电弧喷涂与工程结构磨损.ppt
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1、电弧喷涂与工程结构的磨损,主讲:余圣甫 华中科技大学材料科学与工程学院,第一部分 工程结构的磨损与喷涂,一、磨损的科学问题 工程结构的磨损作为工程研究主要解决产品使用过程中的磨损机理以及如何采用合理的工艺方法防治或减轻磨损。 由此提出的科学问题: 1、根据产品的使用环境确定磨损的限度和产生的后果 2、优化耐磨材料和制造工艺技术 3、确定影响因素,预测结构的使用寿命 4、预保养和维修,二、磨损的分类,根据工程结构使用环境的不同可分为以下六类: (1)磨粒磨损(Abrasive Wear) 由于硬的颗粒或凸起物使工程结 构表面迁移造成的磨损。 (2)粘着磨损(Adhesive Wear) 接触表面
2、作相对运动,由于固态焊合使材料从一个表面转移到另一个表面造成的磨损。,(3)疲劳磨损(Fatigue Wear) 由于循环交变应力引起疲劳,使材料脱落的一种磨损。 (4)腐蚀磨损(Corrosion Wear) 与周围介质发生化学反应造成材料失重。 (5)冲蚀磨蚀(Erosive Wear) 含有固体粒状的流体冲刷固体表面,是固体材料表面流失的磨损过程。,(6)气蚀磨损(Cavitation Wear) 流动液体流过固体表面引起空泡,空泡破灭时,液滴冲击固体材料造成流失。 三、磨粒磨损的三种形式 1、低应力磨粒磨损 磨粒以小的投射角,较自 由地在工件表面上滑动。 这类磨损的宏观现象是工件表面很
3、光滑。 2、高应力磨粒磨损 磨粒在压力作用下,使构件发生磨损。这类磨损的宏观现象是工件表面有沟槽。,3、凿削磨损 较大的磨粒,以较大的投射角,较大的能量投向工件。这类磨损的宏观现象是工件表面很深的沟槽。 四、磨粒磨损的过程 磨粒磨损包含两个阶段:一是磨粒在基体上刻出沟槽;二是沟槽边缘的金属产生塑性变形,逐渐导致表面金属破碎与剥落。 五、影响磨粒磨损的因素 磨粒磨损在很大程度上受磨粒的性质及其作用方式的影响。 主要有: (1)磨粒的大小,(2)磨粒的形状 (3)磨粒的硬度 (4)磨粒作用时的压力和冲击 (5)磨粒的浓度 (6)磨粒作用时的投射角 (7)磨粒与工件表面的相对速度 (8)作用时间的长
4、短 经验证明:在有应力作用下,如果磨粒的硬度低于工件,则磨粒发生磨损。 磨粒的硬度与工件相当,则工件发生磨损。 磨粒硬度高于工件,则工件发生强烈磨损。,热喷涂技术的发展背景,腐蚀和磨损是造成材料和零部件失效的主要原因。只有提高零件的防腐和耐磨性能,才能避免巨大的经济损失。 高科技的应用和工业生产技术水平提高,高效、高质的运行模式已成为人们追求的目标,对机械零部件的综合性能要求越来越高。 热喷涂技术是表面工程领域内表面改性最有效的技术之一。,热喷涂技术定义及原理,热喷涂技术是利用热源将喷涂材料加热至溶化或半溶化状态,并以一定的速度喷射沉积到经过预处理的基体表面形成涂层的方法,赋予基体表面特殊功能
5、的目的。,热喷涂技术的应用,热喷涂技术应用十分广泛,可制备减摩耐磨、耐腐蚀、抗高温氧化、热障功能、催化功能、电磁屏蔽吸收、导电绝缘、远红外辐射等功能涂层。 涂层材料几乎涉及所有固态工程材料,包括金属、金属合金、陶瓷、金属陶瓷、塑料、金属塑料及它们的复合材料和其他非金属无机材料。,热喷涂技术的应用,广泛应用于航空航天、冶金、能源、国防、石油化工、机械制造、交通运输、轻工机械、生物工程国民等经济各个领域。,热喷涂技术的应用,广泛应用于航空航天、冶金、能源、国防、石油化工、机械制造、交通运输、轻工机械、生物工程国民等经济各个领域。,热喷涂技术工艺方法,第二部分 磨损的防护技术,一、耐磨粒磨损材料的特
6、性 1)耐磨损材料的耐磨性能主要取决于金相组织。 2)金相组织主要决定于化学成分与热过程。 3)利用第二相硬质点,改善材料的耐磨性。 如WC,Cr7C3等。 由此要求,良好韧性的基体,均匀分布高硬度的第二相质点。 二、硬相质点,1)硬相质点的类型 最好的为WC,次之为Cr的碳化物,如Cr7C3,Cr23C7,其他为Nb、Ti、V的碳化物。 2)硬相质点的尺寸大小 质点尺寸较大,耐磨性较高。 3)硬相质点的数量 硬相质点的数量越多,耐磨性越高。 4)硬相质点的间距 硬相质点的间距越小,越耐磨 5)硬相质点的形状 以球状最为耐磨,6)硬相质点的排列方向 三、耐磨材料 根据喷涂材料的形状可分为线材、
7、棒材、粉末、陶瓷、高分子材料。 在众多材料中,以线材料制造方便,价格低廉,适用性广泛。 1、铜及其铜合金 铜及其铜合金,有一定耐磨耐蚀性,主要用于装饰。 2、钼及其合金 钼的摩擦系数低,耐磨性好。但价格昂贵。 3、镍及其合金,主要是指Ni-Cr-B-Si系合金,有良好的耐蚀性和耐磨性,第二相质点为Ni3B,CrB和碳化物Cr7C3。 4、马氏体不锈钢 主要以0Cr13、 1Cr13、 2Cr13、3Cr13、 4Cr13、 7Cr13有良好的耐磨性和耐蚀性。 5、奥氏体不锈钢 以18-8奥氏体不锈钢为代表,有优异的耐蚀性和一定的耐磨性。 6、碳钢和合金钢 是工程中应用最为广泛的喷涂材料,根据不
8、同的工况条件进行合金化。,7、新型药芯焊丝材料 四、电弧喷涂的工艺技术 热喷涂技术原理:热喷涂技术工艺方法很多,各有特点。无论何种工艺方法,喷涂过程中形成涂层的原理和涂层结构基本一致。 热喷涂形成涂层的过程一般经历四个阶段:喷涂材料加热熔化阶段、雾化阶段、飞行阶段、碰撞沉积阶段。,(1)加热熔化阶段 喷涂材料为线材时,喷涂过程中,线材的端部连续不断地进入热源高温区被加热熔化,形成熔滴; 当喷涂材料为粉末时,粉末材料直接进入热源高温区,在行进过程中被加热至熔化或半熔化状态 (2)雾化阶段 线材在喷涂过程中被加热熔化形成熔滴,在外加压缩气流或热源自身气流动力的作用下,将线材端部熔滴雾化成微细微粒并
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