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热喷涂涂层材料的性能特点
发表于:2014-12-01 03:23:33
作者:admin
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由于热喷涂技术的工艺手段很多,所以喷涂材料的选择范围很广。从塑料、低熔点金属,到难熔金属、陶瓷及其混合物。任何一种具有稳定液态的材料,至少可以用其中一种方法喷涂。但是,热喷涂涂层材料性能各不相同。涂层有5%~30%的气孔率,与喷涂工艺参数密切相关。涂层体积密度与假比重的差异,表明涂层中还有一定量的闭口气孔,等离子喷涂涂层中加入适量的金属可提高涂层的抗折强度。等离子喷涂涂层具有低的摩擦系数和高的硬度。大多数氧化物涂层的热扩散系数随温度的升高而减小,而Cr2O3和TiO2涂层的热扩散系数却温度的升高而增大,这有利于抗磨损。ZrO2涂层具有低的热扩散系数,是理想的防热材料。

  由于涂层材料在熔化和喷射过程中,在高温下会与周围介质发生作用生成氧化物、氮化物,以及在高温下会发生分解,因而涂层的成分与涂层材料的成分是有一定的差异的,并在一定程度上影响涂层的性能。如MCrAlY氧化后会影响其耐蚀性,而WC-Co经氧化和高温分解后其耐磨性会降低。通过喷涂方法的选择可以避免和减轻这一现象的发生。如采用低压等离子喷涂可大大减少涂层材料的氧化,而高速火焰喷涂则可以防止碳化物的高温分解。

  热喷涂涂层中不可避免地存在着孔隙,孔隙度的大小与颗粒的温度和速度以及喷涂距离和喷涂角度等喷涂参数有关。一般来说,温度及速度都低的火焰喷涂和电弧喷涂涂层的孔隙度都比较高,一般达到百分之几,甚至可达百分之十几。而高温的等离子喷涂涂层及高速的超音速火焰喷涂涂层则孔隙度较低。最低可达0.5%以下。

  由于热喷涂涂层在形成时的激冷和高速撞击,涂层晶粒细化以及晶格产生畸变使涂层得到强化,因而热喷涂涂层的硬度比一般材料的硬度要高一些,其大小也会因喷涂方法的不同而有所差异。热喷涂涂层与基体的结合主要依靠与基体粗糙表面的机械咬合。基材表面的清洁程度、涂层材料的颗粒温度和颗粒撞击基体的速度以及涂层中残余应力的大小均会影响涂层与基体的结合强度,因而涂层的结合强度也与所采用的喷涂方法有关。

  对于一些在冷热循环状态下使用的工件,其涂层的抗冷热疲劳性能至关重要,如若该涂层的抗热震性能不好,则工件在使用过程中便会很快开裂甚至剥落。涂层抗热震性能的好坏主要取决于涂层材料与基体材料的热膨胀系数差异的大小和涂层与基体材料结合的强弱。

  热喷涂技术具有设备轻便,可现场施工;工艺灵活、操作程序少。可快捷修复,减少加工时间;适应性强,一般不受工件尺寸大小及场地所限;涂层厚度可以控制。除喷焊外,对基材加热温度较低,工件变形小,金相组织及性能变化也较小。适用各种基体材料的零部件、几乎可在所有的固体材料表面上制备各种防护性涂层和功能性涂层。

  由于热源的温度范围很宽,因而可喷涂的涂层材料几乎包括所有固态工程材料,如金属,合金,陶瓷,金属陶瓷,塑料以及由它们组成的复合物等,因而能赋予基体以各种功能(如耐磨,耐蚀,耐高温,抗氧化,绝缘,隔热,生物相容,红外吸收等)的表面。喷涂过程中基体表面受热的程度较小而且可以控制,因此可以在各种材料上如金属,陶瓷,玻璃,布匹,纸张,塑料等,并且对基材的组织和性能几乎没有影响,工件变形也小。设备简单,操作灵活,既可对大型构件进行大面积喷涂,也可在指定的局部进行喷涂;既可在工厂室内进行喷涂也可在室外现场进行施工。喷涂操作的程序较少,施工时间较短,效率高,比较经济。随着热喷涂应用要求的提高和领域的扩大,特别是喷涂技术本身的进步,如喷涂设备的日益高能和精良,涂层材料品种的逐渐增多,性能逐渐提高。

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