表面改性技术教师：强颖怀学院：材料学院材料科学与工程学院表面改性技术第五章 表面涂敷技术表面涂装1
热喷涂2
堆焊3
其它涂敷技术4
材料科学与工程学院表面改性技术5.1 表面涂装
1.涂装相关概念
涂装：用有机涂料通过一定的方法涂覆于材料或制件表面，形成涂膜的全部工艺过程。
油漆,植物油 涂料,合成树脂涂料,概念广泛，传统涂料水性涂料、粉末涂料等材料科学与工程学院表面改性技术5.1 表面涂装材料科学与工程学院表面改性技术材料科学与工程学院表面改性技术
溶剂挥发类,涂料在成膜过程中不发生化学反应，只是溶剂挥发使涂料干燥成膜，一般为自然干燥型涂料，
容易重新涂装。
固化干燥类,成膜物质一般是相对分子质量较低的线性聚合物，可溶解于特定的溶剂中，经涂装、溶剂挥发后，就可通过化学反应交联固化成膜。气干型、烘烤型、
两罐型、辐射型。
5.1 表面涂装材料科学与工程学院表面改性技术涂装预处理 涂装 干燥固化预处理,清除污垢、化学处理（磷化、钝化）、消除缺陷、合适粗糙度。
涂布方法,各种类型干燥固化,自然干燥、人工干燥（加热、照射）
5.1 表面涂装材料科学与工程学院表面改性技术5.1 表面涂装材料科学与工程学院表面改性技术5.1 表面涂装材料科学与工程学院表面改性技术
静电喷涂：是用静电喷枪使油漆雾化并带负电荷，与接地的工件间形成高压静电场，静电引力使漆雾均匀沉积在工件表面。
涂膜均匀易于自动化油漆利用率高
5.1 表面涂装材料科学与工程学院表面改性技术材料科学与工程学院表面改性技术5.1 表面涂装材料科学与工程学院表面改性技术
电泳涂装：将电泳漆用水稀释到固体分为 10-15%左右，
加入电泳槽内，将工件浸入作为电极，通以直流电时电泳漆中的树脂和颜料移向工件，沉积在工件表面，烘干后形成均匀的漆层。
生产效率高安全环保：水涂膜均匀、附着力好
5.1 表面涂装材料科学与工程学院表面改性技术
粉末涂装：以粉末形态进行涂装，经熔融或交联固化形成涂膜。
树脂分子量大：质量、耐久性好损失少：可回收专用设备、调色难、薄层难、单涂层无溶剂：无毒温度高、可涂厚膜
5.1 表面涂装材料科学与工程学院表面改性技术5.1 表面涂装材料科学与工程学院表面改性技术5.1 表面涂装材料科学与工程学院表面改性技术静电粉末：喷涂、固化炉
5.1 表面涂装材料科学与工程学院表面改性技术5.1 表面涂装材料科学与工程学院表面改性技术耐高温涂层：有机硅 +玻璃陶瓷,1370℃
5.1 表面涂装材料科学与工程学院表面改性技术烧蚀涂料：能够碳化、泡沸碳；美国火星的“海盗”号飞船的舱身和外露部件均涂有一层 12.7ｍｍ 厚的有机硅树脂中的酚醛 -玻璃珠 -软木的绝缘层，耐摩擦产生的温度约
1482℃ 。
5.1 表面涂装材料科学与工程学院表面改性技术示温涂料：随温度变化而变颜色，晶型转变、结构转变、
脱水、分解、固相反应。
5.1 表面涂装材料科学与工程学院表面改性技术伪装涂料
5.1 表面涂装材料科学与工程学院表面改性技术隐身涂料：吸收电磁波，铁氧体、氧化镁等铁磁性物质
5.1 表面涂装材料科学与工程学院表面改性技术荧光涂料：发光材料
5.1 表面涂装材料科学与工程学院表面改性技术5.2 热喷涂
1.热喷涂
热喷涂：采用气体、液体燃料或电弧、等离子弧、激光等作热源，将粉末状或丝状的金属或非金属喷涂材料加热到熔融或半熔融状态，并用热源自身的动力或外加高速气流雾化，使喷涂材料的熔滴以一定的速度喷向经过预处理的工件表面，依靠喷涂材料的物理变化和化学反应，形成附着牢固的表面层的加工方法。
材料科学与工程学院表面改性技术热喷涂原理
5.2 热喷涂材料科学与工程学院表面改性技术雾化变形凝固堆积材料科学与工程学院表面改性技术5.2 热喷涂材料科学与工程学院表面改性技术机械结合：凸凹不平表面相互咬合冶金结合：涂层粒子和基体产生扩散微区物理结合：高速粒子撞击，晶格范围，范德华力粒子间结合：机械为主、扩散冶金也存在
5.2 热喷涂材料科学与工程学院表面改性技术材料科学与工程学院表面改性技术
5.2 热喷涂材料科学与工程学院表面改性技术低速火焰喷涂
2 5 0 5 0 0 7 5 0 1 0 0 0 m/ s
2 5 0 0 5 0 0 0 7 5 0 0 1 0 0 0 0
o
C
0
0
电弧喷涂等离子喷涂高速火焰喷涂温度速度
5.2 热喷涂材料科学与工程学院表面改性技术材料科学与工程学院表面改性技术各种基体材料：金属、玻璃、陶瓷、有机材料方法多样：有十几种之多。
喷涂材料种类广泛：金属、合金、陶瓷、有机喷涂工件不受限制：大面积、小工件均可涂层厚度可控：几十微米到几毫米
5.2 热喷涂材料科学与工程学院表面改性技术线材：碳钢丝、不锈钢丝、铝丝、铜丝、复合喷涂丝及镍、铜、铝的合金丝等。锌丝粉末：金属及合金粉末、陶瓷粉、复合材料粉末和塑料颗粒等。镍基合金粉。
5.2 热喷涂材料科学与工程学院表面改性技术线材火焰喷涂：设备简单，价格便宜，手持操作，调节简单，工件表面温度较低，
粉末火焰喷涂：颗粒由表面向内部融化，不存在破碎和雾化，粉末粒度决定喷涂粒度，存在不同部分融化不一致问题。
5.2 热喷涂材料科学与工程学院表面改性技术材料科学与工程学院表面改性技术材料科学与工程学院表面改性技术5.2 热喷涂材料科学与工程学院表面改性技术材料科学与工程学院表面改性技术材料科学与工程学院表面改性技术工件表面准备：洁净、粗糙、新鲜，酸洗或喷砂除氧化皮，有机溶剂或碱水除污，车削、磨削、喷砂粗糙预热：提高工件与熔滴接触温度，有利于咬合；降低冷却速度（应力）；去除表面水分。
喷涂：火焰温度、供给速度、气体压力、喷涂距离、
喷涂角度、喷涂移动速度。
喷后处理：有孔结构，蜡或树脂封口。
材料科学与工程学院表面改性技术电弧喷涂电弧喷涂是将两根被喷涂的金属丝作为自耗性电极，输送直流或交流电，利用丝材端部产生的电弧作为热源来熔化金属，用压缩气流雾化熔滴并喷射在基材表面形成涂层。
喷涂导电材料，喷涂颗粒大小不匀，质地不均，烧失量大但效率高，液滴变形量大，结合强度高，价格便宜电弧电压、电弧电流、送丝速度、气体压力和流量、喷涂距离，
材料科学与工程学院表面改性技术材料科学与工程学院表面改性技术材料科学与工程学院表面改性技术材料科学与工程学院表面改性技术等离子喷涂等离子喷涂是以电弧放电产生等离子体作为高温热源，
以喷涂粉末材料为主，将喷涂粉末加热至熔化或熔融状态，在等离子射流加速下获得很高速度，喷射到基材表面形成涂层。
工作气体为氩气或氦气，工作温度高，可熔化所有金属，
喷涂效率高，涂层致密结合强度高。
输入功率，气体及流量，供粉速度，喷涂距离，喷涂角，
移动速度。
材料科学与工程学院表面改性技术等离子喷涂材料科学与工程学院表面改性技术材料科学与工程学院表面改性技术等离子喷涂材料科学与工程学院表面改性技术等离子喷涂材料科学与工程学院表面改性技术等离子喷涂材料科学与工程学院表面改性技术等离子喷涂由于能产生特别高的温度,所以它可以喷涂任何一种可熔材料 。
等离子喷涂层组织细密,氧化物夹渣少,气孔率低,涂层与基体结合程度高,最高可达到 60N／
mm2,其结合机理以机械结合为主,在一些微区产生了冶金结合和物理结合 。
等离子喷涂的特点材料科学与工程学院表面改性技术与其它喷涂技术相比,等离子喷涂具有下列特点：
（ 1） 能够喷涂多种喷涂材料,尤其能喷涂熔点高的难熔材料,如难熔金属,陶瓷,金属陶瓷及其它特殊功能材料 。
（ 2） 可以选择惰性气体做为工作介质,减少了喷涂粒子在飞行过程中的氧化反应 。
等离子喷涂的特点材料科学与工程学院表面改性技术
（ 3） 涂层的结合强度高,气孔率低 。
（ 4） 能通过控制工艺参数制备精细涂层 。
因此,等离子喷涂主要用于制备涂层质量要求高的耐蚀涂层；耐磨,减摩,固体润滑涂层；导电,
绝缘涂层；隔热涂层,抗高温涂层和特殊涂层,在机械制造,石油化工,航天航空,交通运输,能源及电子工业中得到应用 。
等离子喷涂的特点材料科学与工程学院表面改性技术耐蚀涂层；
耐磨,减摩,固体润滑涂层；
导电,绝缘涂层；
隔热涂层；
抗高温涂层；
特殊涂层等离子喷涂的应用材料科学与工程学院表面改性技术
（ 1） 大功率在高热能的条件下,配合高速喷嘴,使粉末微粒速度增大,而获得高的动能,于是粉末微粒在喷向基体表面时的热能和动能转化为涂层的结合能就高,从而提高了涂层的结合强度和涂层的致密度 。
等离子喷涂的新进展材料科学与工程学院表面改性技术
（ 2） Low Pressure Plasma Spraying
Vacuum Plasma Spraying
（ a） 涂层受氧化污染小,含杂质也少,故涂层的质量优于大气环境下喷涂涂层 。 尤以对于氧敏感的材料如钛,钽,铌等材料是理想的喷涂环境 。
（ b）在真空室内进行，所以减少了对周围环境的污染；且噪音小，对操作者的健康是有利的。
（ c） 由于是计算机程控自动操作,故涂层的工艺参数重复性好,涂层生产性能稳定；且能通过数理统计选出最佳工艺参数,提高了涂层质量 。
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（ 3） 新设备
① Axial III型等离子喷涂设备加拿大 Mettech----三阴极轴向送粉等离子喷涂系统。传统的枪外送粉方式是将粉末从径向送入等子焰流，这样就会有部分粉末穿过或没有进入等离子焰，降低了粉末的沉积效率，又影响了涂层质量。
而 Axial III则可完全避免这些缺点。
Axial III轴向送粉喷枪包括 3对相互独立的阳极和阴极,从而实现真正意义上的 轴向送粉 。
等离子喷涂的新进展材料科学与工程学院表面改性技术高沉积效率,高送粉速率低孔隙率、较高的涂层硬度对粉末粒度分布要求不高。
喷涂 WC-Co,Axial III可以比 HVOF节省 75%～
80%的时间。目前，采用热喷涂工艺代替电镀铬成为新的研究方向,Axial III已经在许多领域替代了电镀铬，材料方面包括 WC-Co,Cr-NiCr,Ti，
NiCrBSi。 此外,Axial III在制备要求较高的涂层方面，如网纹传墨辊涂层、报纸印刷辊涂层等也具有明显的优势。
等离子喷涂的新进展材料科学与工程学院表面改性技术
（ 3） 新设备
② Multicoat 型等离子喷涂设备
Multicoat为全球最大的热喷涂公司 —瑞士
SulzerMetco公司研制的最新型的等离子喷涂设备。
Multicoat的设计基于“平台”概念，即使用相同的主平台，配备不同的软硬件及相应组件，可以实现不同的喷涂工艺。
等离子喷涂的新进展材料科学与工程学院表面改性技术
（ 3） 新设备
② Multicoat 型等离子喷涂设备
Multicoat可以进行大气等离子喷涂（ APS）、
真空等离子喷涂（ VPS） 和超音速火焰喷涂
（ HVOF）。 与以前的等离子喷涂设备相比，
Multicoat将气体部分独立出来，这样既可以避免其他电路对质量流量计的干扰，又可以避免氢气泄漏发生危险，提高了系统的安全性。
等离子喷涂的新进展材料科学与工程学院表面改性技术
（ 3） 新设备
③ 5500-2000型等离子喷涂设备美国 PRAXAIR-TAFA公司开发的等离子喷涂系统。
采用专有软件实时控制和监测等离子弧的实际能量，
即净能量。
操作者键入优化参数后，控制模块控制整个工艺过程，监测和实时显示喷枪效率，使系统参数根据喷枪条件而反应，并作出相应调节以维护目标等离子体能量，提供稳定的能量输出水平。
等离子喷涂的新进展材料科学与工程学院表面改性技术
（ 3） 新设备
③ 5500-2000型等离子喷涂设备
PRAXAIR-TAFA公司还开发出了类似 Multicoat
的多功能喷涂系统 GTS,和大功率等离子喷涂系统
PlazJet（ 喷涂功率可以达到 200kW）,其中 GTS
可以进行等离子喷涂、超音速火焰喷涂和电弧喷涂
。
PlazJet在国内已有数家用户。
等离子喷涂的新进展材料科学与工程学院表面改性技术
（ 3） 新设备
④ 水稳等离子喷涂水稳等离子喷涂是一种高功率和高速等离子喷涂方法,它是在由高速旋转的水形成的隧道里产生的弧中,水蒸气分解形成 O2 和 H2 的等离子工作气的喷涂方法。与气体等离子喷涂方法相比,其焰流温度更高体积更大更长,特别是能量更高,因而特别适合于高熔点氧化物陶瓷的大量喷涂。
等离子喷涂的新进展材料科学与工程学院表面改性技术
（ 3） 新设备
④ 水稳等离子喷涂优点：输出功率大 (150 -200 kw),涂层结合强度是气体等离子喷涂涂层的 2 - 3 倍,并且涂层致密,其硬度、耐磨性和耐热冲击性能也有很大提高； 喷涂效率高,喷涂能力最大为 50 kg / h； 涂层厚度可达 20 mm；只需水和空气,运行成本低,比其他喷涂方法经济。 缺点：焰流为氧化焰,不适喷涂容易氧化的材料。此外,喷涂枪体积较大,比较笨重。
等离子喷涂的新进展材料科学与工程学院表面改性技术等离子喷涂材料科学与工程学院表面改性技术
60年代 ----美国 Browining----Jet Kote法
1983年 ----美国专利在设备工艺上必须提供足够高的气体压力，
以产生高达 5倍于音速的焰流（ 1830m／ s）。
气体的消耗量也很大，所以需要庞大的供气系统，就氧气而言，通常是一般火焰喷涂的 10倍。
超音速火焰喷涂材料科学与工程学院表面改性技术
（一）超音速火焰喷涂原理超音速喷涂是通过一个喷嘴实现的，
这个喷嘴是按流体动力学的原理设计的
。喷嘴的流道是由细的喉管和逐渐加粗到某一尺寸的锥形管组成，这种结构被称为 Laval喷嘴。
超音速火焰喷涂材料科学与工程学院表面改性技术
（一）超音速火焰喷涂原理喷涂时，燃料气体和助燃剂（ O2）以一定的比例导入燃烧室内混合，爆炸式燃烧，高温燃气经燃烧室上部燃烧头内的四根倾斜喷管进入铜喷嘴，粉末由送粉气（ Ar或 N2）定量沿燃烧头内碳化钨中心套管送人高温燃气中。
由高温高速燃气带出喷嘴，直接喷在件上。整个喷枪由循环水冷却。
超音速火焰喷涂材料科学与工程学院表面改性技术超音速火焰喷涂材料科学与工程学院表面改性技术超音速火焰喷涂材料科学与工程学院表面改性技术超音速火焰喷涂材料科学与工程学院表面改性技术在国内,武汉材料保护研究所,北京钢铁研究总院,北京钛得新工艺材料有限公司等也在进行这方面研究,并生产出有自己特色的超音速喷涂装置 。
超音速火焰喷涂材料科学与工程学院表面改性技术
（二）超音速喷涂的特点
（ 1）粉粒温度较低，氧化较轻，但只适于喷涂金属粉末,Co－ WC粉末以及低熔点 TiO2陶瓷粉末。
（ 2）粉粒运动速度高，喷涂效率高，涂层表面粗糙度低。
（ 3）粉粒尺寸小（ 10～ 53μm）、分布范围窄，否则不能熔化。
（ 4）涂层结合强度、致密度高，无分层现象。 （ 5）
喷涂距离可在较大范围内变动，而不影响喷涂质量。
（ 6）噪音大（＞ 120dB），需有隔音和防护装置。
超音速火焰喷涂材料科学与工程学院表面改性技术
（三）涂层性能及应用粉粒速度高，温度低，因而涂层的质量明显优于常用的等离子涂层。
美国最大的喷涂公司 Akron公司自 1982年以来一直用 Jet－ Kote法为美国各火力发电站的过热蒸气发生器管路系统涂 316,420不锈钢防腐涂层，
取得很好的经济效益。
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（三）涂层性能及应用美国通用飞机公司对喷气发动机易受磨粒磨损、
粘着磨损和冲蚀磨损的主要部件用 Jet－ Kote法和等离子法喷涂钴基耐磨合金后的涂层进行了系统的对比研究，结果表明,Jet－ Kote法所得涂层性能明显优于等离子涂层，而且涂层的结合强度，氧化物含量少。
超音速火焰喷涂材料科学与工程学院表面改性技术超音速火焰喷涂材料科学与工程学院表面改性技术
（ 一 ） 爆炸喷涂的工作原理美国联合碳化物公司的专利，其设备及工艺参数至今仍然保密。（ 1955年）
原苏联乌克兰科学院材料问题研究所 --其喷涂性能与美国联合碳化物公司有差距（ 1968年）。
我国于 1985年左右,由中国航天工业部航空材料研究所研制成功爆炸喷涂设备,就 Co/WC涂层性能来看，
喷涂性能与美国联合碳化物公司的水平接近。
Detonation Flame Spraying
材料科学与工程学院表面改性技术Detonation Flame Spraying
材料科学与工程学院表面改性技术Detonation Flame Spraying
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,第聂泊 -3”型爆炸喷涂设备
Detonation Flame Spraying
材料科学与工程学院表面改性技术Detonation Flame Spraying
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（二）爆炸喷涂涂层的特点
（ 1）结合强度高,Co-WC粉末，涂层结合强度可达 100MPa以上，而等离子喷涂 30MPa。
可以喷涂金属、金属陶瓷及陶瓷材料。
（ 2）涂层致密，气孔率很低（ 1%～ 2%），
表面平整；涂层表面加工后粗糙度低，工件表面温度低。
（ 3） 设备价格高、噪音大；
氧化性气氛等原因，国内外使用还不 广泛。
Detonation Flame Spraying
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（三）爆炸喷涂的应用在零件的磨损面上用爆炸喷涂工艺喷上耐磨涂层可使零件耐磨寿命延长数倍至数十倍。
例如在航空发动机的一、二级钛合金风扇叶片的中间阻尼台上，用爆炸喷涂涂上一层 0.25mm厚的 WC
层，寿命可以从 100h延长到 10000h。 在燃烧室的定位卡环上喷上一层 0.12mm厚的 Cr3C2涂层。零件的寿命可从 4000h延长到 28000h以上。
在国外、爆炸喷涂已成功地应用于 50多种航空产品的零件上。如低压压气机叶片、涡轮叶片。轮壳封严增、齿轮轴、火焰筒外壁、衬套、副翼、制动装置等。
Detonation Flame Spraying
材料科学与工程学院表面改性技术航空发动机叶片喷涂 0.25mm的氧化锆 -氧化钇涂层，耐高温、高速、燃气腐蚀的寿命提高了 4倍，冷却空气减少
50%。
Detonation Flame Spraying
材料科学与工程学院表面改性技术涡轮发动机内温度要达到 1400-1500℃,高温合金的极限
1200多度，可热喷涂抗氧化合金底层和熔点高、导热低的氧化锆陶瓷热障涂层，外壁温度明显降低。
Detonation Flame Spraying
材料科学与工程学院表面改性技术钢铁工业的铸造模一直采用镀铬处理，但表面强度下降很快，采用喷涂高温强度下降不显著的镍合金，增强基体结合的同时提高寿命，冷轧辊 WC-Co涂层。
Detonation Flame Spraying
材料科学与工程学院表面改性技术人工关节、人工骨：不锈钢中 Cr,Ni元素表面喷涂 Ti和羟基磷灰石涂层，可提高抗腐蚀、增加相容性。
Detonation Flame Spraying
材料科学与工程学院表面改性技术释放热量，红外辐射涂层发动机活塞：氧化铝、氧化锆涂层
Detonation Flame Spraying
材料科学与工程学院表面改性技术激光喷涂材料科学与工程学院表面改性技术Laser Spraying
材料科学与工程学院表面改性技术其工艺过程是把高强度能量的激光束朝着接近于零件基体表面的方向直射，基体同时被一个辅助的激光加热器加热，这时细微的粉末以倾斜的角度被吹送到激光束中熔化粘结到基体表面，形成了一层薄的表面涂层，与基体之间形成良好的结合。喷涂环境的气氛可以选择在大气气氛下也可在惰性气氛或真空状态下进行喷涂。
Laser Spraying
材料科学与工程学院表面改性技术激光喷涂的特点是：喷涂所获得的涂层结构与原始粉末相同；可以喷涂大多数材料，范围从低熔点的涂层材料到超高熔点的涂层材料，如制备固体氧化物燃料电池陶瓷涂层、制备高超导薄膜等。
Laser Spraying
材料科学与工程学院表面改性技术5.3 堆焊堆焊：用焊接的方法把填充金属熔敷在基材金属表面以满足特定性能和尺寸要求的工艺过程，即可修复又可表面处理。熔融 – 结晶过程。
熔合区：焊接金属和基体金属组成的合金。
熔合区边界和基体之间存在过渡区 --焊缝。
材料科学与工程学院表面改性技术Surfacing
材料科学与工程学院表面改性技术Surfacing
材料科学与工程学院表面改性技术Surfacing
材料科学与工程学院表面改性技术堆焊方法几乎任何一种焊接方法都能用于堆焊火焰堆焊手弧堆焊埋弧自动堆焊等离子弧堆焊气体保护堆焊材料科学与工程学院表面改性技术火焰堆焊用气体火焰作热源使填充金属熔敷在基材表面的一种堆焊方法。火焰是氧－乙炔焰。
深度小易控制,0.1mm
小面积堆焊：沟槽堆焊材料：各种形状设备简单、价格便宜材料科学与工程学院表面改性技术火焰堆焊：
火焰堆焊材料科学与工程学院表面改性技术火焰堆焊材料科学与工程学院表面改性技术手工电弧堆焊：同一般的手工电弧焊相同，是手工操纵焊条，用焊条和基材表面之间产生的电弧作热源，使填充金属熔敷在基材表面的一种堆焊方法。
灵活性大成本低设备简单、使用方便形状不规则更适合手工电弧堆焊劳动条件差、生产率低生产小批量难焊件和修复已磨损的零件材料科学与工程学院表面改性技术用焊剂层下连续送进的可熔化焊丝和基体之间产生的电弧作热源，使填充金属熔敷在基体表面的一种堆焊方法。
焊剂成熔渣：保护缓冷保温：成分性能均匀表面光洁平直连续送丝易自动化
Submersed Arc Surfacing
劳动条件好，生产率高，适于堆焊修补面较大、形状不复杂的工件。
材料科学与工程学院表面改性技术Submersed Arc Surfacing
材料科学与工程学院表面改性技术Submersed Arc Surfacing
材料科学与工程学院表面改性技术Submersed Arc Surfacing
材料科学与工程学院表面改性技术焊丝在送进的同时按一定频率振动，造成焊丝与工件周期性地短路、放电，使焊丝在较低电压下熔化并稳定均匀地堆焊到工件表面。
熔深小、薄而均匀 受热少、变形小生产率高、成本低振动电弧堆焊小批量生产或修补焊材料科学与工程学院表面改性技术材料科学与工程学院表面改性技术用某种保护性气体在焊接的熔池周围造成一个厚的气体层，以屏蔽大气对熔化金属的浸蚀，通常采用二氧化碳或氩气。
焊层氧化轻 质量高、效率高明弧便于施工观察气体保护堆焊热影响区较小材料科学与工程学院表面改性技术材料科学与工程学院表面改性技术利用等离子弧作热源，使填充金属熔敷在基材表面的堆焊方法平整光滑 尺寸精确控制成分组织均匀工件变形小温度高，能量集中等离子弧堆焊粉末等离子堆焊 ------耐磨堆焊填丝等离子堆焊 -----包覆层堆焊。
材料科学与工程学院表面改性技术Plasma Arc Surfacing
材料科学与工程学院表面改性技术粉末等离子弧堆焊 的主要优点是能堆焊的材料种类多,铁基,镍基,钴基合金甚至难熔合金都能堆焊；碳化钨颗粒可以加入其他合金粉中,也可以直接加到焊接熔池中进行堆焊；适合在低熔点材质的工件上进行堆焊；堆焊过程完全机械化,特别适合于大批量,高效率地堆焊新的零件 。
Plasma Arc Surfacing
材料科学与工程学院表面改性技术典型的应用如高压阀门密封面,发动机气阀阀面,钻具接头,工程机械刃具,轧机导辊以及模具等零件的堆焊 。
热丝等离子弧堆焊的主要优点是工件变形很小；熔敷速度很高，适用于大面积自动堆焊，如压力容器内壁包覆层堆焊。堆焊材料为各种可拔成焊丝的材料，如不锈钢、镍基合金、铜基合金等。而填加冷丝的由于熔敷速度较低，主要用于各种阀门堆焊及小面积堆焊耐磨、耐腐蚀的零件。
Plasma Arc Surfacing
材料科学与工程学院表面改性技术等离子弧堆焊设备比较复杂,不利干现场堆焊；设备价格比气体保护堆焊贵得多,工艺参数的调节匹配较复杂；此外,
等离子堆焊枪的喷嘴寿命较短,消耗的氢气量也比钨极氩弧堆焊多,所以堆焊成本较高 。
Plasma Arc Surfacing
材料科学与工程学院表面改性技术电站阀门：耐高温、耐磨损，等离子弧堆焊 Ni-Cr-B-Si合金，可大大提高其寿命。
Plasma Arc Surfacing
材料科学与工程学院表面改性技术轧钢的轧滚：耐高温、耐腐蚀堆焊的应用材料科学与工程学院表面改性技术武钢连铸堆焊辊子堆焊的应用材料科学与工程学院表面改性技术特殊耐磨材料堆焊的专用眼睛板，切割环，经久耐用堆焊的应用材料科学与工程学院表面改性技术在铬钼钢上堆焊不锈钢堆焊的应用材料科学与工程学院表面改性技术中速磨煤机堆焊磨辊套堆焊的应用材料科学与工程学院表面改性技术5.4 其它涂敷技术电火花涂敷：通过电极材料与金属零件表面的火花放电作用，把作为火花放电电极的导电材料（ WC,TiC）熔渗进金属工件的表层，形成含电极材料的合金化的表面涂敷层。
高频振动
5秒内 8000-25000℃
电极融化扩散工件表面材料科学与工程学院表面改性技术白亮层：电极材料及其碳化物、氮化物、
氧化物，硬质合金、
石墨、合金钢电火花涂敷材料科学与工程学院表面改性技术模具：可提高 1-2倍 刀具：可提高 1-3倍电火花涂敷材料科学与工程学院表面改性技术热浸镀热浸镀简称热镀，是将被镀金属材料浸于熔点较低的其他液态金属或合金中进行镀覆的方法，形成合金层,多用于防腐蚀和抗氧化。
能发生溶解、反应和扩散钢、铁、铜为基材锌、铝、铅、锡等材料科学与工程学院表面改性技术热浸镀材料科学与工程学院表面改性技术热镀锡：最早发展,16世纪，欧洲用镀锡板作为食品包装器具，锡短缺，逐渐被取代。
热镀铝：伴随上世纪五十年代汽车工业的发展而发展，
镀铝层优异的抗大气腐蚀性能，铁铝合金耐热性好。
热镀锌：价廉而耐蚀性好，锌的电位低，对钢基体牺牲保护，用于保护钢材防大气腐蚀。
热浸镀材料科学与工程学院表面改性技术热镀锌炉、丝、管热浸镀材料科学与工程学院表面改性技术熔剂法：钢管、钢丝和零部件，有干法和湿法，干法涂溶剂后干燥，湿法不干燥但要先通过熔融熔剂层。
碱洗 → 酸洗 → 水洗 → 熔剂处理 → 热浸镀 → 镀后处理熔剂作用：降低再氧化、降低表面张力改善润湿性保护气体法：钢带、钢板，氢还原法，钢材 → 氧化去油
→ 退火并还原去氧化膜 → 活性海绵状纯铁 → 热浸镀热浸镀材料科学与工程学院表面改性技术镀层形成理论热浸镀锌是世界各国公认的一种经济实惠的材料保护工艺。热浸镀锌层的形成包括如下步骤：
1）铁基表面被锌液溶解形成铁锌合金相层；
2）合金层中的锌原子进一步向基体扩散，形成锌铁固溶体；
3）合金层表面包络一薄锌层。
热浸镀锌材料科学与工程学院表面改性技术镀层形成理论热镀锌层的组织由内向外是按下列顺序排列的：与 钢基体相接 的是 α相，即 Zn在 Fe中的固溶体，当温度在 450～ 460℃ 时含
Zn10%，在室温时含 Zn5%，冷却中会析出
γ相，该相与基体 α相很难分辨，实际上是
Zn-Fe合金的粘附层； 由 α向外,是化合物相 γ，化学式 Fe3Zn10。
热浸镀锌材料科学与工程学院表面改性技术硬度 515HV，质脆，也是 Zn-Fe合金的粘附层，该层如果过厚，会引起镀层开裂，但短时浸镀不会出现； 再向外 是 δ1化合物相；成栅状分布，因此称为栅状层，化学式
FeZn7，硬度 454HV，韧性好； 再向外 是 ξ
相，化学式 FeZn13,硬度不高（ 270HV），但性脆；很易引起表面镀锌层的脱落，本身易为锌液浮走，称漂走层；
热浸镀锌材料科学与工程学院表面改性技术最外层是 η相，即纯锌层，该层是钢铁件从锌液中取出时，在合金层上粘附的液体锌凝固而成。
热镀锌的工艺就是调整各相的比例；得到结合力高、致密且具有良好外观的镀锌层。
热浸镀锌材料科学与工程学院表面改性技术热浸镀锌的方法目前工业上应用的热镀锌方法有：干法热镀锌、氧化还原法热镀锌、湿法热镀锌、铅锌法热镀锌、单面热镀锌等多种国内应用最多的是干法热镀锌和氧化还原法热镀锌。
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<1>干法热镀锌干法热镀锌是先把 预处理后 的清洁工件进行 溶剂处理,干燥后再把工件浸入熔融锌液中去。溶剂处理的目的是去除工件表面上残存的铁盐，将预处理后新生成的锈层溶解，
活化钢件表面，提高锌液浸润铁基体的能力，增加镀层的结合力。
热浸镀锌材料科学与工程学院表面改性技术
<1>干法热镀锌干法热镀锌的锌液含铝量可达 0.1%～
0.2%，以含铝 10%～ 15%的锌铝合金的形式加入。热镀锌的厚度为 50～
100?m，其中有 30～ 40?m的纯锌层和 10～ 60?m的铁锌合金层。
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<1>干法热镀锌干法热镀锌允许有较高的含铝量，因此锌液表面能生成一层薄的（ 0.1?m
） Al2O3保护膜，防止锌液氧化。加铝还可得到塑性较高的镀锌层。
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<2> 氧化还原法热镀锌此法是取消了碱洗、酸洗和溶剂处理等表面预处理,其工艺过程为先使钢件通过氧化性气氛的预热炉（炉内加热温度为 440～ 460℃ ），然后再把工件送进还原性气氛炉中把氧化皮还原并加热到规定的温度，接着将钢件浸入约 440～
460℃ 温度的锌液中进行镀锌。这种方法是目前比较先进的热镀锌方法。
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<2> 氧化还原法热镀锌钢件从锌液中抽出的速度对纯锌层的厚度有很大影响,抽出速度低,层薄；抽出速度高,层厚 。 因此,抽出速度要适当 。 速度过高,带出的锌液来不及滴尽,会使镀层凹凸不平；速度过低,则使纯锌层太薄甚至消失，塑性降低。
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<3>热浸镀锌层的性能镀锌的防护性能表现在两个方面：一是锌在大气中能在表面形成一层致密、坚固、耐蚀的保护膜,使下面的 Zn和 Fe免于腐蚀；二是对于局部损坏处有 阳极保护 的作用。镀锌件的抗大气腐蚀能力与镀层厚度与大气环境有关，例如
0.02mm镀锌层，在工业大气中保护钢铁件的时间是 2～ 10年，在清洁的大气中则为 20～ 25年。
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<4>热浸镀锌的应用热浸镀锌不仅适用于较小的工件（如螺母、
螺栓、弹簧等标准件），而且还能用于镀锌钢管、钢板、钢丝的大批量生产。目前该工艺正广泛地应用于在大气和海洋中工作的钢铁构件上。
热浸镀锌材料科学与工程学院表面改性技术螺母热浸镀锌热浸镀锌材料科学与工程学院表面改性技术螺栓热浸镀锌热浸镀锌材料科学与工程学院表面改性技术热浸镀锌材料科学与工程学院表面改性技术变电站架构热浸镀锌热浸镀锌铁塔热浸镀锌材料科学与工程学院表面改性技术交通标志热浸镀锌高速公路护栏热浸镀锌热浸镀锌材料科学与工程学院表面改性技术镀锌丝网电力用具热浸镀锌热浸镀锌材料科学与工程学院表面改性技术
（ 1）热浸铝机理热浸铝与热浸锌的机理相类似。当液态铝与铁接触时，由于相界面反应首先生成 FeAl3化合物；此后继续扩散,FeAl3层加厚，由于浓度起伏,FeAl3表面上出现 Fe2Al5微区；随着 Al的进一步扩散,Fe2Al5相不断扩大成柱状晶,FeAl3
相逐渐减少。
热浸镀铝材料科学与工程学院表面改性技术
（ 2）热浸铝层的组织特点浸铝层基本可分为两层。最外层为富 Al层，
成分基本与铝液相同；次层是 Al,Fe合金层，
主要是金属化合物 Fe2Al5相，还有少量 FeAl3
相,Fe2Al5相呈舌状伸入钢中。 Fe2Al5相质硬而脆，要尽可能抑制其生长，一般把其控制在渗层的 1/10范围内为好。控制浸镀温度在 700～ 730℃ 之间，加入 2%～ 6%的 Si
或加入 0.6%的 Be都有利于减小 Fe2Al5的厚度。
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（ 3）热浸铝层的性能和用途浸铝层具有优异的抗大气腐蚀性（尤其对工业大气和海洋大气）以及良好的耐热性。
浸铝钢比镀锌钢在各种大气环境下的耐蚀性均有明显的提高，特别对于含有 SO2,H2S、
NO2、及 CO2等工业大气尤为显著。
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（ 3）热浸铝层的性能和用途浸铝钢具有良好的耐热性，在 450℃ 以下长期使用不会变色，在 500℃ 以上开始氧化和变色（铝层扩散形成铁铝合金层），在 700℃ 下使用时，表面的合金层增厚形成氧化铝膜而起到保护作用。
热浸镀铝材料科学与工程学院表面改性技术
（ 3）热浸铝层的性能和用途浸铝钢主要用于钢板,钢丝和钢管 。 浸铝钢板大量用于汽车排气管和消音器以及建筑物的屋顶板和侧壁 。 浸铝钢管已在我国电厂锅炉水冷壁管,汽车排气管等方面大量使用 。 近几年来,国内高速公路已大量采用镀铝护拦，推动了镀铝工业的发展。
热浸镀铝材料科学与工程学院表面改性技术整体热浸镀铝管式换热器热浸镀铝材料科学与工程学院表面改性技术热浸镀铝管材材料科学与工程学院表面改性技术热浸镀锌铝合金热浸镀铝层虽有优于镀锌层的多种性能特点，但它在不含氯化物的环境条件下，却不能象镀锌层那样对钢基体提供电化学防护。
为了兼具锌、铝镀层的优点，人们研究开发了锌铝合金镀层，并取得了一些进展。
Zn-Al合金镀层在多种腐蚀介质环境中都表现出优良的耐腐蚀性能。
材料科学与工程学院表面改性技术热浸镀锌铝合金在严酷的海洋环境、乡村和工业区大气中的长期曝露试验表明,Zn-Al合金镀层的耐蚀性能比同样厚度锌镀层好得多，接近于铝镀层。在消音器的工作温度（约 538℃ ）下,Zn-Al合金镀层具有很好的耐冷凝物腐蚀的性能及优良的抗氧化性能。在抗含盐的雪水浸蚀方面,Zn-Al合金镀层的使用寿命约为锌镀层的 2～ 7倍。 Zn-Al合金镀层还能很好地耐水下腐蚀。
第二章 材料表面镀覆技术材料科学与工程学院表面改性技术热浸镀锌铝合金在有冷凝水形成的环境中，锌镀层约 8个月后开始腐蚀，而 Zn-Al镀层 4年后尚无腐蚀现象出现。处于静止水中的 Zn-Al合金镀层，比锌镀层及铝镀层有更好的耐蚀性。作为下水管道的内壁,24μm厚 Zn-Al合金层的寿命至少可与厚度达 44μm的锌镀层相比。在不同的土壤中，埋置 3年的试验结果表明,Zn-Al镀层的耐蚀性能也优于镀锌层。
第二章 材料表面镀覆技术材料科学与工程学院表面改性技术热浸镀锌铝合金由上述可见,在多种不同的介质环境中,
Zn-Al镀层的耐蚀性能大大优于锌镀层 。
Zn-Al镀层还表现出优于锌镀层的抗高温氧化性能 。 这种镀层也具有很好的热反射性能 。 在 2.4μm波长下,根据热辐射系数测得的平均热反射率高达 88%。 且镀层表面各处反射率相当均匀。
材料科学与工程学院表面改性技术热浸镀锌镍合金浸镀 Zn-Ni合金在保护钢铁方面有突出的优点，特别是含镍 13%左右的 Zn-Ni合金镀层是最理想的高抗蚀性镀层。在常规热浸镀条件下，纯锌镀层厚度在 44～ 310μm范围内变化，而 Zn-Ni镀层厚度在 37～ 83μm变化，比传统镀锌层薄得多。
材料科学与工程学院表面改性技术热浸镀锌镍合金浸镀 Zn-Ni合金的最大优点是：
（ 1）抗蚀性是纯锌镀层的 5倍、镉镀层的 2倍；
（ 2）镀层硬度可达到 250～ 310HV，有较高的耐磨性；
（ 3）镀 Zn-Ni合金时，电流密度范围较宽，
易获得均匀的镀层，又由于镀液分散性能好，适合于电镀形状复杂的零件。
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热喷涂2
堆焊3
其它涂敷技术4
材料科学与工程学院表面改性技术5.1 表面涂装
1.涂装相关概念
涂装：用有机涂料通过一定的方法涂覆于材料或制件表面，形成涂膜的全部工艺过程。
油漆,植物油 涂料,合成树脂涂料,概念广泛，传统涂料水性涂料、粉末涂料等材料科学与工程学院表面改性技术5.1 表面涂装材料科学与工程学院表面改性技术材料科学与工程学院表面改性技术
溶剂挥发类,涂料在成膜过程中不发生化学反应，只是溶剂挥发使涂料干燥成膜，一般为自然干燥型涂料，
容易重新涂装。
固化干燥类,成膜物质一般是相对分子质量较低的线性聚合物，可溶解于特定的溶剂中，经涂装、溶剂挥发后，就可通过化学反应交联固化成膜。气干型、烘烤型、
两罐型、辐射型。
5.1 表面涂装材料科学与工程学院表面改性技术涂装预处理 涂装 干燥固化预处理,清除污垢、化学处理（磷化、钝化）、消除缺陷、合适粗糙度。
涂布方法,各种类型干燥固化,自然干燥、人工干燥（加热、照射）
5.1 表面涂装材料科学与工程学院表面改性技术5.1 表面涂装材料科学与工程学院表面改性技术5.1 表面涂装材料科学与工程学院表面改性技术
静电喷涂：是用静电喷枪使油漆雾化并带负电荷，与接地的工件间形成高压静电场，静电引力使漆雾均匀沉积在工件表面。
涂膜均匀易于自动化油漆利用率高
5.1 表面涂装材料科学与工程学院表面改性技术材料科学与工程学院表面改性技术5.1 表面涂装材料科学与工程学院表面改性技术
电泳涂装：将电泳漆用水稀释到固体分为 10-15%左右，
加入电泳槽内，将工件浸入作为电极，通以直流电时电泳漆中的树脂和颜料移向工件，沉积在工件表面，烘干后形成均匀的漆层。
生产效率高安全环保：水涂膜均匀、附着力好
5.1 表面涂装材料科学与工程学院表面改性技术
粉末涂装：以粉末形态进行涂装，经熔融或交联固化形成涂膜。
树脂分子量大：质量、耐久性好损失少：可回收专用设备、调色难、薄层难、单涂层无溶剂：无毒温度高、可涂厚膜
5.1 表面涂装材料科学与工程学院表面改性技术5.1 表面涂装材料科学与工程学院表面改性技术5.1 表面涂装材料科学与工程学院表面改性技术静电粉末：喷涂、固化炉
5.1 表面涂装材料科学与工程学院表面改性技术5.1 表面涂装材料科学与工程学院表面改性技术耐高温涂层：有机硅 +玻璃陶瓷,1370℃
5.1 表面涂装材料科学与工程学院表面改性技术烧蚀涂料：能够碳化、泡沸碳；美国火星的“海盗”号飞船的舱身和外露部件均涂有一层 12.7ｍｍ 厚的有机硅树脂中的酚醛 -玻璃珠 -软木的绝缘层，耐摩擦产生的温度约
1482℃ 。
5.1 表面涂装材料科学与工程学院表面改性技术示温涂料：随温度变化而变颜色，晶型转变、结构转变、
脱水、分解、固相反应。
5.1 表面涂装材料科学与工程学院表面改性技术伪装涂料
5.1 表面涂装材料科学与工程学院表面改性技术隐身涂料：吸收电磁波，铁氧体、氧化镁等铁磁性物质
5.1 表面涂装材料科学与工程学院表面改性技术荧光涂料：发光材料
5.1 表面涂装材料科学与工程学院表面改性技术5.2 热喷涂
1.热喷涂
热喷涂：采用气体、液体燃料或电弧、等离子弧、激光等作热源，将粉末状或丝状的金属或非金属喷涂材料加热到熔融或半熔融状态，并用热源自身的动力或外加高速气流雾化，使喷涂材料的熔滴以一定的速度喷向经过预处理的工件表面，依靠喷涂材料的物理变化和化学反应，形成附着牢固的表面层的加工方法。
材料科学与工程学院表面改性技术热喷涂原理
5.2 热喷涂材料科学与工程学院表面改性技术雾化变形凝固堆积材料科学与工程学院表面改性技术5.2 热喷涂材料科学与工程学院表面改性技术机械结合：凸凹不平表面相互咬合冶金结合：涂层粒子和基体产生扩散微区物理结合：高速粒子撞击，晶格范围，范德华力粒子间结合：机械为主、扩散冶金也存在
5.2 热喷涂材料科学与工程学院表面改性技术材料科学与工程学院表面改性技术
5.2 热喷涂材料科学与工程学院表面改性技术低速火焰喷涂
2 5 0 5 0 0 7 5 0 1 0 0 0 m/ s
2 5 0 0 5 0 0 0 7 5 0 0 1 0 0 0 0
o
C
0
0
电弧喷涂等离子喷涂高速火焰喷涂温度速度
5.2 热喷涂材料科学与工程学院表面改性技术材料科学与工程学院表面改性技术各种基体材料：金属、玻璃、陶瓷、有机材料方法多样：有十几种之多。
喷涂材料种类广泛：金属、合金、陶瓷、有机喷涂工件不受限制：大面积、小工件均可涂层厚度可控：几十微米到几毫米
5.2 热喷涂材料科学与工程学院表面改性技术线材：碳钢丝、不锈钢丝、铝丝、铜丝、复合喷涂丝及镍、铜、铝的合金丝等。锌丝粉末：金属及合金粉末、陶瓷粉、复合材料粉末和塑料颗粒等。镍基合金粉。
5.2 热喷涂材料科学与工程学院表面改性技术线材火焰喷涂：设备简单，价格便宜，手持操作，调节简单，工件表面温度较低，
粉末火焰喷涂：颗粒由表面向内部融化，不存在破碎和雾化，粉末粒度决定喷涂粒度，存在不同部分融化不一致问题。
5.2 热喷涂材料科学与工程学院表面改性技术材料科学与工程学院表面改性技术材料科学与工程学院表面改性技术5.2 热喷涂材料科学与工程学院表面改性技术材料科学与工程学院表面改性技术材料科学与工程学院表面改性技术工件表面准备：洁净、粗糙、新鲜，酸洗或喷砂除氧化皮，有机溶剂或碱水除污，车削、磨削、喷砂粗糙预热：提高工件与熔滴接触温度，有利于咬合；降低冷却速度（应力）；去除表面水分。
喷涂：火焰温度、供给速度、气体压力、喷涂距离、
喷涂角度、喷涂移动速度。
喷后处理：有孔结构，蜡或树脂封口。
材料科学与工程学院表面改性技术电弧喷涂电弧喷涂是将两根被喷涂的金属丝作为自耗性电极，输送直流或交流电，利用丝材端部产生的电弧作为热源来熔化金属，用压缩气流雾化熔滴并喷射在基材表面形成涂层。
喷涂导电材料，喷涂颗粒大小不匀，质地不均，烧失量大但效率高，液滴变形量大，结合强度高，价格便宜电弧电压、电弧电流、送丝速度、气体压力和流量、喷涂距离，
材料科学与工程学院表面改性技术材料科学与工程学院表面改性技术材料科学与工程学院表面改性技术材料科学与工程学院表面改性技术等离子喷涂等离子喷涂是以电弧放电产生等离子体作为高温热源，
以喷涂粉末材料为主，将喷涂粉末加热至熔化或熔融状态，在等离子射流加速下获得很高速度，喷射到基材表面形成涂层。
工作气体为氩气或氦气，工作温度高，可熔化所有金属，
喷涂效率高，涂层致密结合强度高。
输入功率，气体及流量，供粉速度，喷涂距离，喷涂角，
移动速度。
材料科学与工程学院表面改性技术等离子喷涂材料科学与工程学院表面改性技术材料科学与工程学院表面改性技术等离子喷涂材料科学与工程学院表面改性技术等离子喷涂材料科学与工程学院表面改性技术等离子喷涂材料科学与工程学院表面改性技术等离子喷涂由于能产生特别高的温度,所以它可以喷涂任何一种可熔材料 。
等离子喷涂层组织细密,氧化物夹渣少,气孔率低,涂层与基体结合程度高,最高可达到 60N／
mm2,其结合机理以机械结合为主,在一些微区产生了冶金结合和物理结合 。
等离子喷涂的特点材料科学与工程学院表面改性技术与其它喷涂技术相比,等离子喷涂具有下列特点：
（ 1） 能够喷涂多种喷涂材料,尤其能喷涂熔点高的难熔材料,如难熔金属,陶瓷,金属陶瓷及其它特殊功能材料 。
（ 2） 可以选择惰性气体做为工作介质,减少了喷涂粒子在飞行过程中的氧化反应 。
等离子喷涂的特点材料科学与工程学院表面改性技术
（ 3） 涂层的结合强度高,气孔率低 。
（ 4） 能通过控制工艺参数制备精细涂层 。
因此,等离子喷涂主要用于制备涂层质量要求高的耐蚀涂层；耐磨,减摩,固体润滑涂层；导电,
绝缘涂层；隔热涂层,抗高温涂层和特殊涂层,在机械制造,石油化工,航天航空,交通运输,能源及电子工业中得到应用 。
等离子喷涂的特点材料科学与工程学院表面改性技术耐蚀涂层；
耐磨,减摩,固体润滑涂层；
导电,绝缘涂层；
隔热涂层；
抗高温涂层；
特殊涂层等离子喷涂的应用材料科学与工程学院表面改性技术
（ 1） 大功率在高热能的条件下,配合高速喷嘴,使粉末微粒速度增大,而获得高的动能,于是粉末微粒在喷向基体表面时的热能和动能转化为涂层的结合能就高,从而提高了涂层的结合强度和涂层的致密度 。
等离子喷涂的新进展材料科学与工程学院表面改性技术
（ 2） Low Pressure Plasma Spraying
Vacuum Plasma Spraying
（ a） 涂层受氧化污染小,含杂质也少,故涂层的质量优于大气环境下喷涂涂层 。 尤以对于氧敏感的材料如钛,钽,铌等材料是理想的喷涂环境 。
（ b）在真空室内进行，所以减少了对周围环境的污染；且噪音小，对操作者的健康是有利的。
（ c） 由于是计算机程控自动操作,故涂层的工艺参数重复性好,涂层生产性能稳定；且能通过数理统计选出最佳工艺参数,提高了涂层质量 。
等离子喷涂的新进展材料科学与工程学院表面改性技术
（ 3） 新设备
① Axial III型等离子喷涂设备加拿大 Mettech----三阴极轴向送粉等离子喷涂系统。传统的枪外送粉方式是将粉末从径向送入等子焰流，这样就会有部分粉末穿过或没有进入等离子焰，降低了粉末的沉积效率，又影响了涂层质量。
而 Axial III则可完全避免这些缺点。
Axial III轴向送粉喷枪包括 3对相互独立的阳极和阴极,从而实现真正意义上的 轴向送粉 。
等离子喷涂的新进展材料科学与工程学院表面改性技术高沉积效率,高送粉速率低孔隙率、较高的涂层硬度对粉末粒度分布要求不高。
喷涂 WC-Co,Axial III可以比 HVOF节省 75%～
80%的时间。目前，采用热喷涂工艺代替电镀铬成为新的研究方向,Axial III已经在许多领域替代了电镀铬，材料方面包括 WC-Co,Cr-NiCr,Ti，
NiCrBSi。 此外,Axial III在制备要求较高的涂层方面，如网纹传墨辊涂层、报纸印刷辊涂层等也具有明显的优势。
等离子喷涂的新进展材料科学与工程学院表面改性技术
（ 3） 新设备
② Multicoat 型等离子喷涂设备
Multicoat为全球最大的热喷涂公司 —瑞士
SulzerMetco公司研制的最新型的等离子喷涂设备。
Multicoat的设计基于“平台”概念，即使用相同的主平台，配备不同的软硬件及相应组件，可以实现不同的喷涂工艺。
等离子喷涂的新进展材料科学与工程学院表面改性技术
（ 3） 新设备
② Multicoat 型等离子喷涂设备
Multicoat可以进行大气等离子喷涂（ APS）、
真空等离子喷涂（ VPS） 和超音速火焰喷涂
（ HVOF）。 与以前的等离子喷涂设备相比，
Multicoat将气体部分独立出来，这样既可以避免其他电路对质量流量计的干扰，又可以避免氢气泄漏发生危险，提高了系统的安全性。
等离子喷涂的新进展材料科学与工程学院表面改性技术
（ 3） 新设备
③ 5500-2000型等离子喷涂设备美国 PRAXAIR-TAFA公司开发的等离子喷涂系统。
采用专有软件实时控制和监测等离子弧的实际能量，
即净能量。
操作者键入优化参数后，控制模块控制整个工艺过程，监测和实时显示喷枪效率，使系统参数根据喷枪条件而反应，并作出相应调节以维护目标等离子体能量，提供稳定的能量输出水平。
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（ 3） 新设备
③ 5500-2000型等离子喷涂设备
PRAXAIR-TAFA公司还开发出了类似 Multicoat
的多功能喷涂系统 GTS,和大功率等离子喷涂系统
PlazJet（ 喷涂功率可以达到 200kW）,其中 GTS
可以进行等离子喷涂、超音速火焰喷涂和电弧喷涂
。
PlazJet在国内已有数家用户。
等离子喷涂的新进展材料科学与工程学院表面改性技术
（ 3） 新设备
④ 水稳等离子喷涂水稳等离子喷涂是一种高功率和高速等离子喷涂方法,它是在由高速旋转的水形成的隧道里产生的弧中,水蒸气分解形成 O2 和 H2 的等离子工作气的喷涂方法。与气体等离子喷涂方法相比,其焰流温度更高体积更大更长,特别是能量更高,因而特别适合于高熔点氧化物陶瓷的大量喷涂。
等离子喷涂的新进展材料科学与工程学院表面改性技术
（ 3） 新设备
④ 水稳等离子喷涂优点：输出功率大 (150 -200 kw),涂层结合强度是气体等离子喷涂涂层的 2 - 3 倍,并且涂层致密,其硬度、耐磨性和耐热冲击性能也有很大提高； 喷涂效率高,喷涂能力最大为 50 kg / h； 涂层厚度可达 20 mm；只需水和空气,运行成本低,比其他喷涂方法经济。 缺点：焰流为氧化焰,不适喷涂容易氧化的材料。此外,喷涂枪体积较大,比较笨重。
等离子喷涂的新进展材料科学与工程学院表面改性技术等离子喷涂材料科学与工程学院表面改性技术
60年代 ----美国 Browining----Jet Kote法
1983年 ----美国专利在设备工艺上必须提供足够高的气体压力，
以产生高达 5倍于音速的焰流（ 1830m／ s）。
气体的消耗量也很大，所以需要庞大的供气系统，就氧气而言，通常是一般火焰喷涂的 10倍。
超音速火焰喷涂材料科学与工程学院表面改性技术
（一）超音速火焰喷涂原理超音速喷涂是通过一个喷嘴实现的，
这个喷嘴是按流体动力学的原理设计的
。喷嘴的流道是由细的喉管和逐渐加粗到某一尺寸的锥形管组成，这种结构被称为 Laval喷嘴。
超音速火焰喷涂材料科学与工程学院表面改性技术
（一）超音速火焰喷涂原理喷涂时，燃料气体和助燃剂（ O2）以一定的比例导入燃烧室内混合，爆炸式燃烧，高温燃气经燃烧室上部燃烧头内的四根倾斜喷管进入铜喷嘴，粉末由送粉气（ Ar或 N2）定量沿燃烧头内碳化钨中心套管送人高温燃气中。
由高温高速燃气带出喷嘴，直接喷在件上。整个喷枪由循环水冷却。
超音速火焰喷涂材料科学与工程学院表面改性技术超音速火焰喷涂材料科学与工程学院表面改性技术超音速火焰喷涂材料科学与工程学院表面改性技术超音速火焰喷涂材料科学与工程学院表面改性技术在国内,武汉材料保护研究所,北京钢铁研究总院,北京钛得新工艺材料有限公司等也在进行这方面研究,并生产出有自己特色的超音速喷涂装置 。
超音速火焰喷涂材料科学与工程学院表面改性技术
（二）超音速喷涂的特点
（ 1）粉粒温度较低，氧化较轻，但只适于喷涂金属粉末,Co－ WC粉末以及低熔点 TiO2陶瓷粉末。
（ 2）粉粒运动速度高，喷涂效率高，涂层表面粗糙度低。
（ 3）粉粒尺寸小（ 10～ 53μm）、分布范围窄，否则不能熔化。
（ 4）涂层结合强度、致密度高，无分层现象。 （ 5）
喷涂距离可在较大范围内变动，而不影响喷涂质量。
（ 6）噪音大（＞ 120dB），需有隔音和防护装置。
超音速火焰喷涂材料科学与工程学院表面改性技术
（三）涂层性能及应用粉粒速度高，温度低，因而涂层的质量明显优于常用的等离子涂层。
美国最大的喷涂公司 Akron公司自 1982年以来一直用 Jet－ Kote法为美国各火力发电站的过热蒸气发生器管路系统涂 316,420不锈钢防腐涂层，
取得很好的经济效益。
超音速火焰喷涂材料科学与工程学院表面改性技术
（三）涂层性能及应用美国通用飞机公司对喷气发动机易受磨粒磨损、
粘着磨损和冲蚀磨损的主要部件用 Jet－ Kote法和等离子法喷涂钴基耐磨合金后的涂层进行了系统的对比研究，结果表明,Jet－ Kote法所得涂层性能明显优于等离子涂层，而且涂层的结合强度，氧化物含量少。
超音速火焰喷涂材料科学与工程学院表面改性技术超音速火焰喷涂材料科学与工程学院表面改性技术
（ 一 ） 爆炸喷涂的工作原理美国联合碳化物公司的专利，其设备及工艺参数至今仍然保密。（ 1955年）
原苏联乌克兰科学院材料问题研究所 --其喷涂性能与美国联合碳化物公司有差距（ 1968年）。
我国于 1985年左右,由中国航天工业部航空材料研究所研制成功爆炸喷涂设备,就 Co/WC涂层性能来看，
喷涂性能与美国联合碳化物公司的水平接近。
Detonation Flame Spraying
材料科学与工程学院表面改性技术Detonation Flame Spraying
材料科学与工程学院表面改性技术Detonation Flame Spraying
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,第聂泊 -3”型爆炸喷涂设备
Detonation Flame Spraying
材料科学与工程学院表面改性技术Detonation Flame Spraying
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（二）爆炸喷涂涂层的特点
（ 1）结合强度高,Co-WC粉末，涂层结合强度可达 100MPa以上，而等离子喷涂 30MPa。
可以喷涂金属、金属陶瓷及陶瓷材料。
（ 2）涂层致密，气孔率很低（ 1%～ 2%），
表面平整；涂层表面加工后粗糙度低，工件表面温度低。
（ 3） 设备价格高、噪音大；
氧化性气氛等原因，国内外使用还不 广泛。
Detonation Flame Spraying
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（三）爆炸喷涂的应用在零件的磨损面上用爆炸喷涂工艺喷上耐磨涂层可使零件耐磨寿命延长数倍至数十倍。
例如在航空发动机的一、二级钛合金风扇叶片的中间阻尼台上，用爆炸喷涂涂上一层 0.25mm厚的 WC
层，寿命可以从 100h延长到 10000h。 在燃烧室的定位卡环上喷上一层 0.12mm厚的 Cr3C2涂层。零件的寿命可从 4000h延长到 28000h以上。
在国外、爆炸喷涂已成功地应用于 50多种航空产品的零件上。如低压压气机叶片、涡轮叶片。轮壳封严增、齿轮轴、火焰筒外壁、衬套、副翼、制动装置等。
Detonation Flame Spraying
材料科学与工程学院表面改性技术航空发动机叶片喷涂 0.25mm的氧化锆 -氧化钇涂层，耐高温、高速、燃气腐蚀的寿命提高了 4倍，冷却空气减少
50%。
Detonation Flame Spraying
材料科学与工程学院表面改性技术涡轮发动机内温度要达到 1400-1500℃,高温合金的极限
1200多度，可热喷涂抗氧化合金底层和熔点高、导热低的氧化锆陶瓷热障涂层，外壁温度明显降低。
Detonation Flame Spraying
材料科学与工程学院表面改性技术钢铁工业的铸造模一直采用镀铬处理，但表面强度下降很快，采用喷涂高温强度下降不显著的镍合金，增强基体结合的同时提高寿命，冷轧辊 WC-Co涂层。
Detonation Flame Spraying
材料科学与工程学院表面改性技术人工关节、人工骨：不锈钢中 Cr,Ni元素表面喷涂 Ti和羟基磷灰石涂层，可提高抗腐蚀、增加相容性。
Detonation Flame Spraying
材料科学与工程学院表面改性技术释放热量，红外辐射涂层发动机活塞：氧化铝、氧化锆涂层
Detonation Flame Spraying
材料科学与工程学院表面改性技术激光喷涂材料科学与工程学院表面改性技术Laser Spraying
材料科学与工程学院表面改性技术其工艺过程是把高强度能量的激光束朝着接近于零件基体表面的方向直射，基体同时被一个辅助的激光加热器加热，这时细微的粉末以倾斜的角度被吹送到激光束中熔化粘结到基体表面，形成了一层薄的表面涂层，与基体之间形成良好的结合。喷涂环境的气氛可以选择在大气气氛下也可在惰性气氛或真空状态下进行喷涂。
Laser Spraying
材料科学与工程学院表面改性技术激光喷涂的特点是：喷涂所获得的涂层结构与原始粉末相同；可以喷涂大多数材料，范围从低熔点的涂层材料到超高熔点的涂层材料，如制备固体氧化物燃料电池陶瓷涂层、制备高超导薄膜等。
Laser Spraying
材料科学与工程学院表面改性技术5.3 堆焊堆焊：用焊接的方法把填充金属熔敷在基材金属表面以满足特定性能和尺寸要求的工艺过程，即可修复又可表面处理。熔融 – 结晶过程。
熔合区：焊接金属和基体金属组成的合金。
熔合区边界和基体之间存在过渡区 --焊缝。
材料科学与工程学院表面改性技术Surfacing
材料科学与工程学院表面改性技术Surfacing
材料科学与工程学院表面改性技术Surfacing
材料科学与工程学院表面改性技术堆焊方法几乎任何一种焊接方法都能用于堆焊火焰堆焊手弧堆焊埋弧自动堆焊等离子弧堆焊气体保护堆焊材料科学与工程学院表面改性技术火焰堆焊用气体火焰作热源使填充金属熔敷在基材表面的一种堆焊方法。火焰是氧－乙炔焰。
深度小易控制,0.1mm
小面积堆焊：沟槽堆焊材料：各种形状设备简单、价格便宜材料科学与工程学院表面改性技术火焰堆焊：
火焰堆焊材料科学与工程学院表面改性技术火焰堆焊材料科学与工程学院表面改性技术手工电弧堆焊：同一般的手工电弧焊相同，是手工操纵焊条，用焊条和基材表面之间产生的电弧作热源，使填充金属熔敷在基材表面的一种堆焊方法。
灵活性大成本低设备简单、使用方便形状不规则更适合手工电弧堆焊劳动条件差、生产率低生产小批量难焊件和修复已磨损的零件材料科学与工程学院表面改性技术用焊剂层下连续送进的可熔化焊丝和基体之间产生的电弧作热源，使填充金属熔敷在基体表面的一种堆焊方法。
焊剂成熔渣：保护缓冷保温：成分性能均匀表面光洁平直连续送丝易自动化
Submersed Arc Surfacing
劳动条件好，生产率高，适于堆焊修补面较大、形状不复杂的工件。
材料科学与工程学院表面改性技术Submersed Arc Surfacing
材料科学与工程学院表面改性技术Submersed Arc Surfacing
材料科学与工程学院表面改性技术Submersed Arc Surfacing
材料科学与工程学院表面改性技术焊丝在送进的同时按一定频率振动，造成焊丝与工件周期性地短路、放电，使焊丝在较低电压下熔化并稳定均匀地堆焊到工件表面。
熔深小、薄而均匀 受热少、变形小生产率高、成本低振动电弧堆焊小批量生产或修补焊材料科学与工程学院表面改性技术材料科学与工程学院表面改性技术用某种保护性气体在焊接的熔池周围造成一个厚的气体层，以屏蔽大气对熔化金属的浸蚀，通常采用二氧化碳或氩气。
焊层氧化轻 质量高、效率高明弧便于施工观察气体保护堆焊热影响区较小材料科学与工程学院表面改性技术材料科学与工程学院表面改性技术利用等离子弧作热源，使填充金属熔敷在基材表面的堆焊方法平整光滑 尺寸精确控制成分组织均匀工件变形小温度高，能量集中等离子弧堆焊粉末等离子堆焊 ------耐磨堆焊填丝等离子堆焊 -----包覆层堆焊。
材料科学与工程学院表面改性技术Plasma Arc Surfacing
材料科学与工程学院表面改性技术粉末等离子弧堆焊 的主要优点是能堆焊的材料种类多,铁基,镍基,钴基合金甚至难熔合金都能堆焊；碳化钨颗粒可以加入其他合金粉中,也可以直接加到焊接熔池中进行堆焊；适合在低熔点材质的工件上进行堆焊；堆焊过程完全机械化,特别适合于大批量,高效率地堆焊新的零件 。
Plasma Arc Surfacing
材料科学与工程学院表面改性技术典型的应用如高压阀门密封面,发动机气阀阀面,钻具接头,工程机械刃具,轧机导辊以及模具等零件的堆焊 。
热丝等离子弧堆焊的主要优点是工件变形很小；熔敷速度很高，适用于大面积自动堆焊，如压力容器内壁包覆层堆焊。堆焊材料为各种可拔成焊丝的材料，如不锈钢、镍基合金、铜基合金等。而填加冷丝的由于熔敷速度较低，主要用于各种阀门堆焊及小面积堆焊耐磨、耐腐蚀的零件。
Plasma Arc Surfacing
材料科学与工程学院表面改性技术等离子弧堆焊设备比较复杂,不利干现场堆焊；设备价格比气体保护堆焊贵得多,工艺参数的调节匹配较复杂；此外,
等离子堆焊枪的喷嘴寿命较短,消耗的氢气量也比钨极氩弧堆焊多,所以堆焊成本较高 。
Plasma Arc Surfacing
材料科学与工程学院表面改性技术电站阀门：耐高温、耐磨损，等离子弧堆焊 Ni-Cr-B-Si合金，可大大提高其寿命。
Plasma Arc Surfacing
材料科学与工程学院表面改性技术轧钢的轧滚：耐高温、耐腐蚀堆焊的应用材料科学与工程学院表面改性技术武钢连铸堆焊辊子堆焊的应用材料科学与工程学院表面改性技术特殊耐磨材料堆焊的专用眼睛板，切割环，经久耐用堆焊的应用材料科学与工程学院表面改性技术在铬钼钢上堆焊不锈钢堆焊的应用材料科学与工程学院表面改性技术中速磨煤机堆焊磨辊套堆焊的应用材料科学与工程学院表面改性技术5.4 其它涂敷技术电火花涂敷：通过电极材料与金属零件表面的火花放电作用，把作为火花放电电极的导电材料（ WC,TiC）熔渗进金属工件的表层，形成含电极材料的合金化的表面涂敷层。
高频振动
5秒内 8000-25000℃
电极融化扩散工件表面材料科学与工程学院表面改性技术白亮层：电极材料及其碳化物、氮化物、
氧化物，硬质合金、
石墨、合金钢电火花涂敷材料科学与工程学院表面改性技术模具：可提高 1-2倍 刀具：可提高 1-3倍电火花涂敷材料科学与工程学院表面改性技术热浸镀热浸镀简称热镀，是将被镀金属材料浸于熔点较低的其他液态金属或合金中进行镀覆的方法，形成合金层,多用于防腐蚀和抗氧化。
能发生溶解、反应和扩散钢、铁、铜为基材锌、铝、铅、锡等材料科学与工程学院表面改性技术热浸镀材料科学与工程学院表面改性技术热镀锡：最早发展,16世纪，欧洲用镀锡板作为食品包装器具，锡短缺，逐渐被取代。
热镀铝：伴随上世纪五十年代汽车工业的发展而发展，
镀铝层优异的抗大气腐蚀性能，铁铝合金耐热性好。
热镀锌：价廉而耐蚀性好，锌的电位低，对钢基体牺牲保护，用于保护钢材防大气腐蚀。
热浸镀材料科学与工程学院表面改性技术热镀锌炉、丝、管热浸镀材料科学与工程学院表面改性技术熔剂法：钢管、钢丝和零部件，有干法和湿法，干法涂溶剂后干燥，湿法不干燥但要先通过熔融熔剂层。
碱洗 → 酸洗 → 水洗 → 熔剂处理 → 热浸镀 → 镀后处理熔剂作用：降低再氧化、降低表面张力改善润湿性保护气体法：钢带、钢板，氢还原法，钢材 → 氧化去油
→ 退火并还原去氧化膜 → 活性海绵状纯铁 → 热浸镀热浸镀材料科学与工程学院表面改性技术镀层形成理论热浸镀锌是世界各国公认的一种经济实惠的材料保护工艺。热浸镀锌层的形成包括如下步骤：
1）铁基表面被锌液溶解形成铁锌合金相层；
2）合金层中的锌原子进一步向基体扩散，形成锌铁固溶体；
3）合金层表面包络一薄锌层。
热浸镀锌材料科学与工程学院表面改性技术镀层形成理论热镀锌层的组织由内向外是按下列顺序排列的：与 钢基体相接 的是 α相，即 Zn在 Fe中的固溶体，当温度在 450～ 460℃ 时含
Zn10%，在室温时含 Zn5%，冷却中会析出
γ相，该相与基体 α相很难分辨，实际上是
Zn-Fe合金的粘附层； 由 α向外,是化合物相 γ，化学式 Fe3Zn10。
热浸镀锌材料科学与工程学院表面改性技术硬度 515HV，质脆，也是 Zn-Fe合金的粘附层，该层如果过厚，会引起镀层开裂，但短时浸镀不会出现； 再向外 是 δ1化合物相；成栅状分布，因此称为栅状层，化学式
FeZn7，硬度 454HV，韧性好； 再向外 是 ξ
相，化学式 FeZn13,硬度不高（ 270HV），但性脆；很易引起表面镀锌层的脱落，本身易为锌液浮走，称漂走层；
热浸镀锌材料科学与工程学院表面改性技术最外层是 η相，即纯锌层，该层是钢铁件从锌液中取出时，在合金层上粘附的液体锌凝固而成。
热镀锌的工艺就是调整各相的比例；得到结合力高、致密且具有良好外观的镀锌层。
热浸镀锌材料科学与工程学院表面改性技术热浸镀锌的方法目前工业上应用的热镀锌方法有：干法热镀锌、氧化还原法热镀锌、湿法热镀锌、铅锌法热镀锌、单面热镀锌等多种国内应用最多的是干法热镀锌和氧化还原法热镀锌。
热浸镀锌材料科学与工程学院表面改性技术
<1>干法热镀锌干法热镀锌是先把 预处理后 的清洁工件进行 溶剂处理,干燥后再把工件浸入熔融锌液中去。溶剂处理的目的是去除工件表面上残存的铁盐，将预处理后新生成的锈层溶解，
活化钢件表面，提高锌液浸润铁基体的能力，增加镀层的结合力。
热浸镀锌材料科学与工程学院表面改性技术
<1>干法热镀锌干法热镀锌的锌液含铝量可达 0.1%～
0.2%，以含铝 10%～ 15%的锌铝合金的形式加入。热镀锌的厚度为 50～
100?m，其中有 30～ 40?m的纯锌层和 10～ 60?m的铁锌合金层。
热浸镀锌材料科学与工程学院表面改性技术
<1>干法热镀锌干法热镀锌允许有较高的含铝量，因此锌液表面能生成一层薄的（ 0.1?m
） Al2O3保护膜，防止锌液氧化。加铝还可得到塑性较高的镀锌层。
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<2> 氧化还原法热镀锌此法是取消了碱洗、酸洗和溶剂处理等表面预处理,其工艺过程为先使钢件通过氧化性气氛的预热炉（炉内加热温度为 440～ 460℃ ），然后再把工件送进还原性气氛炉中把氧化皮还原并加热到规定的温度，接着将钢件浸入约 440～
460℃ 温度的锌液中进行镀锌。这种方法是目前比较先进的热镀锌方法。
热浸镀锌材料科学与工程学院表面改性技术
<2> 氧化还原法热镀锌钢件从锌液中抽出的速度对纯锌层的厚度有很大影响,抽出速度低,层薄；抽出速度高,层厚 。 因此,抽出速度要适当 。 速度过高,带出的锌液来不及滴尽,会使镀层凹凸不平；速度过低,则使纯锌层太薄甚至消失，塑性降低。
热浸镀锌材料科学与工程学院表面改性技术
<3>热浸镀锌层的性能镀锌的防护性能表现在两个方面：一是锌在大气中能在表面形成一层致密、坚固、耐蚀的保护膜,使下面的 Zn和 Fe免于腐蚀；二是对于局部损坏处有 阳极保护 的作用。镀锌件的抗大气腐蚀能力与镀层厚度与大气环境有关，例如
0.02mm镀锌层，在工业大气中保护钢铁件的时间是 2～ 10年，在清洁的大气中则为 20～ 25年。
热浸镀锌材料科学与工程学院表面改性技术
<4>热浸镀锌的应用热浸镀锌不仅适用于较小的工件（如螺母、
螺栓、弹簧等标准件），而且还能用于镀锌钢管、钢板、钢丝的大批量生产。目前该工艺正广泛地应用于在大气和海洋中工作的钢铁构件上。
热浸镀锌材料科学与工程学院表面改性技术螺母热浸镀锌热浸镀锌材料科学与工程学院表面改性技术螺栓热浸镀锌热浸镀锌材料科学与工程学院表面改性技术热浸镀锌材料科学与工程学院表面改性技术变电站架构热浸镀锌热浸镀锌铁塔热浸镀锌材料科学与工程学院表面改性技术交通标志热浸镀锌高速公路护栏热浸镀锌热浸镀锌材料科学与工程学院表面改性技术镀锌丝网电力用具热浸镀锌热浸镀锌材料科学与工程学院表面改性技术
（ 1）热浸铝机理热浸铝与热浸锌的机理相类似。当液态铝与铁接触时，由于相界面反应首先生成 FeAl3化合物；此后继续扩散,FeAl3层加厚，由于浓度起伏,FeAl3表面上出现 Fe2Al5微区；随着 Al的进一步扩散,Fe2Al5相不断扩大成柱状晶,FeAl3
相逐渐减少。
热浸镀铝材料科学与工程学院表面改性技术
（ 2）热浸铝层的组织特点浸铝层基本可分为两层。最外层为富 Al层，
成分基本与铝液相同；次层是 Al,Fe合金层，
主要是金属化合物 Fe2Al5相，还有少量 FeAl3
相,Fe2Al5相呈舌状伸入钢中。 Fe2Al5相质硬而脆，要尽可能抑制其生长，一般把其控制在渗层的 1/10范围内为好。控制浸镀温度在 700～ 730℃ 之间，加入 2%～ 6%的 Si
或加入 0.6%的 Be都有利于减小 Fe2Al5的厚度。
热浸镀铝材料科学与工程学院表面改性技术
（ 3）热浸铝层的性能和用途浸铝层具有优异的抗大气腐蚀性（尤其对工业大气和海洋大气）以及良好的耐热性。
浸铝钢比镀锌钢在各种大气环境下的耐蚀性均有明显的提高，特别对于含有 SO2,H2S、
NO2、及 CO2等工业大气尤为显著。
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（ 3）热浸铝层的性能和用途浸铝钢具有良好的耐热性，在 450℃ 以下长期使用不会变色，在 500℃ 以上开始氧化和变色（铝层扩散形成铁铝合金层），在 700℃ 下使用时，表面的合金层增厚形成氧化铝膜而起到保护作用。
热浸镀铝材料科学与工程学院表面改性技术
（ 3）热浸铝层的性能和用途浸铝钢主要用于钢板,钢丝和钢管 。 浸铝钢板大量用于汽车排气管和消音器以及建筑物的屋顶板和侧壁 。 浸铝钢管已在我国电厂锅炉水冷壁管,汽车排气管等方面大量使用 。 近几年来,国内高速公路已大量采用镀铝护拦，推动了镀铝工业的发展。
热浸镀铝材料科学与工程学院表面改性技术整体热浸镀铝管式换热器热浸镀铝材料科学与工程学院表面改性技术热浸镀铝管材材料科学与工程学院表面改性技术热浸镀锌铝合金热浸镀铝层虽有优于镀锌层的多种性能特点，但它在不含氯化物的环境条件下，却不能象镀锌层那样对钢基体提供电化学防护。
为了兼具锌、铝镀层的优点，人们研究开发了锌铝合金镀层，并取得了一些进展。
Zn-Al合金镀层在多种腐蚀介质环境中都表现出优良的耐腐蚀性能。
材料科学与工程学院表面改性技术热浸镀锌铝合金在严酷的海洋环境、乡村和工业区大气中的长期曝露试验表明,Zn-Al合金镀层的耐蚀性能比同样厚度锌镀层好得多，接近于铝镀层。在消音器的工作温度（约 538℃ ）下,Zn-Al合金镀层具有很好的耐冷凝物腐蚀的性能及优良的抗氧化性能。在抗含盐的雪水浸蚀方面,Zn-Al合金镀层的使用寿命约为锌镀层的 2～ 7倍。 Zn-Al合金镀层还能很好地耐水下腐蚀。
第二章 材料表面镀覆技术材料科学与工程学院表面改性技术热浸镀锌铝合金在有冷凝水形成的环境中，锌镀层约 8个月后开始腐蚀，而 Zn-Al镀层 4年后尚无腐蚀现象出现。处于静止水中的 Zn-Al合金镀层，比锌镀层及铝镀层有更好的耐蚀性。作为下水管道的内壁,24μm厚 Zn-Al合金层的寿命至少可与厚度达 44μm的锌镀层相比。在不同的土壤中，埋置 3年的试验结果表明,Zn-Al镀层的耐蚀性能也优于镀锌层。
第二章 材料表面镀覆技术材料科学与工程学院表面改性技术热浸镀锌铝合金由上述可见,在多种不同的介质环境中,
Zn-Al镀层的耐蚀性能大大优于锌镀层 。
Zn-Al镀层还表现出优于锌镀层的抗高温氧化性能 。 这种镀层也具有很好的热反射性能 。 在 2.4μm波长下,根据热辐射系数测得的平均热反射率高达 88%。 且镀层表面各处反射率相当均匀。
材料科学与工程学院表面改性技术热浸镀锌镍合金浸镀 Zn-Ni合金在保护钢铁方面有突出的优点，特别是含镍 13%左右的 Zn-Ni合金镀层是最理想的高抗蚀性镀层。在常规热浸镀条件下，纯锌镀层厚度在 44～ 310μm范围内变化，而 Zn-Ni镀层厚度在 37～ 83μm变化，比传统镀锌层薄得多。
材料科学与工程学院表面改性技术热浸镀锌镍合金浸镀 Zn-Ni合金的最大优点是：
（ 1）抗蚀性是纯锌镀层的 5倍、镉镀层的 2倍；
（ 2）镀层硬度可达到 250～ 310HV，有较高的耐磨性；
（ 3）镀 Zn-Ni合金时，电流密度范围较宽，
易获得均匀的镀层，又由于镀液分散性能好，适合于电镀形状复杂的零件。
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