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热喷涂材料
双击自动滚屏 发布者:chinaweld 发布时间:11/17/2006 阅读:18817

 

 

热 喷 涂 材 料

 

 

热喷涂是利用某种热源将金属、合金、陶瓷、塑料等热喷涂材料加热到熔融状态,然后借助高速气流雾化成微粒,并喷射到工件表面形成牢固涂层,使工件获得耐磨、耐腐蚀或抗高温氧化等性能。热喷涂技术已经应用到国民经济的各个产业部门。热喷涂材料的显著特点是具有广泛性和可复合性。凡在高温下不挥发、不升华、不分解、不发生晶型转变、可熔融的固态材料均可用做热喷涂材料,应用于不同的热喷涂技术领域。

1 热喷涂材料的分类

随着热喷涂技术的快速发展,热喷涂材料也得到快速发展,应用十分广泛,几乎涉及所有的固态工程材料领域。热喷涂材料可以从材料形状、成分和性质等不同角度进行分类。

1.1  按材料形状分类

根据热喷涂材料的不同形状,可以分为丝材、棒材、软线和粉末四类,其中丝材和粉末材料使用较多。根据形状对热喷涂材料的分类见图1,不同形状的热喷涂材料见表1

 

1  不同形状的热喷涂材料

丝材

纯金属丝材

ZnAlCuNiMo

合金丝材

  Zn-Al-Pb-SnCu合金、巴氏合金、Ni合金、碳钢、合金钢、不锈钢、耐热钢

复合丝材

  金属包金属(铝包镍、镍包合金)、金属包陶瓷(金属包碳化物、氧化物等)、塑料包覆(塑料包金属、陶瓷等)

粉芯丝材

  7Cr13、低碳马氏体等

棒材

陶瓷棒材

  Al2O3TiO2Cr2O3Al2O3-MgOAl2O3-SiO2

粉末

纯金属粉

  SnPbZnNiWMoTi

合金粉

  低碳钢、高碳钢、镍基合金、钴基合金、不锈钢、钛合金、铜基合金、铝合金、巴氏合金

自熔性合金粉

  镍基(NiCrBSi)、钴基(CoCrWBCoCrWBNi)、

铁基(FeNiCrBSi)、铜基

陶瓷、金属陶瓷粉

  金属氧化物(Al系、Cr系和Ti系)、金属碳化物及硼氮、硅化物等

包覆粉

  镍包铝、铝包镍、金属及合金、陶瓷、有机材料等

复合粉

  金属+合金、金属+自熔性合金、WCWC-Co+金属及合金、WC-Co+自熔性合金+包覆粉、氧化物+金属及合金、氧化物+包覆粉、氧化物+氧化物、碳化物+自熔性合金、WC+Co

塑料粉

  热塑料粉末(聚乙烯、聚四氟乙烯、尼龙、聚苯硫醚)、热固性粉末(酚醛、环氧树脂)、树脂改性塑料(塑料粉中混入填料,如MoS2WS2Al粉、Cu粉、石墨粉、石英粉、云母粉、石棉粉、氟塑粉等)

 

1.2  按材料成分分类

根据喷涂材料的成分,可以分为金属、合金、陶瓷和塑料喷涂材料四大类。根据成分种类对喷涂材料的分类见表2

2  喷涂材料按其成分的分类

   

        

铁基合金

低碳钢、高碳钢、不锈钢、高碳钼复合粉等

镍基及钴基合金

  纯镍、镍包铝、铝包镍、NiCr/Al复合粉、NiAlMoFeNiCrAlYNiCoCrAlYMoCrSiFe

CoCrNiW

有色金属

  铝青铜、Cu、黄铜、填有SiC复合材料的铜管、巴氏合金、Cu-Ni合金、Cu-Ni-In合金、Zn

AlSN

难熔金属及合金

  MoWTaMo-Cr-B-Si-Fe、自熔合金+Mo

自熔性合金

  Ni-Cr-B-SiNi-Cr-Fe-B-SiFe-Cr-B-SiNi-WC-Co-Cr-B-Fe-SiCo-Si-B-Cr-Ni-W

氧化物陶瓷

  Al2O3Al2O3-TiO2Cr2O3TiO2-CrO3SiO2-Cr2O3-ZrO2CaOY2O3MgO)、

TiO2-Al2O3-SiO2NiOBeOHfO2

碳化物

  WCWC-Co12%20%)、WC-CoNi+Al的聚合物

氮化物

  TiNBNZrNAlNHfN

硅化物

  MoSiTaSi2Cr3Si-TiSi2WSi2

硼化物

  CrB2TiB2ZrB2WBTaB2

热塑性塑料

  尼龙(聚酰胺):尼龙-11、小尼龙-1010、尼龙-66等;聚乙烯、聚苯硫醚、聚四氟乙烯

热固性塑料

  环氧树脂、酚醛树脂

改性塑料

  MoS2WSAl粉、Cu粉、石墨粉等填料于尼龙中,提高润滑性;加石英粉提高硬度、耐热性;加云母提高绝缘性、耐电弧性;加石棉粉提高耐热性;加氟塑粉提高耐蚀性;加颜料改善外观

在合金中加入了硼、硅等元素,因自身具有熔剂的作用,故称自熔性合金。

 

1.3  按材料性质分类

根据喷涂材料的性质以及获得的涂层性能,可以分为隔热材料,抗高温氧化材料,耐磨材料,耐腐蚀材料,自润滑减磨材料,导电、绝缘材料,黏结底层材料和功能材料八类。

1)隔热喷涂材料

隔热喷涂材料主要是指氧化物陶瓷、碳化物以及难熔金属等。喷涂时,根据工件的工作条件,可喷涂单层、双层或三层。双层一般是底层为金属,面层为陶瓷;喷涂三层时,底层为金属,中间为金属-陶瓷过渡层,面层为陶瓷。零件表面有隔热喷涂材料的防护,工作温度可降低1065℃。隔热喷涂材料常用于发动机燃烧室、火箭喷口、核装置的隔热屏等高温工作部位。

2)抗高温氧化喷涂材料

3列出抗高温氧化喷涂材料的类型及特性。抗高温气体喷涂材料可以在氧化介质温度120870℃下对零件表面进行防护。有些材料不仅可以抗高温氧化,还具有耐腐蚀等其他多种特性。

3  抗高温氧化喷涂材料的类型及特性

  

熔点/

    

Al2O3

Si

Cr3Si2

MoSi2

Ni-Cr20%80%

TiO2

镍包铝

Cr

特种Ni-Cr合金

高铬不锈钢

Ni-Cr-Al+Y2O3

镍包氧化铝、镍包碳化铬

2040

1410

16001700

1393

1038

1920

1510

1890

1038

14801530

  封孔后耐高温氧化腐蚀等

防石墨高温氧化

  硬度高,致密性好,黏结强度高,高温抗氧化性好、耐磨

  用于石墨,防高温氧化

  抗氧化,耐热腐蚀

  层孔隙少,结合好,耐蚀

  自黏结,抗氧化

  封孔后耐蚀

  抗高温氧化及耐腐蚀

  需加封孔、收缩耐腐蚀

  高温抗氧化

  工作温度800900,抗热冲击

3)耐磨喷涂材料

耐磨喷涂材料的类型及特性见表4。耐磨喷涂材料主要用于具有相对运动且表面容易出现磨损的零部件,如轴颈、导轨、阀门、柱塞等。耐磨喷涂材料又分为高温耐磨喷涂材料和低温耐磨喷涂材料两种。

4  耐磨喷涂材料的类型及特性

     

     

  碳化铬

  自熔性合金、Fe-Cr-B-SiNi-Cr-B-Si

  WC-Co12%20%

  镍铝、镍铬、镍及钴包WC

  Al2O3TiO2

高碳钢(7Cr13)、马氏体不锈钢、钼合金

  耐磨、熔点180

耐磨,硬度HRC3055

硬度>60HRC,红硬性好,使用温度低于600

硬度高,耐磨性好,可用于500850℃下的磨粒磨损

抗磨粒磨损,耐纤维和丝线磨损

抗滑动磨损

4)耐腐蚀喷涂材料

耐腐蚀喷涂材料的类型及特性见表5。耐腐蚀喷涂材料常用于船舶、沿海钢结构、搭架、桥梁、石油化工机械、铁路车辆等。用于抗腐蚀的涂层在喷涂之后一般需经过封孔处理后使用。

.5  耐腐蚀喷涂材料及特性

  

/

     

Zn

419

  暗白色、喷涂效率高,涂层厚度0.050.5mm,黏结性好,常温下耐淡水腐蚀性好,广泛应用于防大气腐蚀,碱性介质耐蚀性优于Al,适于电弧喷涂

Al

660

  黏结性好,涂层0.10.25mm银白色,喷涂效率高,大工件或现场施工均可。广泛用于大气腐蚀,在酸性介质时耐蚀性优于Zn,使用温度超过65亦可用,适于电弧喷涂

富锌的铝合金

660

  综合ALZn的特性,形成一种高效耐腐蚀层

常温尼龙

尼龙210250

  常温、低温下耐酸、碱介质,适合火焰喷涂

常温塑料:聚苯硫醚、聚醚酮

  工作温度-140220,最高可达350,耐酸及碱介质腐蚀,适于火焰喷涂

Ni

1066

  密封后可作耐腐蚀层

Sn

230

  与铝粉混合,形成铝化物,可用于腐蚀保护

自熔性镍铬硼合金

10101070

  耐腐蚀性好,亦耐磨

5)自润滑减摩喷涂材料

自润滑减摩喷涂材料的类型及特性见表6。自润滑减摩材料常用于具有低摩擦因数的可动密封零部件。涂层的自润滑性好,并有较好的结合性和间隙控制能力。

6  自润滑减摩喷涂材料的类型及特性

     

     

镍包石墨

用于550,飞机发动机可动密封部件、耐磨密封圈及低于550时的端面密封。润滑性好、结合力较高

铜包石墨

润滑性好,力学性能及焊接性能好,导电性较高,可作电触头材料及低摩擦因数材料

镍包二硫化钼

属减摩材料,润滑性良好,用于550以上可动密封处

镍包硅藻土

作为550以上高温减摩材料,耐磨,封严、可动密封

自润滑自黏结镍基合金

属减摩材料,润滑性好

自润滑自黏结铜基合金及其他的包覆材料(包覆、聚酯、聚酰胺等)

属减摩材料,润滑性好

6)导电、绝缘喷涂材料

喷涂材料中常用的导电材料是AlCuAgAl喷在陶瓷或玻璃上可作电介电容;Cu导电性较好,喷在陶瓷或碳质表面作电阻器及电刷;Ag导电性好,可作电器触点或印刷电路。导电绝缘层常采用AL2O3

7)黏结底层喷涂材料

黏结底层喷涂材料能与光滑的或经过粗化处理的零件基本表面形成良好的结合。常用于喷涂底层以增加表面的黏结力,尤其是面层为陶瓷脆性材料,基体为金属材料时,黏结底层喷涂材料的效果更明显。

常用的黏结底层喷涂材料有Mo、镍铬复合材料及镍铝复合材料等,其中最常用的镍包铝(或铝包镍),它不仅能增加面层的结合,同时还在喷涂时能产生化学反应,生成金属间化合物(Ni3Al等)的自黏结成分,形成的底层无孔隙,并且属于冶金结合,可以保护金属基体,防止气体渗透进行侵蚀。

8)功能性喷涂材料

功能性喷涂材料是指具有特殊功能涂层的材料,如FeCrAlFeCrNiAl等微波吸收层、高Tc超导体层、远红外辐射层和防X射线辐射的能力又很弱,在受热时能辐射出波长为6~μm的远红外波。含某些稀土元素和铅的功能性喷涂材料,具有较好的防X射线等辐射的能力。含BNB6Si等的复合粉末可喷涂于中子吸收装置上。

 

2 热喷涂丝材的成分与特性

热喷涂丝材主要是指有色金属丝、黑色金属丝和复合丝材,包括锌及锌合金、铝及铝合金、锡及锡合金、铅及铅合金、铜及铜合金、镍及镍合金、碳钢、低合金钢及不锈钢等。

2.1  金属及合金热喷涂丝材

1)锌及锌合金丝

锌及锌合金热喷涂丝的牌号、成分及特性见表7。在钢铁构件上,只要喷涂0.2mm厚的锌层,就可在大气、淡水、海水中保持几年至几十年不锈蚀,被广泛应用于喷涂大型桥梁、塔架、钢窗、电视台天线、水闸门及容器等。

7  锌及锌合金热喷涂丝的牌号、成分及特性

 

主要化学成分/%

丝材直径/mm

主要性能及应用

Zn-2

Zn99.9

1.03.0

耐大气、淡水、海水等环境长效防腐

ZnAl15

Al15,Zn

1.03.0

   耐大气、淡水、海水等环境长效防腐,铝涂层亦可作导电、耐热、装饰等涂层

L1

AL99.7

1.03.0

AL-Mg-R

Mg0.50.6,RE微量,Al

1.03.0

热喷涂时,为了避免有害元素对锌涂层耐蚀性的影响,最好使用纯度在99.85%以上的纯锌丝,表面不应沾有油污等,更不能生成氧化膜。锌中加入铝可提高涂层的耐腐蚀性能,若铝含量为30%,则锌铝合金涂层的耐蚀性最佳。但由于锌铝合金的延性较差,拉拔加工困难,各国使用的锌铝合金喷涂丝的含铝量一般控制在16%以下。

2)铝及铝合金丝

铝用作防腐蚀喷涂层时,作用与锌相似。它与锌相比,密度小,价格低廉,在含有二氧化硫的气体中耐腐蚀效果比较好。在铝及铝合金中加入稀土元素不仅可以提高涂层的结合强度,而且能够降低孔隙率。

铝还可以用作耐热喷涂层。铝在高温作用下,能在铁基体上扩散,与铁发生作用形成抗高温氧化的Fe3Al,从而提高了钢材的耐热性。

铝喷涂层已广泛应用于储水容器、硫磺氧化包围中的钢铁构件、食品储存器、燃烧室、船体和闸门等。

3)铜及铜合金丝

铜及铜合金热喷涂丝的牌号、成分及特性见表8

8  铜及铜合金热喷涂丝的牌号、成分及特性

 

主要化学成分/%

丝材直径/mm

主要性能及应用

  T2

  HSn60-1

  QAL9-2

  QSn4 - 4 - 2.5

    Cu99.9

    Cu60,Sn11.5,ZN

  Al9,Mn2,Cu

  Sn4,P0.03,Zn4,Cu

1.62.3

1.62.3

1.62.3

1.62.3

导电、导热、装饰涂层

黄铜件修复、耐蚀涂层

耐磨、耐蚀、耐热涂层、Cr13涂层黏结底层

青铜件、轴承的减摩、耐磨、耐蚀涂层

铝青铜的强度比一般黄铜高,耐海水、硫酸及盐酸腐蚀,有很好的腐蚀劳性能和耐磨性。铝青铜采用电弧喷涂时与基体有很好的结合强度,形成理想的粗糙表面,又可以作为打底涂层。主要用于喷涂水泵叶片、气闸阀门、活塞、轴瓦表面,也可用于喷涂青铜铸件及装饰件等。

磷青铜涂层较其他青铜涂层更为致密,有较好的耐磨性,主要用于修复轴类和轴承等易磨损部位,也可用作装饰涂层。

4)镍及镍合金丝

镍合金中用作喷涂材料的主要为镍铬合金,这类合金具有较好的抗高温氧化性能,可在880高温下使用,是目前应用最广的热阻材料。常用镍及镍合金热喷涂丝的牌号、成分及特性见表9

9  镍及镍合金热喷涂丝的牌号、成分及特性

 

主要化学成分/%

丝材直径/mm

主要性能及应用

N6

Cr20NI80

Cr15Ni60

蒙乃尔合金

 

C0.1,Ni99.5

C0.1,Ni80,Cr20

Ni60,Cr15,Fe

Cu30,Fe1.7,Mn1.1,Ni

 

1.62.3

1.62.3

1.62.3

1.62.3

 

非氧化性酸、碱气氛和各种化学药品耐腐蚀涂层

980高温氧化涂层和陶瓷黏结底层

硫酸、硝酸、醋酸、氨、氢氧化钠耐腐蚀涂层

非氧化性酸、氢氟酸、热浓碱、有机酸、海水耐蚀涂层

镍铬合金热喷涂丝还可耐水蒸气、二氧化碳、一氧化碳、氨、醋酸及碱等介质的腐蚀,因此镍铬合金被大量用作耐腐蚀及耐高温喷涂层。如美国采用45CTCr45%Ti4%,其余为Ni)镍铬合金丝材电弧喷涂锅炉管道取得了良好效果。

5)钼丝

钼与氢不发生反应,因而在氢气保护或真空条件下可用作高温涂层。钼的摩擦因数很低,适用于喷涂活塞环和摩擦片。

钼是一种自黏结材料,可以在切割光滑的工件表面上形成冶金结合,结合层厚度约为1μm,所以也常用作打底层材料。例如,机床导轨喷钢时,用钼作为打底层,以增加钢与基体的结合强度。钼能与碳钢、不锈钢、铸铁、镍及镍合金、镁及镁合金、铝及铝合金等形成牢固的结合。钼也是耐热浓盐酸腐蚀的惟一金属。

钼喷涂丝的纯度在99.9%以上,线材直径为2.0mm2.3mm

6)碳钢及不锈钢丝

热喷涂中最常用的碳钢丝为高碳钢丝和碳素工具钢丝,主要用于常温下工作的机械零件滑动表面的耐磨涂层以及磨损部位的修复,如曲轴、柱塞、机床导轨和机床主轴等。但碳钢丝的红硬性差,温度高于250时硬度和耐磨性会有所降低。

热喷涂用不锈钢丝主要有马氏体不锈钢、铁素体不锈钢和奥氏体不锈钢,马氏体不锈钢丝1Cr132Cr133Cr13主要用于强度和硬度较高、耐蚀性不太强的场合,喷涂工艺较好,不易开裂。Cr17r17Ti等铁素体不锈金刚丝在氧化性酸类、多数有机酸、有机酸盐的水溶液中有良好的耐蚀性。奥氏体不锈钢中18-8钢应用最广泛,有良好的工艺性,在多数氧化性介质和某些还原性介质中都有较好的耐蚀性,用于喷涂水泵轴、造纸烘缸等。但涂层收缩率大,适于喷薄的涂层,否则容易开裂、剥落等。

常用碳钢及不锈钢热喷涂丝材的牌号、成分及特性见表10

10  常用碳钢及不锈钢热喷涂丝材的牌号、成分及特性

  

 

主要化学成分/%

丝材直径/mm

主要性能及应用

碳钢

B2C2

C0.090.22,Si0.120.30,

Mn0.250.65,Fe

1.62.3

  滑动磨损的轴承面超差修补涂层

B3C3

1.62.3

45

C0.45,Si0.32,Mn0.65,Fe

1.62.3

  轴类修复、复合涂层的底层、表面耐磨涂层

T10

C1.0,Si0.35,Mn0.4,Fe

1.62.3

  高耐磨零件表面强化涂层

不锈钢

2Cr13

C0.160.24,Cr1214,Fe

1.62.3

  耐磨、耐蚀涂层

1Cr18Ni9Ti

C0.12,Cr1820,Ni913,Ti1

1.62.3

  耐酸、盐、碱溶液腐蚀涂层

7)其他有色金属及其合金丝

锡涂层常用作食品器具的保护涂层,但锡中的含砷量不得大于0.015%。在电子工业中,锡丝可用作软钎焊过渡涂层。在机械工业中,可作轴承、轴瓦及其他滑动摩擦部件的耐磨涂层。此外由于锡熔点较低,可在熟石膏等材料上喷涂,制造低熔点模具等。喷涂用锡丝的直径一般为3mm左右。

铅锡合金丝可作为电子器件焊接表面的过渡涂层。铅及铅合金的喷涂层较松软,用于耐腐蚀时需经封孔处理。

锡、铅及其他金属丝的牌号、成分及特性见表11

11  锡、铅及其他金属丝的牌号、成分及特性

  

 

主要化学成分/%

丝材直径/mm

主要性能及应用

锡及其合金

SN-2

Sn99.8

3.0

  副食品及有机酸腐蚀涂层、木材、石膏、玻璃黏结底层

CH-A10

Sb7.5,Cu3.5,Pb0.25,Sn

3.03.2

  耐磨、减摩涂层

Pb1Pb2

Pb99.9

3.0

  耐硫酸腐蚀、X射线防护涂层

其他

金属

W1

W99.95

1.6

  抗高温、电触点抗烧蚀涂层

Ta1

Ta99.95

1.6

  超高温打底涂层、特殊耐酸蚀涂层

Cd-05

Cd99.95

1.03.0

  中子吸收和屏蔽涂层

 

2.2  复合热喷涂丝材

用机械方法将两种或更多种材料复合压制成丝(线)材就称为复合喷涂丝材,主要有镍铝、不锈钢、铜铝复合喷涂丝材等。

镍铝复合喷涂丝供火焰喷涂用,得到的涂层性能基本上与镍包铝复合粉末相同。

自结合不锈钢复合喷涂丝是由不锈钢、镍、铝等组成的复合丝,既利用了镍铝的放热效应,使涂层与多种母材金属形成牢固结合,又因复合其他强化元素,改善了涂层的性能。这种涂层收缩率中等,喷涂参数容易控制,便于火焰喷涂。主要用于油泵转子、轴承、汽缸衬里和机械导轨表面的喷涂,也可用来修补碳钢或耐蚀钢磨损件。

铜铝复合喷涂丝是一种自结合型青铜材料,涂层含有氧化物和铝铜化合物等硬质点,因此具有良好的耐磨性,主要用于铜及铜合金零部件的修补以及换挡叉、压配件、轴承座等工件的喷涂。

 

3 热喷涂合金粉末的成分与特性

热喷涂用合金粉末主要包括金属及其合金粉末、喷涂合金粉末、陶瓷及复合材料粉末、塑料粉末等。

3.1  喷涂合金粉末

喷涂合金粉末又称冷喷合金粉末,不需或不能进行重熔处理,是制备热喷涂涂层的重要喷涂材料之一。喷涂用的丝材都可以采用适当的方法制成粉末使用,特别是难以拉拔加工成丝材的、延展性差的金属或合金,则多制成粉末使用,其成分及性能与丝材完全一致。

根据喷涂合金粉末的用途可分为打底层粉末和工作层粉末,打底层粉末主要用以增加涂层与母材基体之间的结合强度;工作层粉末则主要保证涂层具有所要求的使用性能。根据合金粉末的化学成分,国产喷涂合金粉末主要有镍基、钴基、铁基和铜基四类。

喷涂合金粉末的牌号用F×××表示,其中:“F”表示喷涂合金粉末;“F”后面第一位数字表示合金粉末的化学组成类型,F1××-镍基,F2××-钴基,F3××-铁基,F4××-铜基;牌号的第二、第三位数字表示同一类型粉末中不同的序号。合喷涂金粉末牌号举例如下:

常用喷涂合金粉末的成分、涂层性能用途及见表12

12  常用喷涂合金粉末的成分、涂层性能及用途

 合 金类型

粉末

牌号

/ %

粒度/

涂层硬度

涂层性能及用途

Ni

Cr

B

Si

Fe

C

Al

其他

 

 

 

 

 

 

 

F111

15

7

-150+300

150HV

  易切削,用于轴承喷涂

F112

15

7

3

-150+300

200HV

  涂层致密,用于泵轴喷涂

F113

10

1.5

3

-150+300

250HV

  耐磨性较好,用于活塞喷涂

F105Fe

1418

34.5

3.55.5

5

0.61.0

WC35

400HV

  用于耐磨粒磨损涂层

G101

1114

1.52.5

1.52.5

1114

0.51.0

-150+320

3040HRC

  耐磨损、耐腐蚀,用于轴承面、轴套、活塞等的喷涂

G102

1417

0.51.0

1.02.0

58

0.5

-150+320

1020HRC

  易加工,用于泵套、轴承座、轴类零件的喷涂

G103

912

1.02.0

2.03.0

710

0.51.0

-150+320

20HRC

  耐磨损,用于机床轴、曲轴、偏心轮等的喷涂

Ni170

23

1.2

0.1

-120

170HBS

耐热、耐高温氧化,可用作陶瓷涂层的结合层

Ni180

15

0.8

7.0

0.1

0.3

-120

180HBS

易加工、耐磨损,用于轴承面、轴类的喷涂

Ni222

15

0.8

7.0

0.1

5.0

-120

220HBS

耐腐蚀,用于印刷辊、电枢轴的喷涂

Ni320

15

1.5

3.0

7.0

0.8

1.5

-120

320HBS

  耐磨损,用于机床轴、曲轴、轧轴轴颈的喷涂

G-Ni-01

1516

1.0

0.81.5

57

0.10.2

3.54.5

-140

446HV

  涂层致密、耐腐蚀,用于化学工业中泵轴的喷涂

G-Ni-02

911

1.52.0

2.03.0

6

0.51.0

1.0

-140

  耐磨损、耐腐蚀,用于风扇叶片及轴类零件

G-NI-03

1416

0.20.5

1.0

57

0.30.5

0.5

-140

  易加工,用于轴承面的喷涂件

G-Ni-11

7980

2021

-140

  耐腐蚀、抗氧化,用于结合层

LNi-02

15

0.8

7

0.5

5

-140+300

210230HBS

易加工,用于轴类零件及轴承面的喷涂

LNi-03

 

15

2.0

2.0

12

0.7

-140+300

3040HRC

  耐磨损、耐腐蚀,用于轴承面及轴套的喷涂

LNi-04

15

0.7

1.5

7

0.3

-140+300

163170HBS

  易加工、耐腐蚀,用于泵套、轴承座及轴类零件的喷涂

LNi-05

10

1.5

2.5

3

0.7

-140+300

2030HRC

  耐腐蚀,用于轴套、轴承及轴类零件的喷涂

Ni-12

910

12

23

6

5

-150+320

250HBS

  用于修复各种轴类零件

G-Go-11

9.511.5

24

0.01

0.5

2

0.80.9

W7.27.8

Mn0.5,Co

-120+320

1000HV

  耐磨损、耐高温、耐腐蚀,用于内燃机车进、排气阀喷涂

 

 

Fe250

9

17

1.5

1.8

0.2

-120

250HBS

  易加工,用于轴承面及汽车箱体密封面的喷涂

Fe280

37

13

1.0

2.5

0.5

 

-120

280HBS

  硬度高、耐磨性好、抗压能力强,用于各种耐磨损件

Fe320

15

2.0

1.0

0.1

-120

320HBS

Fe450

13

15

1.6

2.5

1.4

 

-120

450HBS

LFe-02

5

15

0.9

0.9

2.0

-140+300

320350HBS

  易加工,用于轴承及轴类零件的喷涂

LFe03

9

15

2

2.5

0.5

-140+300

220240HBS

  易加工,用于轴类零件的喷涂

LFe04

4

15

2

0.8

0.2

-140+300

300350HBS

  易加工,用于活塞、传动齿轮和轴的喷涂

F314

10

18

1.5

2

-150+300

250HV

  耐磨损,用于轴类零件的喷涂

F316

15

1.5

2

2

-150+300

400HV

  耐磨损,用于滚筒的喷涂

 

F412

Sn 10P 0.3,Cu

80HV

  易切削,用于轴承的喷涂

F411

Al 10,Ni 5,Cu

150HV

Cu150

Sn 10,P 0.4,Cu

150HV

  摩擦因数小,易加工,用于压力缸体、机床导轨及铝、铜件

Cu180

Al 5,Ni 10,Cu

180HV

Cu200

SN 8,P 0.3,Cu

200HV

 

3.2  喷熔合金粉末

喷熔合金粉末又称自熔性合金粉末,粉末中含有较高的BSi元素,熔点较低,自脱氧造渣,比较容易达到熔融状态,且熔池清亮,具有较宽的液固相线,液态流动性好,容易获得平整光洁、成形美观的喷涂层。常用自熔性合金粉末的成分及主要性能见表13

13  常用自熔性合金粉末的成分及主要性能

类别

牌号

主要化学成分/%

硬度

HRC

主要性能及应用

 

C

Cr

B

Si

Ni

Mo

Mn

V

Fe

W

Co

Cu

 

FZCr-25

FZCr-45

0.20.6

5.015

1.03.0

2.04.5

4.017

2050

  韧性好,耐冲击、耐蚀、耐热性好

 

FZNCr-55

FZNCr-60

0.41.1

1420

2.54.5

3.55.5

04.0

5.017

04.0

5065

  耐磨、耐腐、耐热性能好

 

FZN-15

FZN-25

0.1

0.82.0

1.64.0

021

1530

  耐磨、耐热冲击较好,用于铸件的修复

 

WF-111

WF-113

0.50.8

1316

2.03.0

3.04.0

5.08.0

4053

  适用于模具、内燃机气门、柱塞、轴类、冷加工模具等

 

WF-211

0.81.0

2730

1.01.8

0.61.0

3.0

3.54.5

4348

  红硬性好,用于高温、高压阀门、模具、内燃机气门

 

WF-215

WF-218

0.81.0

1830

1.02.6

0.53.5

1013

02.0

3.05.0

3.58.0

4055

  红硬性好,用于冲模、辊锻模具等

 

WF-242

0.40.8

1719

1.01.5

2.03.0

1315

2.53.5

7.0

3.54.5

4045

  抗裂性很好,用于过热蒸气阀门

 

FZFeCr25

-25HFZFe

Cr10-50H

0.151.5

4.012

1.04.5

1.55.0

2032

1.06.0

01.2

1.510

2560

耐磨性和韧性优良

 

FZFeCr13

-20HFZFe

Cr17-50H

0.151.8

1118

1.04.0

2.04.0

631

06.0

2060

  耐酸、耐腐蚀、耐磨性能优良

 

FZFeCr19

-30HFZFe

Cr30-50H

2.03.5

1832

1.53.5

1.55.0

015

04.5

01.5

01.2

03.0

3065

  具有优良的耐热、耐氧化、耐蚀和耐磨性

 

铜基

粉末

WF-411

P 0.20.4,Sn 79,Zn 24,Cu

HB80120

  具有良好的耐磨性,可用于低压阀密封面、配油盘、轴瓦等

WF-412

Si 2.53.5,Mn 12,Cu

HB80140

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

FZCr-××系列摘自GB/T 53161985

  ② FZN-××系列摘自GB/T 53161986

  ③ FZFeCr××-××系列摘自GB/T 85491987

  注:喷涂用合金粉末粒度通常为-140+320号筛;等离子喷涂用合金粉末,粒度一般为-80   +200号筛。

 

3.3  陶瓷及复合材料合金粉末

1)陶瓷合金粉末

陶瓷属于高温无机材料,是金属氧化物、碳化物、硼化物、氮化物和硅化物的总称,熔点高、硬度好,但脆性较大,没有塑性变形,对应力、裂纹敏感,耐疲劳性能差,易呈脆性断裂,因而不宜用于重负荷、高应力和冲击载荷等场合。如果经过合理的制备工艺和采用热喷涂方法,能够得到性能良好的涂层。常用陶瓷粉末的成分、主要性能及用途见表14 

氧化物陶瓷粉末的涂层与其他耐热材料的涂层相比,绝缘性能好,热导率低,高温强度高,特别适合作热屏蔽和电绝缘涂层。喷涂用的氧化铝粉末是白刚玉经过熔炼破碎后的粉末,即α-Al2O3粉末。氧化锆在所有耐高温材料中高温稳定性最好,常用作重要零件的隔热涂层。氧化铬是一种既耐高温又耐磨损的材料,而且耐腐蚀性和化学稳定性较好。氧化铬涂层主要用于化工输液泵柱塞、磨环、轴套及绕丝辊等。

碳化物包括碳化钨、碳化铬、碳化硅等,很少单独作为喷涂材料使用,往往采用钴包碳化物或镍包碳化物,以防止喷涂时产生严重的失碳现象。为了获得优异的涂层质量,必须严格控制喷涂工艺参数,或在含碳的保护气氛中进行喷涂。碳化钨是一种超硬的耐磨材料,但碳化钨涂层的组织结构及性能很难达到烧结的碳化钨硬质合金的性能。碳化铬、碳化硅也可用作耐磨或耐热涂层。

2)复合材料粉末

复合材料粉末是由两种或更多种金属、陶瓷、塑料、非金属矿物的固相粉末经机械组合(非合金化)所形成的粉末颗粒,其颗粒结构基本分为包覆型、团聚型和烧结型三种。复合粉末作为一种新型的复合材料,在热喷涂材料领域中占有十分重要的地位。热喷涂常用复合粉末的成分及主要性能见表15

采用不同的制备方法,能获得金属或合金非金属陶瓷制成的复合粉末,具有其他加工方法难以达到的优异综合性能;在储运和使用过程中,复合粉末不会出现偏析,克服了混合粉末因成分偏析造成的涂层质量不均匀等缺陷;芯核粉末受到包覆粉末的保护,在热喷涂过程中能减少或避免元素氧化烧损或失碳等;能制成放热型的复合粉末,使涂层与母材之间除机械结合外,还存在冶金结合,增高了涂层结合强度。放热型自黏结复合粉末的涂层性能见表16。复合粉末的生产工艺简单,组合和配比容易调整,性能容易控制。

硬质耐磨复合粉末的芯核材料为各种碳化物硬质合金颗粒,包覆材料为金属或合金。以不同的组成和配比制成多种硬质耐磨复合粉末,如Co-WCNi-WCNiCr-WCNiCr-Cr3C2Co-WTiC2Co-Cr3C2等。当加入自黏结性的镍包钼复合粉末后,可以增强涂层与基体的结合强度,提高涂层的致密性和抗氧化能力。

14  常用国产陶瓷粉末的成分、主要性能及用途

 

 

主要化学成分/%

主要性能及用途

氧化铝及

复合粉末

AF-251

Al2O398.4

耐磨粒磨损、冲蚀、纤维磨损,8401650℃耐冲击、热胀、磨耗、绝缘、高温反射涂层

P711

TiO2=3.0, Al2O397

P7112

TiO2=13, Al2O3

540以下耐磨粒磨损、硬面磨损、微动磨损、纤维磨损、气蚀、腐蚀磨损涂层

P7113

TiO2=20, Al2O3

P7114

TiO2=40, Al2O3

P7115

TiO2=50, Al2O3

氧化锆粉末

CSZ

ZrO2=93.9, CaO=46

845以上耐高温、绝缘、抗热胀、高温粒子冲蚀,耐熔融金属及碱性炉渣浸蚀涂层

MSZ

(ZrO2+MgO)98.45

YSZ

(ZrO2+Y2O3)98.25

1650高温热障涂层,845以上抗冲蚀涂层

氧化铬粉末

Cr2O3

Cr2O3=91, SiO2=8, Al2O3=0.61

540以下耐磨粒磨损、冲蚀、250抗腐蚀、纤维磨损、辐射涂层

氧化钛粉末

P7420

TiO298

540以下耐黏着、腐蚀磨损、光电转换、红外辐射、抗静电涂层

TiO2·Cr2O3

TiO2=55,Cr2O3=45

540以下耐腐蚀磨损、抗静电涂层

TZN

TiO2=520,ZrO2=8090

Nb2O5=1

  红外及远红外波辐射涂层

TZN-2

TiO2=520,ZrO2=20

Nb2O5=3

其他粉末

OS-1

Y13.3, Ba 41.2, Cu 28.9

  超导涂层

TiN

TiN

1000以下耐热、抗氧化、耐腐蚀、抗擦伤及彩色表面装饰保护涂层

15  热喷涂常用复合粉末的成分及主要性能

 

 

主要化学成分/%

主要性能及用途

镍包铝

复合粉

FF01·01

Al=9.011, Ni

黏结底层和中间涂层,但在酸、碱、中性盐电解质溶液中不耐蚀,用于抗高温氧化、黏着磨损、密封涂层

FF01·03

Al=1720, Ni

镍包氧化

铝粉

FF03·01

Al2O3=2025, Ni

高温热障涂层的中间过渡层,耐高温磨损腐蚀涂层

FF03·02

Al2O3=4045, Ni

FF03·04

Al2O3=6065, Ni

FF03·05

Al2O3=8085, Ni

钴包碳化

钨粉

FF02·01

Co=8.59.5, C=5.35.6, W

用于碳钢、镁、铝及其合金基体上喷涂,耐低应力磨粒磨损、冲蚀磨损、微动磨损及硬面涂层

FF02·02

Co=11.513.5, C=5.35.6, W

FF02·04

Co=1618, C=4.855.15, W

FF02·07

Co=2022, C=4.65.1, W

镍包铜粉

FF04·01

Cu=3033, Ni

耐海水、有机酸、盐溶液腐蚀涂层,抗黏着磨损涂层

FF04·03

Cu=6872, Ni

镍包铬粉

FF05·01

Cu=1822, Ni

900左右耐高温、抗氧化、耐腐蚀涂层

FF05·03

Cu=5862, Ni

注:粉末粒度范围在-140+400号筛。

16  放热型自黏结复合粉末的涂层性能

 

 

主要化学成分/%

金属间化合物

涂层性能

镍包铝

Ni-Al

Ni=83, Al=17

Ni3Al , NiAl

  自黏结,致密,抗高温氧化,耐高温,抗多种金属熔体和玻璃侵蚀

铝包镍

Ni-Al

Al=5, Ni=95

Ni3Al

镍铬包铝

NiCr-Al

Ni-Cr=94, Al=6

CrNi3Al

钼包硅

Mo-Si

Mo=6165,Si=3935

MoSi2

  涂层致密,高温下具有优异的抗氧化能力

硅包钼

Si-Mo

Si=6165,Mo=3935

MoSi2

硅包铬

Si-Cr

Si=1552,Cr=1548

Cr3Si2

铬包硅

Cr-Si

Cr=85,Si=15

Cr3Si2

铬包锆

Cr-Zr

Cr=53,Zr=47

锆化铬

钛包铬

Ti-Cr

Ti=65,Cr=35

钛化铬

铝包镧

Al-La

Al=2530,La=7570

铬镧化合物

  熔点很高,涂层致密,具有优异的抗高温氧化能力

铝包铬

Al-Cr

Al=3840,Cr=6260

铬铝化合物

铬包铝

Cr-Al

Cr=3840,Al=6260

铬铝化合物

 

3.4  喷涂塑料粉末

塑料是指室温下处于玻璃态的高分子聚合物材料。喷涂塑料粉末为热塑性粉末、热固性粉末两类。喷涂塑料粉末的种类及化学特性见表17。不同塑料粉末的抗化学腐蚀性能见表18

17  喷涂塑料粉末的种类及化学特性

 

    

      

热塑性塑料

  聚乙烯、聚丙烯、聚酰胺(尼龙)、聚酰亚胺、ABS塑料、聚氯醚、聚苯醚、聚苯酯、聚甲醛、氟塑料

  分子链为直链或带有支链的,众多分子链靠分子间力集聚在一起受热后软化、熔融、冷却后可恢复原状、多次反复其化学结构基本不变

热固性塑料

  酚醛、环氧树脂、有机硅、聚氨酯、氨基塑料

  具有网状分子链结构,各分子之间由化学键联结,一般不熔融,也不溶解。固化反应是不可逆的,通常与固化剂粉末混合进行喷涂

 

18  不同塑料粉末的抗化学腐蚀性能

 

   

耐碱性

弱酸

弱碱

强碱

  聚乙烯

  聚丙烯

  聚氯乙烯

  聚苯乙烯

  ABS塑料

  有机玻璃

  尼龙

  聚甲醛

  聚碳酸酯

  聚四氟乙烯

  酚醛

  环氧树脂

V

V

V

V

V

V

O

O

V

V

VO

V

不耐氧化酸

不耐氧化酸

VO

不耐氧化酸

不耐氧化酸

不耐氧化酸

X

X

O

V

VO(除氧化性酸)

O

V

V

V

V

V

V

V

V

O

V

OX

VO

V

V

V

V

V

X

V

V

X

V

X

OV

O80以下)

X(溶于芳香烃、氧化烃)

X(溶于酮、酯、氧化烃)

X

V(一般溶剂)

X(溶于芳香烃、氯化烃)

V

O

O

注:V—试样完全无变化;O—略受侵蚀;X—试样溶解、分解、严重侵蚀。

1)热塑性粉末

常用的热塑性喷涂粉末化学特性和涂层性能见表19。其中使用最广泛的是聚乙烯树脂和尼龙。用于流动床涂敷的高压、中压聚乙烯都可以用于喷涂,粒度为0.250.154mm,但这种粉末与金属的结合性能不太好。

 

尼龙粉末在常温下的流动性较好,若将工件预热到200左右喷涂,可获得耐磨性好、表面光滑的尼龙涂层。

最近日本开发了结合性良好的专门用于喷涂的聚乙烯树脂,这种结合性较好的聚乙烯可以在预热到120150℃的工件上用空气-丙烷火焰喷涂,涂层的厚度为300μm3mm

德国公司开发的新型聚烯烃塑料,结合性好,涂层表面光滑,粉末在喷涂装置的软管中流动性好。又因其熔融温度与分解温度的差值较大,所以喷涂工艺性良好,不易燃烧,容易控制。涂层耐自然气候和耐蚀性都很好,一次喷涂可达300μm2mm。但缺点是该喷涂材料较软。

2)热固性粉末

热固性塑料粉末主要包括环氧树脂和聚苯酯,热固性塑料粉末的化学特性和涂层性能见表20。环氧树脂粉末是由树脂染料、添加剂、硬化剂以及其他微量添加剂组成。喷涂时为控制涂层因收缩而产生的应力,可以加入TiO2CaCO3SiO2等添加物。

 

4 热喷涂材料的选用

热喷涂时,被喷涂材料的表面使用要求不员、采用的喷涂工艺不同,选择的热喷涂材料类型也不一样。选择热喷涂材料主要应遵循以下原则。

a、根据被喷涂工件的工作环境,使用要求和各种喷涂材料的已知性能,选择最适合功能要求的材料。

b、尽量使喷涂材料与工件材料的热膨胀系数相接近,以获得结合强度较高的优质喷涂层。

c、选用的热喷涂材料应与喷涂工艺方法及设备相适应。

d、喷涂材料应成本低,来源广。

4.1  根据热喷涂工艺方法选用

选用热喷涂材料时,应根据不同的喷涂工艺及方法,针对不同喷涂材料的特性进行选择。黏结底层喷涂材料适用的喷涂方法见表21

21  黏结底层喷涂材料适用的喷涂方法

     

火焰粉末喷涂

等离子弧粉末喷涂

丝材电弧喷涂

丝材火焰喷涂

Mo

Nb

Ta

Ni-Al80%/20%

Ni-Al83%/17%

Ni-Al95%/5%

Ni-Cr-Al

Ni-Cr80%/20%

铝青铜

    Ni-Al-Mo95%/5%/5%

 

4.2  根据被喷涂工件的使用要求选用

被喷涂工件表面要求耐磨的场合下,常用的喷涂材料有自熔性合金材料(镍基、钴基和铁基合金)和陶瓷材料,或者是二者的混合物。

碳化物与镍基自熔性合金的混合物等喷涂材料适合于不要求耐高温而只要求耐磨的场合。通常碳化物喷涂层的工作温度应在480以下,超过此温度时,最好选用碳化钛、碳化铬或陶瓷材料。高碳钢、马氏体不锈钢、钼、镍铬合金等喷涂材料形成的喷涂层特别适合于滑动磨损情形。

在被喷涂工作要求耐大气腐蚀的条件下,常选用锌、铝、奥氏体不锈钢、铝青铜、钴基和镍基合金等材料,其中使用最广泛的则是锌和铝。耐腐蚀喷涂材料本身具有良好的耐腐蚀性,但是如果喷涂导邓小平致密、存在孔隙,腐蚀介质就会渗透。因此,在喷涂时要保证致密度和一定的厚度,并要对喷涂层进行封孔处理。

喷涂时,为使喷涂工件和喷涂层之间形成良好的结合,有时可以黏结底层喷涂材料使其在工件和喷涂层之间产生过渡作用。可作为这种黏结底层的喷涂材料有钼、镍铬复合材料和镍铝复合材料等,但是在选择底层喷涂材料时,主要应该考虑使用环境的腐蚀性和温度。

 
 
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