董昌慧开题报告1.docx

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董昌慧开题报告1

毕业设计（论文）开题报告

题目：

铜表面热喷涂钢的组织及性能

院系：

机械工程学院

专业：

材料成型及控制工程

学生姓名：

董昌慧学号：

200702150132

指导教师：

高为国

2011年3月15日

毕业设计（论文）开题报告

文献综述

0引言

热喷涂技术是表面工程中的一个重要分支，它是通过火焰、电弧或等离子体等热源，将某种线状和粉末状的材料加热至熔融或半融化状态，并将加速形成的熔滴高速喷向基体形成涂层。

涂层具有耐磨损、而腐蚀、而高温和隔热等优异性能，并能对磨损、腐蚀或加工超差引起的零件尺寸减小进行修复。

热喷涂技术的应用主要包括：

长效防腐、机械修复及先进制造技术、模具制作与修复、制造特殊的功能涂层等四个方面。

目前，热喷涂技术已广泛应用于几乎所有工业领域以及家庭用品（如不粘锅、红外线保健电热器等）。

20世纪末，热喷涂技术的发展十分迅速，并迅速被推广使用。

1980年到2000年，热喷涂市场的变化见表1。

到20世纪末，等离子喷涂仍然居主导地位。

值得注意的是，高速火焰喷涂（HVOF）迅速发展，将占据25%的市场比例，居第二位。

电弧喷涂技术，由于经济性好、涂层性能比火焰喷涂层优越，将部分代替火焰喷涂技术上升到第三位。

1热喷涂技术概念及原理

热喷涂是一种表面强化技术,是表面工程技术的重要组成部分，一直是我国重点推广的新技术项目.它是利用某种热源（如电弧、等离子喷涂或燃烧火焰等）将粉末状或丝状的金属或非金属材料加热到熔融或半熔融状态，然后借助焰留本身或压缩空气以一定速度喷射到预处理过的基体表面，沉积而形成具有各种功能的表面涂层的一种。

热喷涂是指采用氧—乙炔焰、电弧、等离子弧、爆炸波等提供不同热源的喷涂装置，产生高温高压焰流或超音速焰流，将要制成涂层的材料如各种金属、陶瓷、金属加陶瓷的复合材料、各种塑料粉末的固态喷涂材料，瞬间加热到塑态或熔融态，高速喷涂到经过预处理（清洁粗糙）的零部件表面形成涂层的一种表面加工方法。

我们把特殊的工作表面叫“涂层”，把制造涂层的工作方法叫“热喷涂”，它是采用各种热源进行喷涂和喷焊的总称。

热喷涂是指一系列过程，在这些过程中，细微而分散的金属或非金属的涂层材料，以一种熔化或半熔化状态，沉积到一种经过制备的基体表面，形成某种喷涂沉积层.它是利用某种热源（如电弧、等离子喷涂或燃烧火焰等）将粉末状或丝状的金属或非金属材料加热到熔融或半熔融状态，然后借助焰留本身或压缩空气以一定速度喷射到预处理过的基体表面，沉积而形成具有各种功能的表面涂层的一种技术。

2热喷涂技术特点

采用热喷涂技术，制备各种表面强化和表面防护涂层，具有许多独特的优点。

①能够喷涂的材料范围特别广，包括各种金属及合金、陶瓷及金属陶瓷、塑料、非金属矿物等几乎所有固态工程材料。

因而能够制备耐磨、减摩、耐蚀、耐高温、抗氧化、绝缘、导电、催化、辐射、防辐射、抗干扰、超导、非晶态及生物功能等各种功能涂层；

②能够在多种基体材料上形成涂层，包括金属基体、陶瓷基体、塑料基体、石膏、木材甚至纸板上都能喷涂，被喷涂的材料范围也十分广泛；

③一般不受被喷涂工件尺寸和施工场所的限制，既可厂内施工，也可现场施工

④涂层沉积效率较高，特别适合沉积薄膜涂层。

涂层厚度可以控制，从几十微米到几毫米甚至可厚达20mm；

⑤除喷焊外，热喷涂施工对基体的热影响很小，基体受热温度不超过200℃，基体不会发生变形和性能变化；

⑥在满足强度要求的前提下，制件基体可以采用普通材料代替贵重材料，仅涂层使用优质材料，使“好钢用在刀刃上”；

⑦热喷涂施工艺灵活，方便，迅速，适应性强。

当然，热喷涂技术也有如下一些缺点:

①喷焊外，热喷涂涂层与基体的结合主要是物理机械结合，结合强度不大高，涂层耐冲击和重载性能较差；

②喷涂涂层含有不同程度的孔隙，对于耐腐蚀、抗氧化、绝缘等应用，一般不如整体材料。

但可通过复合涂层系统设计等方法予以改进提高；

③喷涂小件时，涂层材料的收得率低；

④热喷涂手工操作时的劳动条件较差，有噪音、粉尘、热和弧光辐射问题，必须注意劳动保护措施。

尽管如此，由于热喷涂技术具有上述许多独特的优点，已被广泛地应用于航空、航天、冶金、能源、交通、石油化工、机械、轻纺等工业部门，成效十分显著。

3热喷涂涂层的结构

①涂层粒子因碰撞变形而呈扁平状堆积结构，具有各向异性。

涂层与基体之间的结合主要是物理机械结合；

②涂层颗粒堆积、重叠过程中，颗粒之间必然存在一定程度的孔隙和气孔；高温颗粒在喷射过程中，会与喷射气体或周围环境气氛发生某种程度的化学反应，如与环境中的空气作用产生氧化。

因此，涂层组织中可能含有少量的氧化物夹杂；

③由于高温颗粒喷射到基体表面快速冷却凝固，由于涂层材料与基体材料的热物理性能特别是热膨胀系数的差异，使涂层中形成相当的热应力和残余应力。

控制和处理不好，有可能使涂层发生裂纹甚至剥落；

④热喷涂涂层的表面为粗糙的毛面，具有较高的表面能，这为复合涂层设计和制造提供了良好的基础。

根据热喷涂涂层结构的这些特点，显然，在热喷涂涂层的设计和施工中，应努力做到：

制备清洁活化的基体表面以提高涂层与基体的界面性能；提高喷射颗粒的速度以获得高的动能；保证喷射颗粒良好的受热及熔化状态，以达到足够的热能；控制涂层的应力状态、应力大小和应力分布；尽可能减少或避免喷射的高温颗粒在喷涂过程中与周围环境气氛发生有害的化学反应，乃是获得优质涂层的主要条件。

4金属热喷涂的应用前景

热喷涂技术是材料表面强化与保护的新技术，它在表面改性技术中占有重要地位。

该项技术在我国始于五十年代，七十年代末形成气候。

目前，无论在设备、材料、工艺、科研等方面都在迅速发展与提高，已成为表面技术一个重要组成部分。

热喷涂技术目前在国内已经得到了比较广泛地推广应用，近年的发展趋势和特点是：

①大面积长效防护技术得到广泛应用，对于长期暴露在户外大气的钢铁结构件采用喷涂铝、锌及其合金涂层，代替传统的刷油漆方法，实行阴极保护进行长效大气防腐；

②采用热喷涂技术修复与强化大型关键设备及进口零部件国产化；

③超音速火焰喷涂技术的应用；

④气体爆燃式喷涂技术进一步得到应用；

⑤氧乙炔火焰粉末喷涂技术发展迅速；

1热喷涂技术在化工防腐工程中得到应用；

2激光重熔技术开始应用。

热喷涂技术在建筑装璜、医疗卫生方面也得到了应用。

随着人们对材料性能要求进一步提高，热喷涂工艺作为一种优良的表面改性技术具有广阔的发展前景。

进一步广泛深入地推广应用该技术意义重大。

5结论

随着21世纪的到来，热喷涂技术和工艺的飞速发展，热喷涂材料的研究将能够为未来涂层工业提供更多的增长机会，将会替代许多传统的技术。

未来热喷涂材料还应继续开发的工业领域包括航空、汽车电器、和电子产品、机械零部件和生物医学领域。

具体包括：

开发MMC复合材料和智能结构材料用于飞机燃气涡轮部件；开发聚合物复合材料用于电气电子产品；生物陶瓷材料的开发用于骨关节修复和植入；特殊功能材料的开发用于光学、电子及隐身等特殊要求部件等。

所有这些材料的开发研究都主要集中在新型复合材料的研究，特别是结合目前出现的具有优异性能的纳米材料、非晶材料、准晶材料、高温结构材料、特殊功能材料等复合材料的研究。

此外，在复合涂层材料开发的同时，一些特殊表面工程技术与多种材料的复合，如双层复合、多层复合、功能梯度复合等方法获得的特殊结构涂层必将成为今后热喷涂材料研究的核心发展方向。

参考文献

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化学工业出版社，2007.

[2]张祝喜等.热喷涂技术的发展和应用[M].机械管理和开发，2004.

[3]戴达煌等.现代材料表面技术科学[M].北京：

冶金工业出版社，2004.

[4]方学峰等.铝合金的热喷涂的研究进展和应用展望.机械管理和开发，2005.

[5]徐建林.表面强化技术及其在铜合金中的应用.2007.

[6]王黎等.热喷涂技术的发展和现状[M].2006.

[7]刘广海等.热喷涂技术概况[M].机械管理和应用.2008.

[8]王海军.热喷涂实用技术[M].国防工业出版社.2006.

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中南大学出版社，2006.

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[15]Y.Gao,D-M.YangandZhi-JunYan，InvestigationofPlasmaSprayingwithInternalAxialPowderInjection:

Proceedingsofthe2009InternationalThermalSprayConference，lasVegas,Nevada,USA,May4-7.2009,BasilR.Marple,MargareM.Hyland,Yuk-ChiuLau,Chang-jiuLi.

[16]ElizabethJK,EliM,JohnJM,etal.Lowpressureplasmaspraycoatings.ThisSolidFilms,2000.

开题报告

一、课题的目的与意义

据世界有关部门统计，发达国家每年由于磨损和腐蚀造成的损失约占国民经济总产值10％左右（其中磨损，腐蚀各占5％）。

数据表明：

1976年美国国家标准局公布：

1975年全国腐蚀损失700亿美元，相当于国民经济总产值4％，磨损断裂损失每年预计1400亿美元。

英国：

1971年仅不列颠岛磨损为13.65英磅。

磨损和腐蚀是造成材料和零部件失效的主要原因。

据有关资料报道，发达国家由于磨损和腐蚀造成的损失约占国民经济总产值的3%～5%，1993年我国由于腐蚀造成的损失达1000多亿元，平均每天3亿元之多。

1994年我国国民经济总产值为43800亿元，若按损失4%计算则为1700多亿元，而"八五"期间推广应用热喷涂技术直接经济效益约为35亿元。

随着人们对材料性能要求进一步提高，将对热喷涂设备、工艺、材料等作更深入的研究及探索。

资料表明，热喷涂工艺作为一种优良的表面改性技术具有广阔的发展前景，进一步广泛深入地推广应用该项技术意义重大。

随着现代科技的发展与提高，对材料和设备以及机械零部件的使用性能要求也俞来俞高。

整体铸造或锻造比较昂贵的金属，如钛、镍、钴、钨、锆、等造价很高而且铸、锻造以及焊接方法都有一定困难，于是人们在生产实践中，在普通材料的表面上，制造一个特殊的工作表面，使其达到：

防腐、耐磨、减磨、抗高温、抗氧化、隔热、绝缘、导电、防微波辐射等一系列多种功能，使其达到节约材料，节约能源的目的。

我们把特殊的工作表面叫涂层，把制造涂层的工作方法叫――热喷涂。

热喷涂技术是表面过程技术的重要组成部分之一，约占表面工程技术的1/3。

二、课题发展现状和前景展望

世界的热喷涂已有100年的历史,中国的热喷涂也有近五十年的历史。

特别是近二十年来，中国的热喷涂有了较大的进步和发展，下面，就总体水平和地位、设备与材料、应用、科研与开发等方面作简单介绍。

据不完全统计，在“八五”期间（1991~1995年包括1996年），中国热喷涂行业总产值为3亿元年左右（包括热喷涂设备、材料、施工与技术服务、辅助设备材料等）。

1996年，我国国民经济总产值约为7.5万亿元（约为9100亿美元），热喷涂产值约占其0.39/10000>。

据协会掌握的基本情况，全国热喷涂从业人员3000人左右（不含施工队临时工），从事热喷涂工作的单位为300~350个，包括热喷涂设备、材料、辅机、辅助材料生产厂、热喷涂施工、技术服务单位，以及从事热喷涂的科研、教学、开发单位和贸易公司。

热喷涂单位仍一种小型单位（﹤30人）为主，占总数的90%以上。

热喷涂行业人均产值约为10万元/人·年，在机械行业中属于佼佼者（上等水平）。

据国外有关材料介绍，近几年美国热喷涂总产值约为20亿美元，日本为800亿日元，分别占其国民经济总产值（GNP）的3.6/10000和2.3/10000。

热喷涂产值在GNP重的比值是该国热喷涂发达与否的重要标志。

中国的这个比值，仅为美国的11%，日本的17%。

这说明，中国的热喷涂仍处于发展阶段，远未达到成熟和饱和阶段，也正因为如此，热喷涂在中国的市场广大，机遇甚多，发展前景看好。

中国热喷涂技术的研究与开发的主要力量仍是研究院所和大专院校。

中国的热喷涂研究与开发的整体水平（队伍、R&D条件和装备、R&D成果、论文水平与数量）在亚洲仅次于日本，在世界上应属于第二方阵（俄、瑞、法、英，第一方阵为美、德、日）。

第14届国际热喷涂大会发表论文16篇，居第四位，第15届国际热喷涂大会预计发表论文15篇，亦属前列。

R&D在设备方面，主要集中在研制真空等离子喷涂、超音速火焰喷涂（HVOF）、超音速电弧喷涂设备，开发爆炸喷涂、等离子喷涂、火焰塑料喷涂设备；在工艺方面，着重研究复合工艺，如喷涂+激光重熔/感应从容/真空重熔，自蔓延工艺（如药芯线材、MCrAlY等）新材料的喷涂工艺；材料方面主要研究陶瓷粉末，如Al2O3+TiO2粉末的生产工艺，以及McrAlY，50Cr50Ni，生物工程材料，稀土元素添加粉末等；在涂层设计、性能、组织、检测、评价和控制方面，则集中在TBC涂层，抗高温氧化金属陶瓷涂层，生物工程涂层的成分、应力分布、组织、界面作用的研究上。

R&D方面存在的问题主要是经费不足，研究设备老化，重复选题，国际前沿研究课题少，课题研究采用高新技术、信息技术不多，“纯”学术性研究课题水平不高，面向应用和市场的研究和开发课题由于需求结合不好，“高不应，低不就”，以上问题急待解决。

三、课题主要内容和要求

1、课题主要内容

热喷涂是指一系列过程，在这些过程中，细微而分散的金属或非金属的涂层材料，以一种熔化或半熔化状态，沉积到一种经过制备的基体表面，形成某种喷涂沉积层。

它是利用某种热源（如电弧、等离子喷涂或燃烧火焰等）将粉末状或丝状的金属或非金属材料加热到熔融或半熔融状态，然后借助焰留本身或压缩空气以一定速度喷射到预处理过的基体表面，沉积而形成具有各种功能的表面涂层的一种技术。

2、课题主要要求

①氧气瓶未装减压器前应略为打开氧气阀门把污物吹除干净,以免灰尘、垃圾进入减压器而堵塞,造成事故；　　

②禁止把氧气瓶和乙炔瓶以及其它可燃气体的钢瓶放在一起;凡易燃品、油脂和带有油污的物品,不能和氧气瓶同车运输；　　

③氧气瓶和乙炔瓶时,应将瓶口颈上的保护帽装好,使用时,应放在妥善可靠的地方,才能把瓶口颈上的保护帽取下.在扳瓶口帽时,只能用手或扳手旋下,禁止用金属锤敲击,防止产生火星而造成事故；　　

④氧气减压表螺母在氧气瓶嘴上至少要拧上6~8扣.螺丝接头应拧紧,减压表调节螺杆应松开；　　

⑤在把氧气瓶、减压器装好后,慢慢地打开氧气阀门,检查减压器连接氧气瓶的接头是否漏气,表指示是否灵活,开启氧气阀时,头脸不要对着减压表,应站在减压器侧面或后面.检查漏气时不得使用烟火或明火,可用肥皂水检查,检查不漏后方可使用；　　

⑥严禁氧气瓶口接触油脂,或用油污的扳手拧氧气瓶阀和减压连接螺丝.也不允许戴油污的手套,以免产生燃烧爆炸事故；　　

⑦氧气瓶、乙炔瓶及减压器在使用前后应妥善安放,避免撞击和振动；　　

⑧使用乙炔瓶、氧气瓶时应垂直立放,并设有支架固定,防止跌倒。

四、研究方法、步骤和措施

1.查阅资料，翻译英文资料

查找设计所需的资料，资料的内容要有深度，要具有参考意义。

2.熟练掌握设计所需的内容

复习以前所学设计有关的专业知识，并熟练的运用到设计中去。

还要学习一些设计中所用到的其它方面的知识，如金属学与热处理等，从中多学习一点有关表面强化的内容。

3.设计内容

①熟悉了解铜和钢的一些基本性能以及热喷涂的一些基础操作步骤；

②对铜表面进行喷涂钢的处理；

③观察铜表面热喷涂钢的组织以及性能。

4.具体设计步骤

①预检任何热喷涂工序进行前必须检查零件，确定是否适合喷涂；

②预加工去除所有残留涂层，应考虑已进行的热处理对特殊要求涂层影响的可能性，例如疲劳强度；

③遮蔽不需要喷涂的零件表面需要遮蔽；

④表面预处理喷砂是实现该目的常用的方法；

⑤喷涂在表面进行热处理后，应尽快采用热喷涂工艺规程提供的参数进行喷涂；

⑥喷涂后检验在喷涂完成至冷却到室温后对涂层进行检验；

⑦封闭必要时对喷涂层进行喷涂处理，封闭应在喷涂后尽快进行；

⑧精加工涂层精加工可以采用车削或磨削加工技术；

⑨最终检验最后检验所需精度在应用范围内。

毕业设计（论文）开题报告

指导教师意见：

1．对“文献综述”的评语：

2．对本课题的深度、广度及工作量的意见和对设计（论文）结果的预测：

指导教师：

年月日

所在专业审查意见：

负责人：

年月日