第五節(jié)熱噴涂修復(fù)法

第五節(jié)熱噴涂修復(fù)法熱噴涂是用高速氣流將已被熱源熔化的粉末材料或線材吹成霧狀，噴射到事先準(zhǔn)備好的零件表面上，形成一層覆蓋物的修復(fù)工藝。生產(chǎn)中多用來噴涂各種金屬材料，因而通常稱為金屬噴涂或金屬噴鍍。如果所用材料是鋼，則一般簡(jiǎn)稱為噴鋼。非金屬材料如塑料、陶瓷等，也可以噴涂。2/5/20231目前還沒有標(biāo)準(zhǔn)的熱噴涂分類法，一般是根據(jù)所用熱源的不同來分類，分為燃?xì)夥?、氣體放電法、電熱法和激光熱源法等（見圖5-32),利用噴涂技術(shù)，可以在各種基體上獲得具有耐磨、耐蝕、隔熱、導(dǎo)電、絕緣、密封、潤(rùn)滑以及其他特殊機(jī)械、物理、化學(xué)性能的涂層，達(dá)到強(qiáng)化表面某些性能的目的，因而其應(yīng)用廣泛，可涉及包括尖端技術(shù)在內(nèi)的各種領(lǐng)域。2/5/202322/5/20233在機(jī)械修理方面，噴涂是幾種主要的零件修復(fù)工藝之一。如可應(yīng)用噴鋼修復(fù)各種直軸、曲軸、內(nèi)孔、平面、導(dǎo)軌面等的磨損面，噴鋅作防護(hù)層，噴青銅作軸承，噴高熔點(diǎn)耐磨合金以修復(fù)門等零件，噴塑料修復(fù)磨損面，等等。這種技術(shù)不僅可以恢復(fù)零件的尺寸，而且可強(qiáng)化其性能，成倍地提高其壽命，經(jīng)濟(jì)意義十分重大。2/5/20234一、幾種金屬噴涂的原理1．電弧噴涂

如圖示噴涂時(shí)，送絲機(jī)構(gòu)3不斷地將兩根金屬絲向前輸送。兩根金屬絲進(jìn)入導(dǎo)向嘴4內(nèi)以后彎曲，從導(dǎo)向嘴伸出來時(shí)就相互靠近。由于兩導(dǎo)向嘴分別與電源的正負(fù)極相連，在具有一定電位差的兩根金屬絲相互接觸短路后，電流產(chǎn)生的熱量將尖端處的金屬絲熔化并產(chǎn)生電弧，電弧進(jìn)一步熔化金屬絲。1一金屬絲；2一電纜;3一送絲機(jī)構(gòu)；4一導(dǎo)向嘴；5一空氣噴嘴；6—工件2/5/20235熔化的金屬絲被從空氣噴嘴5噴出的0.5～0.6MPa的壓縮空氣吹成微粒，并以140～300m/s的速度撞擊到需噴涂的零件表面上。這樣，半塑性金屬顆粒以高速度撞擊變形并填塞在粗糙的零件表面上，就逐漸地形成覆蓋層。金屬絲不斷地向前輸送，同時(shí)不斷地被熔化，熔化的金屬又不斷地吹向工件表面，從而保證了噴涂過程的連續(xù)進(jìn)行。2/5/20236電弧噴涂過程由下列四個(gè)循環(huán)階段組成：①兩電極接觸，鋼絲的尖端短路被熔化；②熔化的金屬絲被壓縮空氣吹斷，電流突然中斷，引起自感電勢(shì)并產(chǎn)生電??；③電弧熔化的金屬被吹散成為小顆粒；④電弧中斷。此后，兩電級(jí)再次接觸短路并重復(fù)前一循環(huán)。每循環(huán)的時(shí)間短，通常只有千分之幾秒。2/5/202372．高頻電噴涂高頻電噴涂件原理與電弧噴涂基本相同，只是鋼絲的熔化是靠高頻感應(yīng)實(shí)現(xiàn)。高頻電噴涂的噴頭由感應(yīng)器和電流集中器組成，感應(yīng)器4由高頻發(fā)電機(jī)供電，電流集中器3主要是用于保證鋼絲在不大的一段長(zhǎng)度上熔化，鋼絲6由送絲輪7以一定的速度經(jīng)導(dǎo)筒8送進(jìn)，壓縮空氣經(jīng)氣道5將電流集中器內(nèi)熔化的金屬噴向零件表面。1一被噴涂表面;2一氣體金屬流；3一電流集中器；4一感應(yīng)器;5一氣道；6一鋼絲；7一送絲輪；8一導(dǎo)筒2/5/20238二、噴涂層的形成過程、結(jié)構(gòu)和性能（一）噴涂層的形成過程金屬絲或金屬粉末熔化后，被壓縮空氣吹成很小的微粒，這些微粒以140～300m/s的速度向工件表面，并與工件表面結(jié)合起來，后到的顆粒又與先到的顆粒結(jié)合，如此連續(xù)進(jìn)行，便逐形成了噴涂層，如圖5-41所示。微粒在飛行過程中，高溫的液態(tài)金屬與空氣接觸，在凝固的同時(shí)，產(chǎn)生強(qiáng)烈的氧化與氮化，結(jié)果使金屬絲中的合金元素?zé)龘p。到達(dá)工件時(shí)，每個(gè)顆粒外包著一層氧化膜和氮化膜，對(duì)涂層的性能有嚴(yán)重的影響。高溫顆粒以高速撞擊到工件表面時(shí)，被撞扁而貼在工件表面上。此時(shí)，顆粒與工件表面之間有如下連接過程：2/5/20239(1)機(jī)械粘合——工件表面通常都要進(jìn)行粗糙加工（例如噴砂、拉毛等），表面上的不平凸起對(duì)涂層有一種鉤錨作用，微粒既和工件金屬又和后到的微粒產(chǎn)生機(jī)械結(jié)合而形成覆蓋層。發(fā)生這種情況的前提是金屬微粒達(dá)到工件表面時(shí)，其溫度應(yīng)很高，處于塑性狀態(tài)。噴涂時(shí)微粒運(yùn)動(dòng)速度近似等于空氣流的速度，且微粒從噴槍口飛到工件表面的時(shí)間很短（不超過0.003s），金屬微粒不會(huì)劇烈地冷卻。2/5/202310(2)吸附金屬顆粒撞擊到工件表面時(shí)，在兩接觸表面上，部分分子間距離極近，它們的相互吸引力能使顆粒吸附在工件表面上。且飛到工件表面的金屬微粒，由于撞擊變形，一些微粒表面的氧化膜可能破裂而裸露出純金屬，而會(huì)產(chǎn)生分子狀直接接觸。發(fā)生這種情況的前提是兩表面沒有油污、水汽等雜物。由此可知．金屬噴涂層的連接，既有機(jī)械結(jié)合，又有分子結(jié)合，以機(jī)械結(jié)合為主。2/5/202311（二）噴涂層的結(jié)構(gòu)和性能⑴噴涂層的結(jié)構(gòu)金屬噴涂層不是熔合的而是由大大小小的金屬小顆粒在塑性狀態(tài)下堆砌而成的，顆粒被撞擊成魚鱗狀，顆粒堆砌成的噴徐層形成孔隙，具有多孔性。在其他條件相同的情況下，電弧噴涂層的孔隙約占噴徐層體積的15％～20%，等離子噴涂層的孔隙率約占5％～10%。噴涂距離增大，各種噴涂層的孔隙率都會(huì)增加；金屬顆粒受熱溫度越高，噴射速度－越大，氧化程度越輕，噴涂層的孔隙率越低。整個(gè)噴涂層由金屬顆粒、氧化物、氮化物和孔隙組成。

2/5/2023122/5/202313⑵噴涂層的性能①噴涂層硬度

噴涂層的硬度取決于噴涂材料和噴槍規(guī)范。一般為HB150～350左右。噴涂材料、噴射距離、壓縮空氣壓力和噴涂層厚度對(duì)涂層硬度都有影響。

金屬噴涂層的硬度高于所用的金屬絲的硬度，這是因?yàn)榻饘傥⒘娚涞搅慵砻嫔虾笱咐鋮s而產(chǎn)生了淬火作用；后到的金屬微粒撞擊已經(jīng)堆積的微粒時(shí)，產(chǎn)生了冷作硬化作用；噴層中夾雜著氧化物。2/5/202314②噴涂層的耐磨性噴涂層的多孔結(jié)構(gòu)有利于在零件表面上保持一層油膜。因此，在正常的潤(rùn)滑條件下，噴涂過的軸頸和軸瓦的摩擦系數(shù)較?。s為0.008)。噴涂層的較高硬度和較好的適油性能，使涂層具有較好的耐磨性。但在干摩擦條件下，噴涂層的耐磨性則很差，會(huì)很快的磨損，所以那些在干摩擦條件下工作的零件，不應(yīng)用金屬噴涂法修復(fù)。2/5/202315③噴涂層對(duì)零件疲勞強(qiáng)度的影響噴涂層對(duì)零件的疲勞強(qiáng)度影響不大，但噴涂前零件的表面準(zhǔn)備及涂層內(nèi)存在的殘余拉應(yīng)力會(huì)對(duì)疲勞強(qiáng)度產(chǎn)生一定的影響。因此，在進(jìn)行表面準(zhǔn)備時(shí)，應(yīng)注意選擇對(duì)零件疲勞強(qiáng)度影響不大的表面粗糙方法。④噴涂層的機(jī)械強(qiáng)度噴涂層的非金屬熔合型結(jié)構(gòu)使其本身的機(jī)械強(qiáng)度較低，各種鋼質(zhì)噴除層的抗拉強(qiáng)度極限為150～250MPa（等離子涂層的強(qiáng)度最高）。由于涂層的機(jī)械強(qiáng)度較低，在零件磨合期或干摩擦情況下，涂層的金屬易脫落。2/5/202316！結(jié)合強(qiáng)度取決于零件噴涂前的表面準(zhǔn)備方法、噴涂方法和規(guī)范以及噴涂材料。⑶注意事項(xiàng)：①零件表面噴涂前的準(zhǔn)備方法對(duì)涂層的結(jié)合強(qiáng)度有較大的影響，零件表面越粗糙，涂層與基喲結(jié)合強(qiáng)度越高。金屬熔化溫度越高，噴射速度越大，涂層與基體的結(jié)合強(qiáng)度越好。②壓縮空氣壓力、噴射距離、壓縮空氣內(nèi)含有油或水，金屬絲上有油污和鐵銹，以及送絲速度次，電噴涂的電壓、電流選擇不當(dāng)，都會(huì)降低噴涂層與基體的結(jié)合強(qiáng)度。③金屬噴涂層的作用，除了增加零件的尺寸和提高零件的耐磨性外，對(duì)提高零件的承載能力基本上不起作用。2/5/202317三、噴涂工藝噴涂或噴焊修復(fù)零件的工藝過程均可分為：表面準(zhǔn)備、噴涂及噴涂后加工。（一）零件噴涂前的準(zhǔn)備零件噴涂前的準(zhǔn)備包括：表面除油及除銹，表面加工和表面粗糙以及鍵槽和油孔的處理等。噴前表面加工的目的是除去零件表面的變性層，消除不均勻的磨損，恢復(fù)零件正確的幾何瞇，并保證噴涂層有一定的厚度。一般加工量為0.5一1.0mm。常用的表面粗糙法有：噴砂、拉毛及車螺紋。2/5/202318表面準(zhǔn)備工作完成后，最好立即噴涂。待噴時(shí)間越長(zhǎng)，工件表面層產(chǎn)生的氧化層越厚；附空氣中的水汽、灰塵越多，涂層的結(jié)合強(qiáng)度就越低。有資料表明，曲軸拉毛以后，停放2小噴涂，結(jié)合強(qiáng)度為11.9MPa，停放24h以后噴涂，結(jié)合強(qiáng)度降為9.2MPa.2/5/202319對(duì)不需噴涂的表面應(yīng)設(shè)法保護(hù)，以防噴涂金屬粘附。對(duì)較大表面可用薄鐵皮包扎，對(duì)槽、油孔可用木塞、碳棒等堵塞，使堵塞塊高出噴涂層度約1.5mm，以便噴完加工后進(jìn)行清暇如圖5-43及圖5-44所示。2/5/202320（二）零件的噴涂零件噴涂規(guī)范是根據(jù)采用的噴涂設(shè)備、噴涂材料以及零件的結(jié)構(gòu)尺寸等