡，最大凹切深度应≤3mm，视轴直径大小，必要时进行强度核算。
表1-1   普通轴类零件最小涂层厚度                  mm

轴直径d	最小涂层厚度（半径方向） ) K' I; K# ^- M7 s1 f7 A	轴直径d 8 E( Z2 R# K" A6 J- J( x	最小涂层厚度（半径方向）
d≤25 # r1 R+ _  }! r9 m	0. 25	100＜d≤125	0.80
25＜d≤50	0．40 $ H" r* ?, W6 I	125＜d≤150	0.90
50＜d≤75	0.55	d＞150 7 |( L$ {5 _& Q0 O	1．0 ! U/ ~$ A1 u, t# g* W+ G- i2 _
75＜d≤100	0.70	6 H/ N: c" {6 j3 Y5 p

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②表面清理。油污、油漆用溶剂或清洗剂清除。如果油渍已渗入基体材料内可用乙炔一氧焰烘烤。对锈层可酸浸，机械打磨或喷砂清除。
8 k) E9 a. }% ~/ s" V③表面粗化。表面粗化的方法有喷砂、切槽或车螺纹、滚花纹、拉毛等。这些方法可单独使用，也可以并用。
9 P, Z8 o2 ~1 u- Y6 L8 h    i．喷砂。喷砂后基体呈现出新表面，并获得一定的表面粗糙度。喷砂用磨料必须清洁干燥并有尖锐棱角。优先选用熔融刚玉、碳化硅、冷硬铸铁砂。对零件壁厚＞4mm和厚涂层，可选粒度0.5～1.5mm的磨料，表面可得到Rz＝l00μm的粗糙度。壁厚＜4mm或表面硬度低的基体材料（如铝、铜、铸铁等），可选用粒度细的冷硬铸铁砂，喷砂后表面粗糙度达Rz=25μm即可。
( W7 J" P! q9 J/ [/ T    ii．切槽或车螺纹：槽或螺纹的表面粗糙度以Ra=6.3～12.5um为宜，加工时不用冷却液。平面基体可用挫削或砂轮打磨，在平面边缘应加工固定槽。
1 ?/ K0 M: Q2 ?! n    iii．滚花纹：对不适于切槽或车螺纹的工件，可以在表面滚交叉花纹，但应避免出现尖角。
! N# v- k) M, ~  Q3 K, U, x    iv.拉毛：对硬度高的工件表面，采用电火花拉毛，但薄涂层工件应慎用。工件表面粗化后，呈现新鲜表面，应防止污染，严禁用手触摸，保存在清洁、干燥的环境里。一般在粗化前预热，粗化后即行喷涂，相隔时间不宜超过2h。
! q2 I0 N+ V3 ?- x④非涂层表面的防护。喷涂表面附近的不喷涂表面需加以防护，常用的方法是用耐热的玻璃布或石棉布屏蔽起来。喷涂部位的油孔、键槽等用石墨或粉笔堵平或略高于基面，喷涂后清除时应注意不要碰伤涂层。

(2)涂层喷涂
涂层喷涂在表面预处理后进行。首先对工件预热，然后喷涂粘结层，工作层，喷后进行工件冷却。
①喷前预热。一般小件在烘箱内预热，通常对较大零件直接用喷枪或气焊炬加热。加热用中性焰或微碳化焰，温度控制在80-100℃，喷涂时工件温度＞80℃。铜件、铝件散热快，预热温度应达300-400℃。
②喷粘结层。喷粘结层可以提高涂层与基体的结合力，但应注意控制粘结层的厚度。一般，镍包铝层厚度为0.1～0.2mm，铝包镍层厚度为0.08～0.1mm。由于粘结层厚度难测量，因此以单位喷涂面积喷粉量来衡量，镍包铝粉取0.15g/cm2，铝包镍粉取0.08g/cm2。
5 {& j0 k  K  ?7 ^喷粉时用中性或弱碳火焰，送粉后出现集中亮红火束，并有蓝白色烟雾。如果火焰末端呈白亮色，表明粉有过烧现象；如果火焰末端呈暗红色，表明粉末熔透。出现上述现象时，应调整火焰或送粉量。
2 M  u; u/ {, ]. F0 n. i基体经宏观粗化后，表面有明显的峰谷，喷射角度应尽量垂直于喷涂表面。
③喷涂工作层。结合层喷完后，用钢丝刷除去灰粉及氧化膜，即换料斗，喷工作层。铁基粉末用弱碳化焰，铜基粉末用中性焰，镍基粉末用焰介于两者之间，视其成分调整。高熔点的材料需在火焰中滞留时间长些，用碳化焰为好。低熔点不易氧化的材料适用中性焰。
3 V, q0 O7 o# G喷距一般应掌握在180～200mm，即火焰长度的4/5处为宜。
+ F. H) ?& H/ f; ~6 W- R喷枪与工件相对移动速度为70-150mm/s，正常线速度为15～25m/min。
喷涂过程中，经常测量基体温度，超过了250℃时宜暂停喷涂。如果工件装在车床上，应使车床继续旋转，待冷却至200℃时，继续喷涂。
对棱角部位喷涂时，如起毛刺应及时清除。
④喷后工件冷却。喷后工件温度为250℃左右，一般工件不会产生严重变形。对一些特殊形状零件应采取一定预防变形的措施，如长轴在机床上边转动边冷却，对形状复杂或涂层厚度＞1.5mm时，喷后埋在石灰中或砂中缓冷。
    (3)喷涂层的后处理
- Q. n# v9 s4 ^# ~+ g# q* U①封孔。涂层的孔隙约占总体积的15％，而且有些孔隙互相连通，由表及里。多孔性对摩擦副储油润滑有利，但对受液压的零件易产生泄漏。对后一类零件，喷涂后需用封孔剂填充孔隙，这一工序称为封孔。
封孔剂的性能要求是浸透性好，不溶解，不变质，在工作温度下性能稳定，能增强而不是降低涂层性能。常用的封孔剂有环氧、酚醛、聚氨酯等树脂粘结剂等。
' T: D9 T7 l9 A% z4 R环氧、酚醛、聚氨酯树脂粘结剂属于热固性材料，使用温度260℃以下，耐有机溶剂及弱酸。应用时，清洗喷涂后的表面，再将其加热到40℃左右，将按配方调好的粘结剂涂刷在涂层表面，24h后固化即可。对需加工的表面，涂层应经粗加工后进行封孔，以防止已封孔的表面被加工掉。
* c! I( u% X! Q" C7 E6 X②涂层的机械加工。涂层组织疏松，与基体结合强度不高且导热系数低，不可用一般金属加工的刀具和切削用量来加工涂层。
推荐切削加工用刀具及切削用量如下。
6 r" i6 X5 Y+ K" K2 M    i．镍基及铁基粉末涂层用硬质合金刀，铜基粉末涂层用高速钢刀。
    ii．刀具主偏角25o～30o，主前角为0°～8°，主后角为5°～8°，刀尖圆弧半径为0. 8mm.。
& k' C# z* U/ x- L    iii．硬质合金刀切削用量：粗切时切削速度为20～60m/min，铁基涂层选小值，铜基涂层选大值。进给量0.2mm，切削深度0.1～0.3mm，铜基涂层选大值。精切时切削速度25～70m/min。铁基涂层选小值，铜基涂层选大值。进给量0.05～0．8m/min，切削深度0.05～0.15mm,铜基涂层可选大值。

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磨削加工用砂轮及磨削用量如下。
    i．镍基和铁基涂层用TL绿碳化硅砂轮，硬度中等，铜基涂层用硬度稍低的黑碳化硅砂轮，粗磨粒度46﹟，半精磨、精磨粒度70﹟。
" ^* r- e. w8 W6 q! o1 v7 F    ii．磨外圆时，工件线速度20～30m/min，工作台移动速度0.8～lm/min,每往复行程磨削深度0.002～0.006mm。由于涂层沉积状态不同，磨削用量应按实际状态调整。磨削时应用冷却液及时冲除磨屑。

( @' ^* b9 _8 D" ]% q0 r[ 本帖最后由 meri 于 2008-5-10 20:59 编辑 ]