讲座编读虹桥白文章编号：１６７１一０７ｌ１（２００８）０８—００６３—０３第一讲装备再制造技术（九）徐滨士（装甲兵工程学院，北京１０００７２）（５）电弧喷涂材料高速电弧喷涂丝材包括两类，一类是实心丝材，另一类是粉芯丝材。实心丝材经熔炼、拉拔等工艺生产，是目前采用的主要喷涂材料。粉芯丝材包括外皮和粉芯两部分，是由金属外皮内包装着不同类型的金属、合金粉末或陶瓷粉末构成的，因而同时具备丝材和粉末的优点，能够进行柔性加工制造，拓宽了涂层材料的成分范围，并可制造特殊的合金涂层和金属陶瓷复合材料涂层。④实心丝材实心丝材主要包括：有色金属丝材，如铝、锌、铜、钼、镍等金属及其合金；黑色金属丝材，如碳钢、不锈钢等。随着高速电弧喷涂技术的发展，丝材的品种也不断增加。复合丝、自粘接复合丝、巴氏合金丝、铝青铜丝、超低碳不锈钢丝等新的丝材不断出现。各种微量元素的加入，大大提高了涂层性能。下面是常用的材料及其主要用途。ａ．锌及锌合金。锌为银白色金属，在大气和水中具有良好的耐蚀性，而在酸、碱、盐中不耐腐蚀。当水中含有二氧化硫时，它的耐腐蚀性能也很差。在锌中加入铝可以提高喷涂层的耐蚀性能，因此目前也大量使用锌铝合金喷涂材料。锌喷涂层已广泛应用于室外露天的钢铁构件，如水门闸、桥梁、铁塔和容器等的常温腐蚀防护。ｂ．铝及铝合金。铝用于防腐蚀喷涂时，作用与锌相似。它与锌相比，密度小，价格低廉，在含有二氧化硫的气体中耐腐蚀效果比较好。铝还可以用作耐热喷涂层。铝在高温作用下，能在铁基体上扩散，与铁形成抗高温氧化的Ｆｅ—Ａｌ金属问化合物，从而提高了钢材的耐热性。目前，铝及铝合金喷涂层已广泛用于储水容器、硫磺气体包围的钢铁构件、食品储存器、燃烧室、船体、闸门等腐蚀防护。常用的铝合金丝材有铝稀土、铝镁、铝镁稀土等合金丝材。ｃ．铜及铜合金。纯铜主要用作电器开关和电子万方数据元件的导电喷涂层及塑像、工艺品、水泥等建筑表面的装饰喷涂层。黄铜喷涂层广泛应用于修复磨损和加工超差的零件，修补有铸造砂眼、气孔的黄铜铸件，也可以用作装饰喷涂层。铝青铜的结合强度高，抗海水腐蚀能力强，并具有很好的耐腐蚀疲劳性和耐磨性。主要用于修复水泵叶片、气闸阀门、活塞、轴瓦，也可用来修复青铜铸件及用作装饰喷涂层。ｄ．镍及镍合金。镍合金中用作喷涂材料的主要为镍铬合金。这类合金具有非常好的抗高温氧化性能，可在８８０℃高温下使用，是目前应用很广的热阻材料。它还可以耐水蒸气、二氧化碳、一氧化碳、氨、醋酸及碱等介质的腐蚀，因此镍铬合金被大量用作耐腐蚀及耐高温喷涂层。ｅ．钼。钼在喷涂中常作为粘结底层材料使用。还可以用作摩擦表面的减摩工作涂层，如活塞环、刹车片、铝合金汽缸等。ｆ．碳钢及低合金钢。碳钢和低合金钢是应用广泛的电弧喷涂材料。它具有强度较高、耐磨性好、来源广泛、价格低廉等特点。高速电弧喷涂一般采用高碳钢，以弥补碳元素的烧损。ｇ．不锈钢。不锈钢也是常用的电弧喷涂材料，如１Ｃｒｌ３、２Ｃｒｌ３、３ｃｒｌ３、４Ｃｒｌ３等。这类材料具有优良的耐蚀性和耐磨性，常用于轴类零件和柱塞等的修复。②粉芯丝材目前应用的粉芯丝材包括７ｃｒｌ３耐磨丝材、低碳马氏丝材、Ａｌ，Ａ１２０３、Ａｌ—ＳｉＣ粉芯防滑丝材、Ｆｅ—Ａｌ厂ＷＣ、Ｆｅ—Ａ胍ｒ３Ｃ２、ＦｅＣｒＡｌ厂ＷＣ等抗高温腐蚀冲蚀丝材及ｚｎ基合金防腐丝材等。常用粉芯丝材及其主要应用领域见表１２。（６）高速电弧喷涂层特征①涂层结合强度表１３列出了电弧喷涂Ａｌ和３ｃｒｌ３涂层的拉伸结合强度测量结果（丝材直径为咖２ｍｍ）。可见，高２００８年０８月Ｉ中国设备工程６３舀编读虹桥表１２常用粉芯丝材及应用领域丝材主要成分主要应用领域马氏体不锈钢组织．涂层硬度高．７Ｃｒｌ３耐ＦｅＣＣｒＭｎ磨丝材可用于造纸烘缸、压力柱塞、曲轴等零部件修复低碳马氏体组织．膨胀系数小．可低碳马氏体丝材ＦｅＣｒＮｉＭｏ以喷涂较厚涂层．具有较好的韧性和耐磨性．可以用作打底涂层奥氏体不奥氏体小锈钢组织．配合适当的封ＦｅＣｒＮｉ孔剂．涂层具有良好的耐晶间腐蚀与锈钢丝材点蚀性能铝基复合陶瓷涂层．具有较高的摩ＦＨ一１６防擦系数和良好的摩擦系数保持能力．滑丝材Ａ１／Ａ１２０３可用作防腐防滑耐磨涂层Ｆｅ—Ａｌ，ＷＣ可制备Ｆｅ—Ａｌ金属间化合物复合涂Ｆｅ—Ａｌ复Ｆｅ—Ａｌ／层．可应用于电厂燃煤锅炉管道等的合丝材ＣｂＣ２高温冲蚀磨损防护Ｚｎ基防腐ＺｎＡｌ用于海洋气候环境下舰船、港口设丝材ＺｎＡｌＭｇ备、海上石油平台等装备的腐蚀防护速电弧喷涂铝涂层的拉伸结合强度比普通电弧喷涂提高１１４％，高速电弧喷涂３ｃｒｌ３涂层的拉伸结合强度比传统电弧喷涂提高４３％。和普通电弧喷涂相比，高速电弧喷涂涂层的拉伸结合强度的提高与其颗粒尺寸小、飞行速度高、撞击金属基体的能量大、颗粒变形程度高、与基体的粗糙表面紧密结合效果好有关。特别是在喷涂铝时，除粒子速度对涂层一基体结合强度的影响外，铝与空气中的氧发生放热反应，提高熔融颗粒的温度，从而与基体界面发生局部“微焊合”现象有关。影响涂层拉伸结合强度的因素很多，除喷涂工艺参数有较大影响外，粒子飞行速度和基材表面喷砂预处理工艺对其有关键性的影响。表１３电弧喷涂层的结合强度ＭＰａ涂层喷涂方法表面预处理测量值平均值材料高速电弧Ａｌ喷棕刚玉砂３７．４３５．２３９．３２８．６３５喷涂普通电弧Ａｌ喷棕刚玉砂１６．０１７．４１４．３１７．９１７喷涂高速电弧喷涂３Ｃｒｌ３喷棕刚玉砂４３．４４２．８４１．２４３冬４３普通电弧３Ｃｒｌ３喷棕刚玉砂２８．９２９．８２７．７２６．４２８喷涂高速电弧喷涂的粒子平均飞行速度比传统电弧喷涂提高了３４％～５６％（１００。２５０ｍｍ的喷涂距离６４中国设备工程ｌ２００８年０８月万方数据讲座内），粒子撞击基体表面的动能增加，瞬时与基体接触撞击到凝固，形成经剧烈冷作硬化的波浪形扁平粒子，无数的扁平粒子相互嵌合重叠形成高度致密的涂层，这大大增加了涂层与基体间以及层与层之间的结合强度。另外，熔融粒子的高速撞击也容易使其表面氧化膜破裂和飞溅，显著增加了金属颗粒无氧化表面与洁净基体表面的接触几率，这说明粒子飞行速度的提高对提高结合强度十分有益。喷砂处理工艺和沙粒的种类、形状、粒度对结合强度也有较大影响。在电弧喷涂工艺一定的情况下，经用易碎、低密度的铜矿渣粗化处理表面的３Ｃｒｌ３涂层的结合强度比经棕刚玉粗化处理基体的喷涂层结合强度降低了５０％以上。因此，喷涂工程中正确选择沙粒种类对获得高结合强度涂层具有重要影响。另外，喷砂时间不宜过长，一般为ｌ一２ｍｉｎ，时间过长会使基体表面过度冷作硬化，也会导致涂层结合强度的降低。喷砂角度６０。。８０。为宜，沙粒选择多角状、粒度（１６～２４）目、抗破碎能力强的棕刚玉为宜。高速电弧喷涂层与基体的结合是以机械结合为主，伴随着微量的冶金、扩散结合。②涂层硬度电弧喷涂铝涂层的显微硬度测量结果见表１４（丝材直径为西２ｍｍ）。可见，在相同的电弧喷涂工艺条件下，高速电弧喷涂铝涂层显微硬度高于普通电弧喷涂，约提高了２５％。由于铝涂层硬度取决于铝颗粒的冷作硬化程度和氧化物含量多少，而且氧化物含量的增加对涂层硬度的贡献更大，高速电弧喷涂铝颗粒平均尺寸减小，约为传统电弧喷涂的ｌ／３，而其总表面积却比普通电弧喷涂提高２倍，加剧了颗粒氧化，铝涂层氧化物含量有所增加，因而硬度有所提高，在不影响铝涂层的耐腐蚀能力的同时，提高了铝涂层的抗机械摩擦能力。表１４铝涂层的显微硬度喷涂方法显激硬度／ＨＶｎ５平均值高速电弧喷涂６９６５７１７０７ｌ６６７０７１７７７５７０７０普通电弧喷涂５６５４５４５０６２４９６５５４４９６５５６５６高速电弧喷涂３Ｃｒｌ３不锈钢涂层的显微硬度与喷涂距离和喷涂电流的关系曲线如图３７、图３８所示。在相同的喷涂距离和喷涂电流条件下，高速电弧喷涂３Ｃｒｌ３涂层的显微硬度均高于传统电弧喷涂层的硬度。随喷涂距离的增加，高速电弧喷涂层的万方数据第一讲装备再制造技术(九)
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徐滨士
装甲兵工程学院,北京,100072中国设备工程
CHINA PLANT ENGINEERING2008，(8)0次
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