热喷涂工艺
出处：按学科分类—工业技术 河南科学技术出版社《焊接技术手册》第502页（3504字）
包括表面制备、预热、喷涂及喷后处理等工序。
1．工件表面制备
热喷涂需要一个粗糙、清洁，并与喷涂层结合力强的完整表面。工件表面是否合乎要求，是能否获得良好喷涂层的关键因素，因此必须认真准备。
(1)表面预加工：车、磨加工，制造新产品时，预加工留量建议为0．1～0．25mm。若基材强度较低，而涂层又承受较大的局部压力时，应增大预加工量。旧件修复时，建议预加工到最大磨损量以下0．1～0．20mm。另外应保证工件边、角、变断面处的平滑过渡，以防由于断面变化较大，产生内应力造成喷涂层剥落。
(2)表面粗化处理：粗糙的表面能增强基材与喷涂层的结合力。粗化的常用方法有喷砂和机加工等。喷砂可使粗糙度达到RZ3．2～12．5。对于某些薄壁件要求RZ1．60，在塑料基体上喷涂低熔点金属时基体要求粗糙度RZ1．60。材料硬度大小不同，使用的砂子不同。HRC50左右的材料用冷硬铸铁砂，HRC40左右的材料用刚玉砂(Al2O3)，HRC30左右用石英砂(SiO2)。喷砂后需用压缩空气吹净残留砂粒。喷砂处理过的工件应尽快进行喷涂，以免重新污染和氧化。粗糙度是否达到了要求可用仪表测量，但大多数情况还是凭经验观测。即在强光下，从各个不同角度观察，均无反射亮斑即算合格。
机加工粗化包括：车细螺纹、磨削、滚花等。机加工粗化，往往与喷砂或喷涂结合底层的方法联合使用。
(3)喷涂结合底层：为提高喷涂层的结合强度，先喷一层易与基材结合的过渡材料，如钼、镍铬复合材料、镍铝复合材料等。如果基材厚度太小，不易喷砂时，为提高喷涂层结合强度，可以先喷涂结合底层，结合底层不宜太厚，一般控制在0．10～0．15mm。
(4)表面清洗：为去除油污，露出清洁、光亮的金属表面，清洗方法有：
1)热碱溶液清洗：用氢氧化钠、磷酸三钠、碳酸钠等热溶液，浸泡、冲洗工件，露出金属光泽后，再用清水冲洗，也可以用金属洗净剂进行清洗。这种方法费用低，效果较好。
2)用有机溶剂清洗：用丙酮、三氯乙烷、三氯乙稀等冲洗工件。有机溶剂略有毒性，使用时注意安全和通风。
3)渗油多孔件的清洗：如长期浸在油中的铸铁件，应加热300℃，保温3～5h，使油脂全部渗出，擦净后再清洗，才能达到彻底清洗的目的。若铸件不能承受300℃以上加热时，如大型铸铁机床导轨，加热300℃以上会引起组织变化和导轨变形，这时可以低温100℃左右反复加热多次，直到没有油污浸出或加热不再有青烟时，擦净后再作表面清洗。
2．预热
预热的目的有两个，其一是清除工件吸附的水分，其二是使工件热胀，降低喷涂层冷却时产生的拉应力数值。预热温度为80～120℃。预热时加热应缓慢、均匀，防止局部过热。预热的方式有：炉中预热及氧－乙炔预热。氧－乙炔预热火焰用中性焰或碳化焰。
3．喷涂施工注意事项
(1)喷枪与工件的相对位置要正确：喷枪与工件要保持一定距离。距离范围见表9－46。喷枪角度，应使射流轴线与工件表面之间夹角大于45°。
表9－46 不同热喷涂方法的喷涂距离
(2)喷涂层厚度：每层喷涂厚度不得超过0．15mm。总的喷涂层厚度不得超过1～1．5mm。要分层逐步加厚喷涂层，否则将降低喷涂层的结合强度。
(3)工件表面温度监视：为减小热应力、减小变形和涂层开裂，要保持工件喷涂表面温度不超过150℃。为此在许多情况下，采取气流冷却。若发现温度高于150℃时，应停止喷涂，待温度下降到150℃以下时再继续操作。
(4)火焰喷涂时，用中性焰或弱碳化焰，送粉量一般选在20～30g／min范围内。
4．等离子喷涂参数选择
(1)电功率与送粉量的最佳配合：为获得结合强度高、耐磨性好的喷涂层及最高的沉积率，需要电功率与送粉量最佳配合。在选定了离子气种类、流量、电弧电压之后，改变电流即调节了电功率。所需电功率取决于粉末的熔点、粒度及送粉量。喷层重量g2与送粉量g1之比即是沉积率n。n=g2／g1×100%。
(2)离子气：喷涂离子气有氮气和氩气，二者比较，氩气用得较多，氩气的电离电位低，易于引弧和稳弧，气体密度高，有利于加速喷涂粒子。气体性能稳定，高温时不与粉末发生有害反应，形成的喷涂层致密度高、夹杂物少。但氩气焓值低、价格高。在氮、氩离子气中加入少量的氢，可以提高电弧电压，在同样电流情况下使电功率增加。氢量过多电极烧损加速，一般氢的加入量为5%～10%。
(3)送粉气体：类型与离子气相同，流量为离子气的
，一般在15～18L／min范围内。
(4)送粉量及粒度要求：对于金属类堆焊材料，送粉量在80～140g／miin范围内，它取决于电功率、喷嘴结构、粉末粒度、熔点等物理性能。常用的喷涂粉末粒度在120～300目之间。希望粒度均匀一致，粒度越均匀越容易获得均匀一致的喷涂层。
5．喷涂后的处理
(1)封孔处理：由于喷涂层是堆叠的，具有多孔性，对于密封件、防腐蚀件喷涂层，必须进行封孔处理，即喷后选择合适材料填充孔隙。封孔材料常用的有：有机合成树脂、合成橡胶、石蜡，某些油漆及油脂等。具体选择要根据工件的工作条件，和封孔材料的物理化学性能而定。如工件接触弱酸和有机溶剂，工作温度在150－260℃时，可选用酚醛树脂。工件接触水、油，工作温度在150℃以下时，可选用丙烯酸脂类厌氧胶粘剂。工件接触酸、碱、海水，工作在室温环境时，可选用微晶石蜡作为封孔剂。封孔剂的固化方法随封孔剂不同而不同。封孔时，喷涂面应清洁、无油污及杂物。若染有油污，用清洗剂清洗，待清洗剂蒸发干燥后才能进行封孔处理。
(2)喷涂层的机械加工：由于耐磨喷涂层的硬、脆、多孔性，机械加工易引起开裂和喷层脱落。喷涂层的配合面常用的机加工方法有车削和磨削。车削时应选好刀具，磨削时应选好砂轮。为了防止切屑和磨料粒子嵌入孔隙中，在进行机加工时，先用石蜡封孔。但这对滑动配合的耐磨面的贮油性能有较大影响，降低润滑效果，所以必须清除残存的石蜡，其方法是用煤油浸泡清洗。
车削规范及刀具的选择：纯铁、铜、铝的喷涂层选用高速钢刀具。其他硬质耐磨喷涂层，选用金刚石刀具、陶瓷刀具、立方氮化硼刀具或添加碳化钽、碳化铌的超细晶粒硬质合金刀具。车削规范见表9－47。
表9－47 喷涂层车削规范数据
注：Ni04、Ni60均为国产自熔性Ni－Cr－B－Si型合金喷涂粉末。
磨削规范及砂轮的选择：磨削应选用硬度高的砂轮，如绿色碳化硅、人造金刚石、立方氮化硼砂轮。为减少脱落的砂粒，嵌入孔隙影响磨削质量，选用粒度稍粗的砂轮。磨内圆的小直径砂轮，为提高使用寿命和保持切削能力，选用疏松组织(10号以上)砂轮，或大气孔(组织大约相当于10～14号)砂轮，磨削规范见表9－48。
表9－48 喷涂层磨削规范数据
