热喷涂科学与技术PDF电子书下载

1 热喷涂技术概述 1

1.1 热喷涂技术的发展 1

1.2 热喷涂材料工艺技术分类 7

1.3 热喷涂科学技术的主要学术会议与刊物 8

参考文献 13

2 热喷涂科学技术基础 15

2.1 喷涂粒子在气流中的加速和加热 15

2.1.1 喷涂粒子在气流中的加速 15

2.1.2 喷涂粒子在气流中的加热 17

2.2 涂层的形成 21

2.2.1 液滴垂直冲击固体表面连接贴片沉积的形成 21

2.2.2 喷涂时的贴片形成过程的时间尺度 22

2.2.3 贴片形貌 22

2.2.4 基体温度对喷涂粒子在基体表面连接贴片和贴片间的结合（涂层致密度）的影响 23

2.2.5 粉末粒径对热喷涂时喷射粒子贴片形貌的影响 24

2.2.6 贴片摊敷程度的标识 25

2.2.7 考虑熔化液滴的可压缩性 25

2.2.8 贴片液滴的冷却凝固 26

2.2.9 喷涂粒子的淬火应力 26

2.3 热喷涂涂层与基体的结合机制 27

2.4 热喷涂气体动力学基础 28

2.4.1 局域声速 28

2.4.2 绝热等熵过程 29

2.4.3 滞止态 30

2.4.4 压力波的传播及Mach数 31

2.4.5 Laval喷管 32

2.4.6 与热喷涂相关的流体力学数 35

参考文献 36

3 电弧喷涂 40

3.1 概述 40

3.2 电弧喷涂技术基础 42

3.2.1 电弧 42

3.2.2 电弧喷涂时金属丝极端部熔滴的脱离与雾化喷射－双丝电弧喷涂模型 47

3.3 电弧喷涂设备 59

3.3.1 电弧喷涂电源系统 60

3.3.2 送丝系统 62

3.3.3 电弧喷涂枪 63

3.3.4 供气系统 66

3.4 工艺参数的调整及其对涂层质量的影响 67

3.4.1 电压－电流－送丝速度 67

3.4.2 雾化喷射气的种类 69

3.4.3 雾化喷射气的压力与流量 69

3.4.4 喷涂距离 70

3.4.5 喷涂材料对喷涂雾化熔滴粒子温度与速度的影响 71

3.4.6 基体温度的影响 73

3.5 电弧喷涂技术与设备的新发展 73

3.5.1 高速电弧喷涂 73

3.5.2 大功率电弧喷涂设备 73

3.5.3 水下电弧喷涂 75

3.5.4 不熔化极电弧喷涂 75

3.5.5 内孔电弧喷涂 75

3.6 电弧喷涂技术的应用 76

3.6.1 防腐涂层 76

3.6.2 耐磨涂层 77

3.6.3 防滑涂层 77

3.6.4 其他功能涂层 77

参考文献 78

4 火焰喷涂 82

4.1 火焰喷涂使用的燃料与燃烧 82

4.2 常规燃气－氧气火焰喷涂 86

4.2.1 线材火焰喷涂 88

4.2.2 棒材火焰喷涂 90

4.2.3 粉末火焰喷涂 90

4.2.4 自熔合金粉末火焰喷熔 92

4.3 高速氧－燃料火焰喷涂 94

4.3.1 HVOF喷涂设备系统 96

4.3.2 HVOF喷涂枪炬 97

4.3.3 温喷涂（两阶段HVOF）枪炬（Warm Spray（Two-Stage HVOF）） 104

4.3.4 线材HVOF喷涂 106

4.3.5 内孔HVOF喷涂枪 106

4.3.6 HVOF喷涂过程机制 106

4.3.7 按燃料分类HVOF喷涂枪的结构特点、送粉位置及其参数与效率的比较 116

4.3.8 HVOF喷涂的应用 118

4.4 爆炸喷涂 122

4.4.1 爆炸喷涂设备 123

4.4.2 爆炸喷涂工艺原理 127

4.4.3 爆炸喷涂涂层性能 128

4.4.4 爆炸喷涂的应用 133

参考文献 135

5 等离子喷涂 141

5.1 概述 141

5.1.1 直流电弧等离子喷涂 141

5.1.2 射频感应耦合等离子喷涂（Inductively coupled R.F.Plasma Spray） 144

5.2 非转移弧直流等离子枪炬及等离子焰流的形成 145

5.2.1 等离子枪炬各组成部分及其功能 146

5.2.2 等离子焰流的形成 158

5.3 等离子焰流的特性 159

5.3.1 等离子枪炬内等离子焰流的物理特性 159

5.3.2 湍流等离子 163

5.3.3 直流电弧等离子喷涂所需使用的气体 166

5.4 直流电弧等离子喷涂设备与工艺 171

5.4.1 电源 172

5.4.2 控制系统 172

5.4.3 等离子喷涂枪炬 173

5.4.4 高热焓等离子喷涂系统 175

5.4.5 等离子喷涂工艺参数的选择 177

5.5 大气下直流电弧等离子喷涂枪炬的改进 180

5.5.1 多电极等离子喷涂枪 181

5.5.2 串联等离子枪 185

5.5.3 大功率内孔等离子喷涂枪 186

5.5.4 气体隧道等离子喷涂 186

5.6 层流等离子 188

5.6.1 概述 188

5.6.2 层流等离子的特性 189

5.6.3 层流等离子的应用 192

5.7 真空等离子喷涂和低压等离子喷涂 193

5.7.1 概述 193

5.7.2 低压仓内等离子焰流的物理学特性 194

5.7.3 低压仓内喷涂用等离子枪炬的喷嘴 196

5.7.4 低压仓内的等离子喷涂对涂层性能的影响 197

5.7.5 低压仓内的等离子技术应用的拓展 198

5.8 微束等离子喷涂 199

5.9 电磁加速等离子喷涂 200

5.9.1 概述 200

5.9.2 电磁等离子动力电弧束流发生器的结构及原理 201

5.9.3 电磁加速等离子喷涂的应用 203

5.10 液稳等离子 204

5.10.1 液稳等离子弧枪炬的结构及其工作原理 204

5.10.2 液稳等离子弧枪内电弧稳定燃烧时电参数与蒸汽质量流速率的关系及其对等离子焰流特性的影响 205

5.10.3 气－液复合稳定等离子喷涂枪炬 208

5.11 感应耦合等离子 209

5.11.1 概述 209

5.11.2 感应耦合等离子体发生器系统及等离子炬结构 210

5.11.3 感应耦合等离子发生器的工作原理、工作气体及焰流的特性 211

5.11.4 超声速喷嘴对感应耦合等离子束流特性的影响 213

5.11.5 感应耦合等离子设备系统 215

5.11.6 感应耦合等离子的应用 216

5.12 微波等离子 218

5.13 等离子转移弧表面熔覆 219

5.13.1 概述 219

5.13.2 等离子转移弧熔覆设备 220

5.13.3 等离子转移弧熔覆的分类与应用 221

参考文献 221

6 热喷涂材料 232

6.1 热喷涂工艺对材料的一般要求 232

6.2 热喷涂材料分类 233

6.3 热喷涂用线材与棒材 233

6.3.1 金属线材与棒材 233

6.3.2 火焰喷涂用棒材 242

6.4 热喷涂用粉末材料 242

6.4.1 热喷涂用粉末的主要特征指标及其测试方法 243

6.4.2 热喷涂用纯金属粉末 251

6.4.3 自黏结合金粉和自黏结合打底过渡层合金粉 254

6.4.4 自熔合金粉末 260

6.4.5 热喷涂用高合金钢粉末和一些铁基合金粉 273

6.4.6 热喷涂用Ni－基合金粉 276

6.4.7 用于热喷涂的铜基合金粉 280

6.4.8 用于热喷涂的铝基合金粉 281

6.4.9 用于热喷涂的钴基合金粉 281

6.4.10 用于热喷涂的碳化物金属陶瓷粉 283

6.4.11 硼化物及硼化物金属陶瓷 292

6.4.12 金属硅化物及硅化物合金 293

6.4.13 金属氮化物及氮化物金属陶瓷 294

6.4.14 其他热喷涂用金属陶瓷 295

6.4.15 玻璃粉末 296

6.4.16 喷涂用氧化物陶瓷 296

6.4.17 间隙控制可磨密封涂层材料 313

6.4.18 准晶合金 316

7 热喷涂功能涂层材料、工艺、特性与应用 326

7.1 热喷涂塑料涂层 326

7.1.1 聚醚醚酮 327

7.1.2 塑料与金属或陶瓷粉末复合涂层 328

7.2 热障涂层 329

7.2.1 概述 329

7.2.2 结合打底层 330

7.2.3 热障涂层系统的陶瓷面层 333

7.2.4 热障涂层系统在高温长时工作的组织结构与性能变化 334

7.2.5 热障涂层的介质氧化 334

7.2.6 热障涂层系统的热生长氧化物（TGO）问题 335

7.2.7 致密纵向微裂纹（DVC）法 336

7.2.8 热障涂层的介质腐蚀 336

7.2.9 热障涂层系统的技术进步 337

7.3 生物医学功能涂层 342

7.3.1 羟基磷灰石生物活性涂层 342

7.3.2 有元素取代和掺杂的HA的涂层 344

7.3.3 Nano－结构的影响 345

7.3.4 TiO2涂层 345

7.3.5 悬浮液等离子喷涂制备HA涂层 345

7.3.6 HVOF喷涂生物功能涂层 346

7.3.7 氧化锆及其改性涂层 346

7.3.8 C/C复合材料基体上等离子喷涂HA涂层 347

7.3.9 在医用聚合物基体表面喷涂HA涂层 347

7.4 热喷涂技术用于制作固体氧化物燃料电池及其所需相关材料 348

7.4.1 固体氧化物燃料电池的结构与工作原理 350

7.4.2 用热喷涂材料工艺技术制作固体氧化物燃料电池的历史 350

7.4.3 用热喷涂技术制作固体氧化物燃料电池使用的材料与工艺 350

参考文献 356

8 固态粒子喷涂——冷喷涂 365

8.1 概述 365

8.2 喷射固体粒子对基体表面的冲击、冷喷涂的临界速度与涂层形成机理 367

8.2.1 喷射固体粒子冲击基体表面时的几种情况 367

8.2.2 冷喷涂时喷射粒子在喷射过程中和冲击基体表面时的物理化学反应变化过程 369

8.2.3 冷喷涂时的临界速度及其与材料特性的关系 373

8.2.4 冷喷涂机理：涂层的形成和沉积效率 375

8.2.5 冷喷涂弛豫（诱导）时间：基体表面被喷涂粒子的冲击活化 379

8.3 工艺参数的影响 379

8.3.1 工艺气体的影响 379

8.3.2 工件移动速度的影响 381

8.3.3 粉末粒径对冷喷涂临界速度的影响 382

8.4 冷喷涂设备 383

8.4.1 冷喷涂设备的组成 383

8.4.2 冷喷涂枪的喷嘴 383

8.4.3 高压冷喷涂和低压冷喷涂 385

8.4.4 冷喷涂设备系统 387

8.4.5 脉冲冷气动力喷涂 387

8.5 冷喷涂应用 388

8.5.1 用冷喷涂制作金属基复合材料（MMC）涂层 389

8.5.2 金属－金属复合材料涂层 390

8.5.3 制作纳米晶结构涂层 390

8.5.4 在金属基体上喷涂陶瓷涂层 391

8.5.5 内孔喷涂 391

8.5.6 在电子工业领域的应用 391

8.5.7 生物医学材料涂层 392

参考文献 393

术语索引 399

后记 406