SHS涂层技术.ppt
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1、SHSSHS涂层技术涂层技术SHSSHS 自蔓延高温合成自蔓延高温合成(SHS(SHSSelfSelfpropagatingHighpropagatingHightemperature Synthesis)temperature Synthesis)是利是利用配合的原料自身燃烧反应放出热量使化学反应用配合的原料自身燃烧反应放出热量使化学反应过程自发地持续进行,通过控制自维反应速率、过程自发地持续进行,通过控制自维反应速率、温度和转化率等因素,进而获得具有指定成分和温度和转化率等因素,进而获得具有指定成分和结构产物的一种新型材料合成手段。结构产物的一种新型材料合成手段。自自19671967年,俄
2、罗斯科学家年,俄罗斯科学家MerzhanovMerzhanov首次完整地提首次完整地提出自蔓延高温合成概念,经过出自蔓延高温合成概念,经过3030多年发展,多年发展,SHSSHS在在材料领域形成了独特的优势并广泛地应用在航空材料领域形成了独特的优势并广泛地应用在航空航天、石油化工、冶金矿山、地质勘探等工业生航天、石油化工、冶金矿山、地质勘探等工业生产领域。产领域。随着现代工业发展,对矿山机械材料的表面性能随着现代工业发展,对矿山机械材料的表面性能有了更高的要求,特别是在高速、高温重载、磨有了更高的要求,特别是在高速、高温重载、磨损、腐蚀等介质条件下,材料经常受恶劣的工作损、腐蚀等介质条件下,材
3、料经常受恶劣的工作环境影响产生破坏、失效。环境影响产生破坏、失效。磨磨损失效失效图 表面涂层技术是采用一定的工艺方法,在零件表表面涂层技术是采用一定的工艺方法,在零件表面制备出优于本体材料性能的表面功能薄膜或涂面制备出优于本体材料性能的表面功能薄膜或涂层,赋予零件或构件耐高温、耐腐蚀、抗磨损等层,赋予零件或构件耐高温、耐腐蚀、抗磨损等性能。因此,表面涂层技术也渐渐成为国际材料性能。因此,表面涂层技术也渐渐成为国际材料科学研究的热点。科学研究的热点。目前常用的表面涂层技术有等离子喷涂目前常用的表面涂层技术有等离子喷涂(APS)(APS)、溶、溶胶一凝胶胶一凝胶(Sol(SolGel)Gel)、化
4、学气相沉积、化学气相沉积(CVD)(CVD)和物理和物理气相沉积气相沉积(PVD)(PVD)等方法,由于上述方法工艺繁琐,等方法,由于上述方法工艺繁琐,设备复杂,成本较高,在很多时候应用价值并不设备复杂,成本较高,在很多时候应用价值并不高。高。SHSSHS高温合成涂层法能够克服上述缺点,适用高温合成涂层法能够克服上述缺点,适用于大规模生产满足不同要求的高性能复合材料。于大规模生产满足不同要求的高性能复合材料。因此,对因此,对SHSSHS合成涂层技术的研究,具有重要的学合成涂层技术的研究,具有重要的学术价值和广阔的应用前景。术价值和广阔的应用前景。SHSSHS涂层技术涂层技术 SHS SHS涂层
5、技术,通常是在金属基体上预置成分呈梯涂层技术,通常是在金属基体上预置成分呈梯度变化的涂层物料,然后在致密条件下局部点火度变化的涂层物料,然后在致密条件下局部点火引燃化学反应,利用放出的热使反应持续进行,引燃化学反应,利用放出的热使反应持续进行,同时使基体金属表面短时间内高温熔化,涂层与同时使基体金属表面短时间内高温熔化,涂层与基体金属间通过冶金结合而获得高粘结强度的梯基体金属间通过冶金结合而获得高粘结强度的梯度涂层。度涂层。SHSSHS表面涂层技术的研究现状表面涂层技术的研究现状 SHS SHS涂层技术的实质是在金属基体上预置呈梯度变涂层技术的实质是在金属基体上预置呈梯度变化的涂层物料混合物,
6、然后在致密条件下局部点化的涂层物料混合物,然后在致密条件下局部点火引燃化学反应,利用放出的热使反应持续进行,火引燃化学反应,利用放出的热使反应持续进行,放出的热量促使材料制备。同时基体金属表面会放出的热量促使材料制备。同时基体金属表面会在短时间内高温熔化,使涂层与基体金属间通过在短时间内高温熔化,使涂层与基体金属间通过冶金结合而获得高粘结强度的梯度涂层。冶金结合而获得高粘结强度的梯度涂层。SHSSHS表面涂层技术主要研究方法表面涂层技术主要研究方法SHSSHS气相传输涂层气相传输涂层SHSSHS喷涂沉积涂层喷涂沉积涂层SHSSHS熔铸涂层熔铸涂层SHSSHS反应铸渗涂层反应铸渗涂层SHSSHS
7、烧结涂层技术烧结涂层技术SHSSHS气相传输涂层技术气相传输涂层技术 SHSSHS气相传输涂层技术最早由俄罗斯学者气相传输涂层技术最早由俄罗斯学者ShtesselShtessel们等提们等提出并发展起来,是用适当的气体作为载体来输送反应原料,出并发展起来,是用适当的气体作为载体来输送反应原料,通过调节气相输送控制涂层中成分梯度分布,在工件表面通过调节气相输送控制涂层中成分梯度分布,在工件表面发生化学反应,反应物沉积于工件表面的涂层技术。目前发生化学反应,反应物沉积于工件表面的涂层技术。目前应用最广泛的气相传输涂层有两种类型:钢件表面的应用最广泛的气相传输涂层有两种类型:钢件表面的CrCrB B
8、和和Cr-CCr-C、NiNi、AlAl涂层以及硬质合金上的涂层以及硬质合金上的TiTiN N涂层。涂层。SHSSHS喷涂沉积涂层技术喷涂沉积涂层技术 反应热喷涂是反应热喷涂是SHSSHS技术与热喷涂技术结合而发展起来的新技术与热喷涂技术结合而发展起来的新技术。热喷涂技术是利用热源技术。热喷涂技术是利用热源(如等离子弧、电弧或火焰如等离子弧、电弧或火焰)将喷涂材料加热熔化或软化,并用热源自身的动力或外加将喷涂材料加热熔化或软化,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速度喷向经过预高速气流雾化,使喷涂材料的熔滴以一定速度喷向经过预处理的基板表面,依靠喷涂材料的物理变化和化学
9、反应,处理的基板表面,依靠喷涂材料的物理变化和化学反应,与基板形成结合层的工艺方法。石建稳等利用超音速火焰与基板形成结合层的工艺方法。石建稳等利用超音速火焰喷涂合成技术制备了喷涂合成技术制备了4 4种不同成分含量的种不同成分含量的(Ti(Ti,Mo)CMo)CTiTi金金属陶瓷涂层,并对涂层的组织和性能进行了研究。属陶瓷涂层,并对涂层的组织和性能进行了研究。SHSSHS反应药芯线材电孤喷涂反应药芯线材电孤喷涂 反应电弧喷涂是用药芯线材做自耗电极,利用其端部产反应电弧喷涂是用药芯线材做自耗电极,利用其端部产生的电弧做热源来熔化线材外管,引燃药芯的自蔓延反应,生的电弧做热源来熔化线材外管,引燃药芯
10、的自蔓延反应,合成出的熔滴用压缩气流雾化喷射到基材表面,形成涂层合成出的熔滴用压缩气流雾化喷射到基材表面,形成涂层的技术。栗卓新等已经成功采用低碳钢包覆的技术。栗卓新等已经成功采用低碳钢包覆0 07070TiB2TiB2A1A1:0303硬质相的粉芯丝材和高速电弧喷涂硬质相的粉芯丝材和高速电弧喷涂(HVAS)(HVAS)原位合原位合成了成了MMCMMC涂层。涂层。SHSSHS等离子弧喷涂等离子弧喷涂 在陶瓷涂层制备应用较多的是等离子喷涂。等离在陶瓷涂层制备应用较多的是等离子喷涂。等离子喷涂陶瓷涂层具有高硬度、高熔点、耐磨、隔子喷涂陶瓷涂层具有高硬度、高熔点、耐磨、隔热和绝缘等特点。一般采用常用
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