【正文】 部分原子脫離表面，位錯密度增加，增加了N原子向內(nèi)的擴散系數(shù)。厚度：~，比氣體滲氮層厚得多。第六章 熱噴涂、噴焊、堆焊技術(shù)原理：涂層質(zhì)量影響因素 空隙率：材料性質(zhì)、熔化狀態(tài)、粒子飛行速度涂層結(jié)合機理涂層的結(jié)合包括涂層與基體表面的結(jié)合和涂層內(nèi)部的結(jié)合。 結(jié)合力：涂層與基體表面的結(jié)合強度。 內(nèi)聚力：涂層內(nèi)部的結(jié)合強度。 碰撞成扁平狀，與凹凸不平的表面互相嵌合，形成機械釘扎而結(jié)合。 涂層與基體的結(jié)合以機械結(jié)合為主。 機械結(jié)合為主的結(jié)合決定了熱噴涂的結(jié)合強度較低。 噴涂熱量、撞擊能量和放熱反應(yīng)，使表面局部產(chǎn)生高溫，使涂層和基體表面局部出現(xiàn)擴散和焊合，形成冶金結(jié)合。 結(jié)合面上的金屬間化合物或固溶體為冶金結(jié)合的產(chǎn)物。 重熔或噴焊時，噴焊層與基體的結(jié)合主要是冶金結(jié)合。 顆粒對基體表面的緊密結(jié)合，形成范德華力或次價鍵形成的結(jié)合 主要取決于材料的熔點和氧化特性。 電噴涂：適用于金屬材料或金屬基復(fù)合材料。 氣噴涂：可以噴金屬也可以噴陶瓷。熱噴涂特點：（1）適用范圍廣（2）工藝靈活 （3）工件受熱少 （4）生產(chǎn)效率高 （5）缺點 3表面處理基體表面氧化膜的處理 表面粗化處理常用的方法有： （1）噴砂法：是最常用的粗糙化方法。 對軸、套類零件表面粗化，可采用挑扣、開槽、滾花等簡便切削加工方法，限制涂層的收縮應(yīng)力，增加涂層與基的接觸面。 對強度要求不高的工件，在噴涂區(qū)域內(nèi)車螺紋和滾壓，形成粗糙表面，一般每厘米10條紋左右。 基體表面進行化學(xué)腐蝕，由于晶粒上各個晶面的腐蝕速度不同，可形成粗糙的表面。 將細(xì)鎳（或鋁）絲作為電極，在電弧作用下，電極與基體表面局部熔合，產(chǎn)生粗糙的表面。 基體表面預(yù)熱但預(yù)熱溫度不宜過高，以免基體表面氧化，降低基體表面活性，從而降低涂層與基體的結(jié)合強度。 在噴砂和噴涂前，必須對非噴涂表面保護。 熔化處理采用的加熱熱源一般為火焰加熱和高頻感應(yīng)加熱等。 精加工 經(jīng)過噴涂的表面一般厚度不均勻，表面粗糙度高，需要進行精加工，如車削或磨削等。 火焰噴涂包括絲材火焰噴涂和粉末火焰噴涂，一般不包括超音速火焰噴涂（HVOF）。 火焰噴涂的熱源是氧乙炔氣體，也可以是丙烷、氫氣或天然氣。 噴涂材料熔化 霧化并加速 沉積到工件，形成涂層。 線、棒材噴涂都是將材料從噴槍中心孔送出，由氧的火焰將其熔化，通過壓縮空氣將熔化的材料霧化成微粒，并將其噴射到基體表面沉積成為涂層。 特點：操作簡單，設(shè)備運轉(zhuǎn)費用低，可手持操作。 材料：線材主要有Zn,Al,Cu, Mo, Ti等及其化合物，鋁包鎳，鎳包鋁，金屬包碳化物等復(fù)合線材。并可噴涂后進行重熔以得到更致密的涂層。 材料：可制備塑料涂層 其主要特點是涂層與基體的結(jié)合強度高，涂層孔隙率?。ǎィ?，工件受熱小，涂層在制作過程中受空氣污染小。 高速火焰噴涂是20世紀(jì)80年代初期由美國開發(fā)的，由噴管出口處燃燒的高溫射流迅速膨脹，產(chǎn)生了超音速火焰，焰流速度高，顆粒熔化充分。但是成本較高，限于應(yīng)用于一些關(guān)鍵部位制作上。 特點：所得涂層性能可與爆炸噴涂相媲美，但其工作效率，工作條件的可變范圍更優(yōu)越；成本較高。 材料：最適宜噴涂碳化物基的粉末。 焰流速度高達(dá)1500m/s粒子撞擊速度(1005～1200ｍ/ｓ) HVOF特別適用于噴涂WCCo涂層。因為WC 顆粒在高溫下很容易發(fā)生脫碳反應(yīng):應(yīng)用 Fusion公司現(xiàn)已關(guān)閉電鍍Cr生產(chǎn)線而轉(zhuǎn)向超音速火焰噴涂,因為這種涂層具有高結(jié)合強度和韌性,完全可以適應(yīng)部件服役時的彎曲工況。 HVOF的火焰溫度較低，適合于噴金屬陶瓷，但不適合噴涂氧化物陶瓷。 設(shè)備簡單，操作方便，可攜帶到現(xiàn)場施工。 沉積效率高，生產(chǎn)成本低。 既可以噴粉末，也可以噴絲材（熔點高的金屬不能用絲材）。 涂層含氧量高。 為了提高涂層與基體的結(jié)合力，先噴涂后重熔。 焰火溫度低，不適用于噴陶瓷材料。 噴涂絲材通過兩根彼此絕緣并加有18~40V的線形電極，當(dāng)兩根絲材靠近時產(chǎn)生電弧，并將絲材端部熔化。涂層質(zhì)量主要取決于熔滴霧化后的粒度。 超音速電弧噴涂主要是對噴涂槍進行改進，開發(fā)出高速電弧噴槍，提高熔化粒子的霧化程度和飛行速度，從而提高涂層與基體的結(jié)合強度及降低涂層的孔隙率。 一般只能噴具有導(dǎo)電性能的金屬絲材，用超音速電弧噴涂設(shè)備也可以噴金屬基陶瓷復(fù)合材料。 生產(chǎn)效率高，成本低。 涂層比火焰噴涂致密，可達(dá)70%~90%的理論密度。 結(jié)合強度達(dá)10MPa~40MPa。 主要噴涂鋁鋅涂層、不銹鋼涂層、高鉻鋼涂層，近期研究鋁基陶瓷復(fù)合材料。 主要金屬零件的防腐和強化，特別適用于大型零件的防腐（閘門、橋梁、鋼結(jié)構(gòu)）和強化。 防腐壽命長：耐蝕壽命達(dá)50年以上，是防腐油漆的4—5倍，熱浸鍍鋅的2—3倍，玻璃鋼涂層的2—3倍。等離子噴涂原理 等離子噴涂特點優(yōu)點：缺點： 防腐蝕216。216。長期暴露在戶外大氣的大型鋼鐵結(jié)構(gòu)件、地下電纜支架、橋梁、城市過街天橋、港口、船體等適用。216。 連續(xù)鑄造模 連續(xù)鑄造模表面由于金屬凝固層的摩擦而磨損，用鍍鉻提高其耐磨性，但在高溫下，硬度↓快，防護效果不好；采用高溫下硬度不明顯下降的自熔性合金涂層＋粘結(jié)底層，壽命↑。 冷軋加工輥 衛(wèi)星繞地球運動時，溫度在－100～315℃之間變化，采用噴涂Al2O3層，可以隔熱，保證內(nèi)部溫度10～30℃。 渦輪葉片高溫防護 航空發(fā)動機高溫?zé)岫瞬考饕菧u輪葉片，長期在高溫、高速、高負(fù)荷條件下工作（超合金，空心加氣膜冷卻）——高溫防護涂層M(Ni、Co)CrAlY（低壓等離子噴涂）＋氧化物陶瓷（Al2O3,ZrO2Y2O3），冷卻空氣流量↓50％，％，壽命↑4倍。 模具制造與工件修復(fù)216。216。 遠(yuǎn)紅外輻射涂層的節(jié)能應(yīng)用 復(fù)合氧化物TiO2ZrO2具有較高的熱輻射系數(shù)和優(yōu)良的長波輻射特性，是遠(yuǎn)紅外輻射材料，氧化物受熱時輻射出遠(yuǎn)紅外波，極易被高分子有機物、水、空氣等物質(zhì)的分子吸收，而引起共振產(chǎn)生內(nèi)熱，從而加速加熱過程，采用熱噴涂技術(shù)在電加熱元件上噴涂遠(yuǎn)紅外輻射涂層，其節(jié)能效率一般平均在25％～40％。 飛機表面防雷和抗干擾涂層 為了減輕飛機重量、隱身要求，采用大量非金屬復(fù)合材料，不導(dǎo)電，某些部位需涂覆導(dǎo)電層（鋁）來屏蔽外來信號干擾和防止雷擊。 人工種植生物功能應(yīng)用 人工關(guān)節(jié)、義齒，采用不銹鋼，表面狀態(tài)與人體組織結(jié)合不緊密，且不銹鋼中的Cr、Ni在人體中逐漸釋放，引起身體的感染、發(fā)炎。堆焊在金屬材料或零件表面熔焊上耐磨、耐蝕等特殊性能的金屬層的一種工藝方法。 堆焊的特點與應(yīng)用：216。 堆焊層的特殊性能可提高零件表面耐磨、耐熱、耐蝕等性能，發(fā)揮材料的綜合性能和工作潛力；216。分類 按鍍層成分分： 合金鍍層：如CuSn，Cu／Ni／Cr鍍層等；? 根據(jù)鍍層和基體金屬之間的電化學(xué)性質(zhì)分為： 1）陽極性鍍層 鍍層電極電位低，相對與基體金屬為負(fù)，鍍層為陽極，稱為陽極性鍍層，例如鋼上的鍍Zn層； 2）陰極性鍍層 鋼上的Ni、Sn鍍層 4 工藝特點 電鍍最大的問題是污染Men++ne→Me 6 電鍍的基本條件 P124 7可沉積金屬的種類及方式P122表71若使用熔鹽鍍液，則幾乎所有的金屬都可以實現(xiàn)電沉積。 E Zn2+/Zn= E Fe2+/Fe，陽極性鍍層，主要用于鋼鐵等黑色金屬的防腐酸性電鍍液價格便宜,電流效率高,電鍍速度快，缺點是鍍層均勻性差。鍍銅缺點：鍍液毒性嚴(yán)重。 焦磷酸鹽鍍銅216。 缺點：（1）成本高（2）鋼鐵件不能直接電鍍，需鍍過渡層 如：先用氰化鹽鍍銅或鍍鎳，也可用硫酸銅溶液先浸鍍，然后再用焦磷酸鹽鍍銅。 鍍鉻層光澤好、耐腐性能好、硬度高、摩擦系數(shù)小，主要用于裝飾、耐磨損和耐腐蝕。 鍍鉻液主要是含有少量硫酸的鉻酐（CrO3）溶液 防護裝飾鍍鉻（1）美觀光亮（2）電鍍時間短（3~5min）（3）鍍層?。▇） 應(yīng)用：家用電器，飛機，汽車 、自行車（2）鍍層厚（20~300181。 松孔鍍鉻：鍍層表面形成大量溝紋——減磨鍍層。 提高材料的防護性能和美觀 鍍金鍍金 具有耐蝕性、釬焊性、裝飾性，價格較貴。 易獲得高熔點與低熔點金屬組成的合金， 如:SnNi合金。 可獲得熱熔相圖沒有的合金,δ銅錫合金3與單金屬鍍層相比合金鍍層的主要特點：具備比組成它們的單金屬層更耐磨、耐蝕、更耐高溫，并有更高硬度和強度。通過成分設(shè)計和工藝控制，可得到不同色調(diào)的合金鍍層，例如銀合金、彩色鍍鎳及仿金合金等，具有更好的裝飾效果。 共沉積中的一些現(xiàn)象至今仍難以合理解釋：共沉積時，兩種以上金屬離子在陰極上還原，會出現(xiàn)競爭放電現(xiàn)象、電子之間互相影響以及電結(jié)晶過程中合金元素對成核規(guī)律的影響等問題。 工程上所講的化學(xué)鍍主要是指這種還原沉積化學(xué)鍍。 還原劑的電位要顯著低于沉積金屬的電位，金屬有可能在基材上被還原沉積。 鍍液不產(chǎn)生自發(fā)分解，只有當(dāng)與催化表面接觸時，才發(fā)生金屬沉積過程。 被還原的金屬具有催化活性，氧化還原沉積過程才能持續(xù)進行，鍍層連續(xù)增厚。 鍍覆過程不需外加電源驅(qū)動例：聚氨酯泡沫化學(xué)鍍鎳工藝——制備泡沫Ni → 制作電極質(zhì)輕，比表面積大，化學(xué)活性好，減震器、過濾器、熱交換器 可在金屬、非金屬以及有機物上沉積鍍層。 缺點：溶液穩(wěn)定性較差，維護、調(diào)整和再生都比較麻煩，材料成本費較高5化學(xué)鍍的應(yīng)用 應(yīng)用最廣的是化學(xué)鍍鎳和化學(xué)鍍銅。 化學(xué)鍍層一般具有良好的耐蝕性、耐磨性、釬焊性及其它特殊的電學(xué)或磁學(xué)等性能。 6化學(xué)鍍鎳還原沉積:還原劑將鎳離子還原為鎳原子并沉積在被鍍工件上。 還原劑有次磷酸鹽、硼氫化物、胺基硼烷、肼及其衍生物等。7化學(xué)鍍鎳溶液應(yīng)用較少。 耐腐蝕性強，表面為非晶態(tài)，抗腐蝕性特別優(yōu)良，經(jīng)硫酸、鹽酸、燒堿、鹽水同比