第五节热喷涂修复法

第五节热喷涂修复法热喷涂是用高速气流将已被热源熔化的粉末材料或线材吹成雾状，喷射到事先准备好的零件表面上，形成一层覆盖物的修复工艺。生产中多用来喷涂各种金属材料，因而通常称为金属喷涂或金属喷镀。如果所用材料是钢，则一般简称为喷钢。非金属材料如塑料、陶瓷等，也可以喷涂。1/24/20241目前还没有标准的热喷涂分类法，一般是根据所用热源的不同来分类，分为燃气法、气体放电法、电热法和激光热源法等（见图5-32),利用喷涂技术，可以在各种基体上获得具有耐磨、耐蚀、隔热、导电、绝缘、密封、润滑以及其他特殊机械、物理、化学性能的涂层，达到强化表面某些性能的目的，因而其应用广泛，可涉及包括尖端技术在内的各种领域。1/24/202421/24/20243在机械修理方面，喷涂是几种主要的零件修复工艺之一。如可应用喷钢修复各种直轴、曲轴、内孔、平面、导轨面等的磨损面，喷锌作防护层，喷青铜作轴承，喷高熔点耐磨合金以修复门等零件，喷塑料修复磨损面，等等。这种技术不仅可以恢复零件的尺寸，而且可强化其性能，成倍地提高其寿命，经济意义十分重大。1/24/20244一、几种金属喷涂的原理1．电弧喷涂

如图示喷涂时，送丝机构3不断地将两根金属丝向前输送。两根金属丝进入导向嘴4内以后弯曲，从导向嘴伸出来时就相互靠近。由于两导向嘴分别与电源的正负极相连，在具有一定电位差的两根金属丝相互接触短路后，电流产生的热量将尖端处的金属丝熔化并产生电弧，电弧进一步熔化金属丝。1一金属丝；2一电缆;3一送丝机构；4一导向嘴；5一空气喷嘴；6—工件1/24/20245熔化的金属丝被从空气喷嘴5喷出的0.5～0.6MPa的压缩空气吹成微粒，并以140～300m/s的速度撞击到需喷涂的零件表面上。这样，半塑性金属颗粒以高速度撞击变形并填塞在粗糙的零件表面上，就逐渐地形成覆盖层。金属丝不断地向前输送，同时不断地被熔化，熔化的金属又不断地吹向工件表面，从而保证了喷涂过程的连续进行。1/24/20246电弧喷涂过程由下列四个循环阶段组成：①两电极接触，钢丝的尖端短路被熔化；②熔化的金属丝被压缩空气吹断，电流突然中断，引起自感电势并产生电弧；③电弧熔化的金属被吹散成为小颗粒；④电弧中断。此后，两电级再次接触短路并重复前一循环。每循环的时间短，通常只有千分之几秒。1/24/202472．高频电喷涂高频电喷涂件原理与电弧喷涂基本相同，只是钢丝的熔化是靠高频感应实现。高频电喷涂的喷头由感应器和电流集中器组成，感应器4由高频发电机供电，电流集中器3主要是用于保证钢丝在不大的一段长度上熔化，钢丝6由送丝轮7以一定的速度经导筒8送进，压缩空气经气道5将电流集中器内熔化的金属喷向零件表面。1一被喷涂表面;2一气体金属流；3一电流集中器；4一感应器;5一气道；6一钢丝；7一送丝轮；8一导筒1/24/20248二、喷涂层的形成过程、结构和性能（一）喷涂层的形成过程金属丝或金属粉末熔化后，被压缩空气吹成很小的微粒，这些微粒以140～300m/s的速度向工件表面，并与工件表面结合起来，后到的颗粒又与先到的颗粒结合，如此连续进行，便逐形成了喷涂层，如图5-41所示。微粒在飞行过程中，高温的液态金属与空气接触，在凝固的同时，产生强烈的氧化与氮化，结果使金属丝中的合金元素烧损。到达工件时，每个颗粒外包着一层氧化膜和氮化膜，对涂层的性能有严重的影响。高温颗粒以高速撞击到工件表面时，被撞扁而贴在工件表面上。此时，颗粒与工件表面之间有如下连接过程：1/24/20249(1)机械粘合——工件表面通常都要进行粗糙加工（例如喷砂、拉毛等），表面上的不平凸起对涂层有一种钩锚作用，微粒既和工件金属又和后到的微粒产生机械结合而形成覆盖层。发生这种情况的前提是金属微粒达到工件表面时，其温度应很高，处于塑性状态。喷涂时微粒运动速度近似等于空气流的速度，且微粒从喷枪口飞到工件表面的时间很短（不超过0.003s），金属微粒不会剧烈地冷却。1/24/202410(2)吸附金属颗粒撞击到工件表面时，在两接触表面上，部分分子间距离极近，它们的相互吸引力能使颗粒吸附在工件表面上。且飞到工件表面的金属微粒，由于撞击变形，一些微粒表面的氧化膜可能破裂而裸露出纯金属，而会产生分子状直接接触。发生这种情况的前提是两表面没有油污、水汽等杂物。由此可知．金属喷涂层的连接，既有机械结合，又有分子结合，以机械结合为主。1/24/202411（二）喷涂层的结构和性能⑴喷涂层的结构金属喷涂层不是熔合的而是由大大小小的金属小颗粒在塑性状态下堆砌而成的，颗粒被撞击成鱼鳞状，颗粒堆砌成的喷徐层形成孔隙，具有多孔性。在其他条件相同的情况下，电弧喷涂层的孔隙约占喷徐层体积的15％～20%，等离子喷涂层的孔隙率约占5％～10%。喷涂距离增大，各种喷涂层的孔隙率都会增加；金属颗粒受热温度越高，喷射速度－越大，氧化程度越轻，喷涂层的孔隙率越低。整个喷涂层由金属颗粒、氧化物、氮化物和孔隙组成。

1/24/2024121/24/202413⑵喷涂层的性能①喷涂层硬度

喷涂层的硬度取决于喷涂材料和喷枪规范。一般为HB150～350左右。喷涂材料、喷射距离、压缩空气压力和喷涂层厚度对涂层硬度都有影响。

金属喷涂层的硬度高于所用的金属丝的硬度，这是因为金属微粒喷射到零件表面上后迅冷却而产生了淬火作用；后到的金属微粒撞击已经堆积的微粒时，产生了冷作硬化作用；喷层中夹杂着氧化物。1/24/202414②喷涂层的耐磨性喷涂层的多孔结构有利于在零件表面上保持一层油膜。因此，在正常的润滑条件下，喷涂过的轴颈和轴瓦的摩擦系数较小（约为0.008)。喷涂层的较高硬度和较好的适油性能，使涂层具有较好的耐磨性。但在干摩擦条件下，喷涂层的耐磨性则很差，会很快的磨损，所以那些在干摩擦条件下工作的零件，不应用金属喷涂法修复。1/24/202415③喷涂层对零件疲劳强度的影响喷涂层对零件的疲劳强度影响不大，但喷涂前零件的表面准备及涂层内存在的残余拉应力会对疲劳强度产生一定的影响。因此，在进行表面准备时，应注意选择对零件疲劳强度影响不大的表面粗糙方法。④喷涂层的机械强度喷涂层的非金属熔合型结构使其本身的机械强度较低，各种钢质喷除层的抗拉强度极限为150～250MPa（等离子涂层的强度最高）。由于涂层的机械强度较低，在零件磨合期或干摩擦情况下，涂层的金属易脱落。1/24/202416！结合强度取决于零件喷涂前的表面准备方法、喷涂方法和规范以及喷涂材料。⑶注意事项：①零件表面喷涂前的准备方法对涂层的结合强度有较大的影响，零件表面越粗糙，涂层与基哟结合强度越高。金属熔化温度越高，喷射速度越大，涂层与基体的结合强度越好。②压缩空气压力、喷射距离、压缩空气内含有油或水，金属丝上有油污和铁锈，以及送丝速度次，电喷涂的电压、电流选择不当，都会降低喷涂层与基体的结合强度。③金属喷涂层的作用，除了增加零件的尺寸和提高零件的耐磨性外，对提高零件的承载能力基本上不起作用。1/24/202417三、喷涂工艺喷涂或喷焊修复零件的工艺过程均可分为：表面准备、喷涂及喷涂后加工。（一）零件喷涂前的准备零件喷涂前的准备包括：表面除油及除锈，表面加工和表面粗糙以及键槽和油孔的处理等。喷前表面加工的目的是除去零件表面的变性层，消除不均匀的磨损，恢复零件正确的几何眯，并保证喷涂层有一定的厚度。一般加工量为0.5一1.0mm。常用的表面粗糙法有：喷砂、拉毛及车螺纹。1/24/202418表面准备工作完成后，最好立即喷涂。待喷时间越长，工件表面层产生的氧化层越厚；附空气中的水汽、灰尘越多，涂层的结合强度就越低。有资料表明，曲轴拉毛以后，停放2小喷涂，结合强度为11.9MPa，停放24h以后喷涂，结合强度降为9.2MPa.1/24/202419对不需喷涂的表面应设法保护，以防喷涂金属粘附。对较大表面可用薄铁皮包扎，对槽、油孔可用木塞、碳棒等堵塞，使堵塞块高出喷涂层度约1.5mm，以便喷完加工后进行清暇如图5-43及图5-44所示。1/24/202420（二）零件的喷涂零件喷涂规范是根据采用的喷涂设备、喷涂材料以及零件的结构尺寸等