汽车铸铁发动机的选材及加工工艺设计000

专业课程设计书设计题目：汽车铸铁发动机的选材及加工工艺设计学院〔系〕专业班级学号姓名指导老师年月摘要汽车发动机是将某一种形式的能量转化为机械能，为汽车提供动力的机器，其作用是将液体或气体燃料燃烧产生的化学能转化成为热能，再把热能通过膨胀转化为机械能并对外输出动力。其作为汽车动力驱动的关键部件，对发动机的研究设计具有重大的科研教学意义，应当给予高度的重视和研究。因此对汽车铸铁发动机重要部件进行材料选择以及工艺的设计，选择了HT-250灰铸铁作为气缸体材料；HT-300灰铸铁作为气缸盖材料；珠光体型可锻铸铁作曲柄机构材料；铸态球墨铸铁连杆机构的材料；QT700-2球墨铸铁作凸轮轴材料；电弧喷涂技术为外表处理工艺，并对发动机各个部件设计了加工工艺，最后对发动机的装配工艺进行了设计。使铸铁发动机获得高强度、高刚度、高硬度、高耐磨性等适用于发动机工作环境的特性。关键词：汽车发动机灰铸铁球墨铸铁气缸体气缸盖目录TOC\o"1-4"\h\z\u摘要-1-目录-2-第1章绪论-4-1.1汽车发动机构造-4-1.1.1汽车发动机气缸体-5-1.1.1.1气缸体结构-5-1.1.1.2气缸体工作环境及要求-5-1.1.1.3气缸体失效形式-5-1.1.2汽车发动机气缸盖-6-1.1.2.1气缸盖结构-6-1.1.2.2气缸盖工作环境及要求-6-1.1.2.3气缸盖失效形式-7-1.1.3汽车发动机曲柄连杆机构-7-1.1.3.1曲柄连杆机构-7-1.1.3.2曲柄连杆机构要求-7-1.1.3.3曲柄连杆机构失效形式-7-1.1.4汽车发动机凸轮轴-7-1.1.4.1汽车发动机凸轮轴工作环境及要求-8-1.1.4.2凸轮轴的失效形式-8-1.1.5发动机铸铁材料选择原那么-8-1.3发动机常用铸铁材料-9-1.2.1灰铸铁-9-1.2.2球墨铸铁-9-1.2.3钢及合金钢-9-1.3本课程设计内容-9-第2章汽车铸铁发动机的材料选择及工艺设计-11-2.1汽车铸铁发动机材料的选择-11-2.1.1气缸体材料的选择-11-2.1.2气缸盖材料的选择-11-2.1.3曲柄连杆机构材料的选择-12-2.1.4凸轮轴材料的选择-12-2.2汽车铸铁发动机的加工方法-13-2.2.1气缸体加工工艺-13-2.2.2气缸盖加工工艺-13-2.2.3曲柄连杆机构加工工艺-13-2.2.4凸轮轴加工工艺-14-2.2.5发动机装配工艺流程-14-2.3汽车铸铁发动机涂层材料的选择-14-2.3.1涂层材料的选择-14-2.3.2喷涂方法及工艺的选择-15-2.2.2.1超音速电弧喷涂技术-15-2.2.2.2喷涂工艺的选择-16-2.4汽车发动机材料质量检验工程-17-2.4.1铸件的组织形貌观察-17-2.4.2硬度检验-18-2.4.3磨粒磨损检验-18-第3章结论-20-参考文献-21-第1章绪论1.1汽车发动机构造汽车发动机是将某一种形式的能量转化为机械能，为汽车提供动力的机器，其作用是将液体或气体燃料燃烧产生的化学能转化成为热能，再把热能通过膨胀转化为机械能并对外输出动力。发动机是一部由血多结构和系统组成的复杂机器，气结构型式多种多样，但根本工作原理相同，因此其根本结构都大同小异。汽车发动机通常由气缸体、气缸盖、曲柄连杆机构、配气系统机构组成〔不包括点火系〕。发动机各个零件的制造质量直接影响到发动机的性能水平和可靠性，因此加工质量要求很高，对各零件的加工工艺与设备要求也很高，同时生产方式确实定也直接影响到零件加工工艺的设计，汽车生产往往是大批量生产方式，因此工艺设计时大局部都是流水线方式。发动机一般主要加工缸体、缸盖、曲轴、凸轮轴、连杆等几个关键零件常见发动机的总体结构如图1-1所示。图1-1发动机结构示意图1.1.1汽车发动机气缸体汽车汽缸体是发动机的主题，它将各个气缸和曲轴箱以及供油系统、配气系统、冷却机构等连成一体，是安装活塞、曲轴以及其他零件和附件的支撑骨架。发动机气缸体结构示意图如图1-2所示。图1-2发动机气缸体1.1.1.1气缸体结构汽缸体的结构是一个近似六面体的箱式结构，薄壁，加工面及孔系较多，属于典型的箱体内零件，主要加工有有缸孔、主轴承孔、凸轮轴孔等，有润滑油道、冷却水道、安装螺孔等多种孔系，有多种联结、密封用凸台和小平面，它们的加工精度直接影响发动机的装配精度和工作性能，同时，为提高机体刚度和强度，还分布有许多加强筋。1.1.1.2气缸体工作环境及要求发动机缸体通常工作在高温、高载荷、磨损剧烈的条件下，承受较大的压力，受力复杂，同时工作在汽油的沉浸下，工作环境潮湿。缸体的使用性能要求：缸体的工作条件决定了缸体必须具有高强度、高刚度、高硬度、高耐磨性以及良好的散热性，同时要有很好的密封性、防漏性、减振性等。1.1.1.3气缸体失效形式基于汽车发动机缸体的工作环境，发动机运行时施加在发动机缸体外表上的载荷主要是沿两个摩擦副之间的滑动摩擦力，在该摩擦力的反复作用下，气缸体失效可归因于：〔1〕在高压高应力的工作条件下活塞与缸体内外表会产生较大的摩擦力；〔2〕由于材料导热性较差使得热量传递不均导致缸体出现裂纹。1.1.2汽车发动机气缸盖缸盖的作用是密封气缸，与活塞共同形成燃烧空间，并承受高温高压燃气的作用。气缸盖承受气体力和紧固气缸螺栓所造成的机械负荷，同时还由于与高温燃气接触而承受很高的热负荷。为了保证气缸的良好密封，气缸盖既不能损坏，也不能变形。为此，气缸盖应具有足够的强度和刚度。发动机气缸盖如图1-3所示。图1-3发动机气缸盖1.1.2.1气缸盖结构气缸盖形状一般为六面体，系多孔薄壁件，其上有气门座孔、气门导管孔、各种光孔及螺纹孔、凸轮轴孔等。1.1.2.2气缸盖工作环境及要求由于气缸盖在发动机做功过程中需承受燃气爆发力及螺栓紧固力所产生的热应力和机械应力，所以要求缸盖本体有足够的强度、刚性及耐热性，以保证在气缸体的压力和热应力的作用下能可靠地工作。它与气缸垫的结合面应具有良好的密封性，其内部的进排气通道应使气体通过时流动阻力最小，还应冷却可靠，并保证安装在其上的零件能可靠地工作。1.1.2.3气缸盖失效形式气缸盖再工作过程中，由于排气一侧的温度高于进气一侧的温度。两个气缸相邻的中间位置受到相邻两个气缸的排气影响，受热多，排热困难，工作温度最高。因此，气缸盖工作时，在气缸内活塞向上运动的过程中，气缸上方区域受压缩气体向上的压力作用，最后气缸盖中间位置产生与应力方向一致的宏观凹陷变形ADDINNE.Ref.{6E33CC09-8472-4301-9403-82ECA0ED66D2}[2]。且当冷却水质不良、冷却水通道不畅时，气缸盖变形加剧。气缸盖安装螺栓外侧区域材料临近部位产生外侧凸起变形；同样排气一侧的螺栓孔微观上有胀大的趋势，螺栓预紧力减小。1.1.3汽车发动机曲柄连杆机构发动机中曲柄连杆机构是内燃机实现工作循环，完成能量转换的传动机构，用来传递力和改变运动方式。工作中，曲柄连杆机构在作功行程中把活塞的往复运动转变成曲轴的旋转运动，对外输出动力，而在其他三个行程中，即进气、压缩、排气行程中又把曲轴的旋转运动转变成活塞的往复直线运动。总的来说曲柄连杆机构是发动机借以产生并传递动力的机构。通过它把燃料燃烧后发出的热能转变为机械能。1.1.3.1曲柄连杆机构曲柄连杆机构〔cranktrain〕是发动机的主要运动机构。其功用是将活塞的往复运动转变为曲轴的旋转运动，同时将作用于活塞上的力转变为曲轴对外输出的转矩，以驱动汽车车轮转动。曲柄连杆机构由活塞组、连杆组和曲轴、飞轮组等零部件组成。1.1.3.2曲柄连杆机构要求曲轴是发动机中的重要零件，由于曲轴具有结构复杂、刚性差、技术要求高的特性，因此加工工艺难度大，而其加工质量又直接影响到发动机的技术性能和寿命，且曲轴属细长杆件零件，在加工中极易产生变形。要求曲柄连杆机构具有耐高压、耐高温和耐腐蚀的性能。〔汽车发动机曲柄连杆机构的结构最优化设计〕1.1.3.3曲柄连杆机构失效形式由于曲柄连杆机构在高压高温与腐蚀环境中工作，以及在周期性的载荷的作用下，极容易出现裂纹破坏的现象，在交变应力的作用下，会使曲柄连杆机构发生弯扭变形，发生疲劳断裂与腐蚀断裂。ADDINNE.Ref.{BDC1146C-CFB9-488A-9116-AF1C45CEE84B}[3]1.1.4汽车发动机凸轮轴凸轮轴是发动机中配气机构中的重要部件，在发动机工作循环中，它合理地控制进排气门的开启、关闭时间和开合量，使经过压缩的燃油混合气充分燃烧，推动活塞运动做功，然后将废气排出燃烧室，因此它影响着发动机的动力性、经济性和排放。ADDINNE.Ref.{BDC1146C-CFB9-488A-9116-AF1C45CEE84B}[17]凸轮轴结构如图1-4所示。图1-4凸轮轴1.1.4.1汽车发动机凸轮轴工作环境及要求凸轮轴属于细长轴类零件，刚性差、易变形，要准确控制发动机的进排气门定时开启和关闭，凸轮应具有很高的轮廓精度、相位角度要求和良好的耐磨性能及整体刚性。1.1.4.2凸轮轴的失效形式由于凸轮轴在高温高压腐蚀环境以及交变接触应力和剪切应力的作用下工作，因此极易再工作外表产生裂纹，裂纹沿着工作外表倾斜方向扩展到一定深度后又向工作外表延伸，形成小片而脱落，造成点蚀和磨粒磨损。而当凸轮轴接触处相对滑动速度较高时，工作外表温度增高，使接触外表不平整的峰顶材料产生塑性变形，并导致凸轮副材料产生粘焊现象，并因相对滑动使粘焊处被撕脱，在工作外表沿滑动方向形成沟痕，造成胶合ADDINNE.Ref.{BDC1146C-CFB9-488A-9116-AF1C45CEE84B}[7]。在高温、腐蚀的环境中，其工作外表与周围介质发生化学反响或电化学反响是表层涂料和表层材料变质脱落，造成腐蚀磨损。1.1.5发动机铸铁材料选择原那么根据发动机各个部件服役条件要求以及失效形式，发动机部件需要具备高强度、高硬度、高耐磨损性、好的耐热性以及好的耐蚀性能。因此各部件的材料必须选择适合该部件服役条件的要求，并尽量防止材料短时间内发生失效。1.2发动机常用铸铁材料发动机应用铸铁材料应具有足够的强度、良好的浇铸性和切削性，且价格要低，因此常用的材料是铸铁或合金铸铁。铸铁材料具有很好的切削加工性能与良好的强度与减震性及耐磨性，可以满足发动机材料需要的高强度、高刚度、高硬度、高耐磨性等适用于发动机工作环境的特性。1.2.1灰铸铁目前最常用的活塞环材料仍以灰铸铁为主。为改变其物理化学和机械性能，常在灰铸铁中参加少量的Cu、Cr、Mn等合金元素。灰铸铁活塞环的金相组织应以细片状或索氏体的珠光体为基体，使环有足够的机械强度。同时，由于石墨本身为润滑材料，能吸附润滑油，减少摩擦磨损，因此石墨应分布均匀，呈直线状、螺旋薄片状或团絮状，以有利于润滑。使得发动机件具有良好的铸造性能、良好的减振性、良好的耐磨性能、良好的切削加工性能、低的缺口敏感性。1.2.2球墨铸铁球墨铸铁是一种高强度铸铁材料，其综合性能接近于钢，具有高的强度、塑性、韧性、耐磨性、耐热和机械冲击、耐高温或低温、耐腐蚀以及尺寸稳定性等。珠光体型球墨铸铁，具有中高等强度、中等韧性和塑性，综合性能较高，耐磨性和减振性良好，铸造工艺性能良好等特点。能通过各种热处理改变其性能。主要用于各种动力机械曲轴、凸轮轴、连接轴、连杆、齿轮、离合器片、液压缸体等零部件。1.2.3钢及合金钢传统上，曲柄材料连杆材料为45号钢或40Cr合金钢，经铸造或锻制而成，采用调质热处理，为提高抗疲劳强度，外表还需经喷丸处理。但由于机加工工序复杂，所费工时较多。因此，非调质化钢材料以工艺简化、工具寿命延长、本钱低，已经得到普及。其疲劳强度优于或大于45号调质碳钢连杆，而且由于非调质钢组织均匀，1.3本课程设计内容与汽车其他零件相比，发动机零件的服役条件很恶劣，疲劳、磨损、高温、腐蚀、振动等时时威胁着发动机零件的使用寿命。因此，发动机零件所用的材料要比其他零件往往要好得多。随着汽车工业的迅速开展，对发动机的要求越来越高。影响发动机性能的关键因素又取决于结构的设计，材料的选择和制造技术。其中材料的选取又是重中之重。材料的型号繁多、品种各异，每一种材料都有其不同的具体化学成分和各种性能，而且材料的结构、性能还随制备方式与处理工艺而变。因此，本设计选择铸铁作为汽车发动机的材料，并对其加工工艺进行针对性设计。第2章汽车铸铁发动机的材料选择及工艺设计2.1汽车铸铁发动机材料的选择2.1.1气缸体材料的选择根据气缸体的工作特性，缸体的工作条件决定了缸体必须具有高强度、高刚度、高硬度、高耐磨性以及良好的散热性，同时要有很好的密封性、防漏性、减振性。因此本次设计方案拟选用HT-250灰铸铁作为气缸体材料，HT-250具有足够的强度、刚性及耐热性以及耐磨性，以保证在气缸体的压力和热应力的作用下能可靠地工作，并且要求满足气缸体要求高强度与高耐磨性的条件。HT-250材料化学成分如表2-1所示。表2-1HT-250化学成分〔质量分数%〕CSiMnSPFeHT-2503.201.850.970.0960.150剩余2.1.2气缸盖材料的选择由于气缸盖在发动机做功过程中需承受燃气爆发力及螺栓紧固力所产生的热应力和机械应力，所以要求缸盖本体有足够的强度、刚性及耐热性，以保证在气缸体的压力和热应力的作用下能可靠地工作的要求。根据气缸盖的工作特性，要求缸盖本体有足够的强度、刚性及耐热性，以保证在气缸体的压力和热应力的作用下能可靠地工作，并且要求满足气缸盖简便质轻的条件。因此本次设计方案拟选用HT-300灰铸铁。设计理由：相对于HT-250灰铸铁，HT-300具有更高的强度硬度与耐热耐磨性，更适合气缸盖材料的选择使用。选择HT-300灰铸铁作为气缸盖材料可以满足气缸盖要求足够的强度、刚性及耐热性的性能以及气缸盖的工作环境要求。HT-300灰铸铁材料化学成分如表2-2所示。表2-2HT-300灰铸铁化学成分〔质量分数%〕CSiMnSPFeHT-3003.501.651.100.0860.120剩余2.1.3曲柄连杆机构材料的选择由于曲柄连杆机构结构复杂，加工中极易产生变形。因此要求曲柄连杆机构具有耐高压、耐高温和耐腐蚀的性能。因此本次设计方案拟选用珠光体型可锻铸铁作为曲柄机构所使用材料；铸态球墨铸铁作为连杆机构所使用的材料。设计理由：目前最适合于制造曲柄与连杆的铸铁分别是珠光体型可锻铸铁和铸态球墨铸铁，这两种铸铁都具有较好的机械性能和良好的加工性能以及较高的疲劳性能。ADDINNE.Ref.{BDC1146C-CFB9-488A-9116-AF1C45CEE84B}[9]特别的，珠光体型可锻铸铁具有更好的耐磨性，因此选作曲柄机构使用材料；铸态球墨铸铁具有更好的塑性与机械加工性能与更高的硬度，因此选作为连杆机构所使用的材料，以满足曲柄连杆机构工作环境条件的要求。珠光体型可锻铸铁和铸态球墨铸铁的化学成分如表2-3所示。表2-3选作实验铸铁化学成分(质量分数,%)2.1.4凸轮轴材料的选择基于凸轮轴的工作条件，对凸轮轴有着一定的材料要求，在工作中凸轮轴要承受周期性的冲击载荷，而在材料的选择上，应该具有较强的耐磨性和润滑性的材料。ADDINNE.Ref.{BDC1146C-CFB9-488A-9116-AF1C45CEE84B}[8]设计理由：基于这一目的可以选用优质的合金钢，同时选择适当的热处理方式如中频淬火提高材料的耐磨性和强度，进一步提高机械加工的有效性。但是在进行改良的过程中应该保证凸轮有足够的硬度和相当深的白口层，这就导致在进行凸轮轴的加工中，应该减少轴颈中存在的碳化物，从而提高凸轮的正常使用。对于汽油机曲轴和小型柴油机曲轴，由于功率较小，曲轴毛坯一般采用球墨铸铁和优质碳素钢，常用材料有：QT700-2、45钢。因此本次设计方案拟选用QT700-2球墨铸铁作为本次设计凸轮轴使用材料。2.2汽车铸铁发动机的加工方法2.2.1气缸体加工工艺汽缸体的结构是一个近似六面体的箱式结构，薄壁，加工面及孔系较多，属于典型的箱体内零件，主要加工有有缸孔、主轴承孔、凸轮轴孔等，有润滑油道、冷却水道、安装螺孔等多种孔系，有多种联结、密封用凸台和小平面基于本次设计复合材料在制造本钱和工艺方面的不完善使得其在汽车的实际生产中的应用有限制，汽车气缸体的加工工艺流程可如此设计：加工过渡基准→粗加工顶平面、底面、对口面→精加工底面→粗加工两销孔→精加工前后端面→第一次镗缸孔→铣两侧面→各个深孔加工→第二次镗孔→主孔精加工→精铣顶平面→装配成型2.2.2气缸盖加工工艺发动机气缸盖一般与气缸体的加工工艺大致相同，需要注意的是发动机缸盖上有凸轮轴孔，有的采用双凸轮轴，由于本次设计使用的材料为HT-300灰铸铁，机械加工性能较好，因此精镗缸盖凸轮轴孔时，对夹紧力进行控制，使夹紧力与缸盖装配到缸体上的螺栓紧固力相同即可，可以保证气缸盖加工后的精度。气缸盖机加工的最大难点是气门座锥面及导管孔的精加工。气缸盖加工工艺流程如下：加工过渡基准→粗加工顶平面、底面、对口面→粗加工凸轮轴孔→第一次镗缸孔→铣两侧面→各个深孔加工→第二次镗孔→主孔精加工→精铣顶平面→装配成型2.2.3曲柄连杆机构加工工艺由于曲轴具有结构复杂、刚性差、技术要求高的特性，因此加工工艺难度大，而其加工质量又直接影响到发动机的技术性能和寿命，且曲轴属细长杆件零件，在加工中极易产生变形。因此，对配合精度要求待别高的部位，如连杆小头衬套孔，需进行尺寸分组；应遵循基准统一原那么，尽量防止基准的更换，以减少定位误差，加工工艺如下：大小头两端面加工→端面磨削加工→钻、精镗小头孔→粗镗大头孔半圆并双面倒角→切开连杆及盖→半精镗→精镗→成型装配2.2.4凸轮轴加工工艺凸轮轴属于细长轴类零件，刚性差、易变形，要准确控制发动机的进排气门定时开启和关闭，凸轮应具有很高的轮廓精度、相位角度要求和良好的耐磨性能及整体刚性。因此，其轴颈和凸轮的加工成为整个凸轮轴加工工艺的重点，其加工多以车削、铣削和磨削工艺及外表强化〔淬火、喷丸、氮化〕等辅助工艺相结合。综上本次设计中凸轮轴主轴颈的加工常采用车削→热处理→磨削→抛光的加工工艺；凸轮工艺流程采用粗磨→淬火→半精磨→精磨→抛光→装配的加工工艺。2.2.5发动机装配工艺流程对发动机各个铸件局部加工完成后，那么进行发动机装配工艺设计。发动机装配工艺流程如图2-2所示。图2-2发动机装配工艺流程2.3汽车铸铁发动机涂层材料的选择2.3.1涂层材料的选择根据发动机的工作特性，发动机的工作条件决定了发动机材料必须具有高强度、高刚度、高硬度、高耐磨性以及良好的散热性，同时要有很好的密封性、防漏性、减振性。基于发动机工作特性的要求，喷涂时所选用的喷涂材料要满足以下两个条件，第一个条件是喷涂形成的涂层强度要高、硬度、韧性和耐磨性能要好，要能够到达汽车所用钢材的力学性能指标;第二个条件是喷涂所形成的孔隙要具有一定的储油能力和减摩特性，保证涂层的摩擦学特性ADDINNE.Ref.{BDC1146C-CFB9-488A-9116-AF1C45CEE84B}[10]。本次设计中，拟采用一局部高强钢丝65Mn.选择理由：65Mn能实现马氏体的转变，试样中涂层的硬度和得到的马氏体组织的数量呈正相关关系，马氏体组织数量越多，硬度就会越高，进而耐磨擦性能会越优越。另外在油液浸润条件下，因为涂层中有很多孔隙存在，在摩擦磨损过程中对油液有存储作用，故低碳钢涂层具有一定的减摩性能ADDINNE.Ref.{BDC1146C-CFB9-488A-9116-AF1C45CEE84B}[11]。因此喷涂所用涂层材料，选用直径均为2mm的丝材进行喷涂。采用FeCrAl类自结合性很高的打底丝材预先进行喷涂，这样做使得基体与涂层的结合力进一步提高，各铁基材料及FeCrAl的化学成分如表2-3所示表2-3选作实验喷涂材料化学成分(质量分数,%)材料CSiMnCrNiAlMoPS65Mn0.640.31.13≤0.25≤0.25--≤0.035≤0.035FeCrAl0.0350.550.1324.310.16--0.00150.0252.3.2喷涂方法及工艺的选择基于电弧喷涂技术能够制备具有结合强度高、孔隙率低、外表粗糙度低、耐磨、耐腐蚀等性能的涂层；电弧喷涂技术的能量利用率高，并且对工件的热影响小，防止了工件在喷涂过程中的变形，可获得结合强度较高的涂层；电弧喷涂技术工艺灵活，平安度高，生产效率高，本钱低，设备简单，投资少等优势。因此本次设计拟采用超音速电弧喷涂技术。2.2.2.1超音速电弧喷涂技术电弧喷涂原理是利用两根连续送进的金属丝作为自耗电极，在其端部产生电弧作为热源，用压缩空气将熔化了的丝材雾化，并以超音速喷向工作件形成一种结合强度高、孔隙率低、外表粗糙度低的涂层的热喷涂方法。其工作原理与普通电弧喷涂〔亚音速雾化〕一样，超音速电弧喷涂是一个不断连续进行的熔化－雾化－沉积的过程。但在雾化方式上，超音速电弧喷涂与普通电弧喷涂有根本的区别，即超音速电弧喷涂是采用超音速雾化。其优点是：雾化效果好，雾化后的粒子细小均匀，速度高，有利于获得高质量的涂层。超音速电弧喷涂采用拉伐尔喷嘴，将气流的速度从亚音速提高到超音速，加强了气流对粒子的加速效果，从而提高了粒子速度。粒子速度对涂层的性能有很大的影响。粒子速度高，粒子沉积时对基体的撞击作用就强，粒子变形就充分。有利于粒子与基体、粒子与粒子之间的结合，从而提高涂层的结合强度和内聚强度；粒子速度高，粒子沉积前在空气中的飞行时间短，飞行中产生的氧化物就少，有利于粒子的结合，从而提高涂层的内聚强度，降低涂层的孔隙率。粒子速度越高，越有利于获得高质量的涂层。随着热喷涂设备的更新换代，粒子速度在不断提高，涂层的质量也不断得到改善。ADDINNE.Ref.{BDC1146C-CFB9-488A-9116-AF1C45CEE84B}[12]超音速雾化减小了粒子的粒度，降低了涂层的粗糙度。粗糙度是涂层的一项重要性能指标，它取决于雾化后粒子的粒度。超音速雾化加强了气流对丝材端部熔化金属间的作用，雾化的粒子细小均匀，大大降低了涂层的粗糙度。同时，粒子粒度的减小，也降低了粒子扁平化过程中的飞溅，有利于降低涂层的孔隙率。设备如图2-1所示。图2-1电弧喷涂设备〔a)空气压缩机〔b)超音速电弧喷涂2.2.2.2喷涂工艺的选择喷涂工艺参数在制备涂层过程中显得尤其重要，它对涂层的性能将产生很大得变化。其主要参数如下几点:〔1〕喷涂气流压力丝材在熔化后，实现喷涂需要借助气体流力将熔融颗粒沉积到基材外表。因此，抗氧化程度的大小、喷射速度的快慢与雾化空气压力有一定的关系。在制备涂层时，材料本身的熔点上下是决定空气压力大小的一个重要因素ADDINNE.Ref.{0831BB98-8990-42FC-8EF3-795CADD50E76}[4]。倘假设空气压力很低时，会使熔融粒子在大气中停留的时间变长，这将导致其结晶凝固的速率变快。当喷射速率不是很大时，诸如组织不致密，颗粒尺寸较大，过多的氧化物等，将会导致基材涂层的质量。〔2〕喷涂距离喷涂距离对喷涂影响很大，它关乎到最终涂层的质量好坏。当喷涂距离过大时，熔滴在大气中暴露的时间越长，造成易氧化、多孔隙、氧化物含量过高等缺陷ADDINNE.Ref.{BDC1146C-CFB9-488A-9116-AF1C45CEE84B}[13]。如果喷涂距离过小，基体温度会发生很大变化，温度升高使还未充分凝固颗粒就被新熔融颗粒所覆盖，从而导致涂层不均匀变形。通常条件下，喷涂距离应控制在180mm左右较好。综上喷涂工艺主要包括两局部：外表预处理和喷涂。本次设计拟先采用石英砂进行预处理，以除去管件外表的氧化物，使待喷涂的外表变得光洁，提高涂层的结合强度。涂层厚度为0.3-0.5mm，喷涂距离为180mm，喷涂角度90°，喷涂气流压力选择为0.45GPa，送丝电压为28V，移动速度为15m/s。喷涂后处理主要是封孔处理，即将涂层微孔封死，以防有害气体侵入涂层与基体界面，采用其新技术，以其协同效应，增强涂层整体的结合性，有效延长涂层使用期限。涂层封闭或涂装，可采用手工涂刷、滚刷、气喷涂等方法：封闭：对金属涂层进行封孔，其目的是