|
|
设
备
管
理
网
s
b
g
l
.
j
d
z
j
.
c
o
m
|
 |
电弧喷涂涂层缺陷分析及防止对策 |
热 ★★★ |
|
| 电弧喷涂涂层缺陷分析及防止对策 |
|
作者：未知 文章来源：网上搜集 点击数： 更新时间：2006-10-31 20:08:36  |
|
摘要 讨论影响电弧喷涂涂层缺陷(剥落、裂纹、气孔)的因素及缺陷形成条件，分析各影响因素的作用，介绍基体表面预处理及喷涂工艺各环节的质量要求和工艺参数的优化，给出避免或减少涂层缺陷的对策。
电弧喷涂技术是目前热喷涂技术中最受重视的技术之一。电弧喷涂设备简单、操作方便，但若喷涂工艺不当，易产生一些缺陷。
一、涂层缺陷及防止对策
1.喷涂层剥落
喷涂层剥落是涂层最常见的缺陷之一，归结起来有以下几种原因:
(1)喷涂前基体表面的预处理不符合要求
在热喷涂前，对基体表面进行清理、粗化、预热、喷涂结合底层等工艺方法统称为表面预处理。这种预处理是提高涂层与基体物理结合、扩散结合和机械结合强度的重要工序。基体表面清洗不彻底会降低涂层与基体的结合强度。热喷涂层与基体的结合强度又与基体表面的粗糙度有关，粗糙度值太小，表面太光滑同样会降低涂层与基体的结合强度。因此，基体表面的粗糙度值应达到Rz25~100μm。吸射式干喷钢砂制备表面时，喷砂压力越大，获得的粗糙度越大，在设备允许的情况下，压力越大越好；喷砂角度对粗糙度的影响成正比，但当喷砂角度为90度时，偶有砂粒嵌入，嵌入工件的砂粒降低涂层与基体的结合强度，因此对平面工件应避免直喷，喷砂角宜取75度至85度；采用喷砂方法制备表面时，压缩空气中含有过多的油分及水蒸汽会降低结合强度。所以，喷吵用空气压缩机应装有油水分离器和空气过滤器，以保证压缩空气的洁净；对处理好的基体表面，应及时喷涂，尽可能缩短表面制备处理后到完成喷涂施工的时间间隔，一般不要超过2h,。对不能及时喷涂的工件，应用清洁的塑料膜覆盖保护。
(2)喷涂工艺不当
试验证明，在所有工艺参数中，影响较大的主要有喷涂距离、喷涂角度、送丝速度和压缩空气压力。这4个参数影响熔粒的形成，而熔粒的结合性能与熔粒的尺寸、结合面积、粘结力、熔粒内部及界面的热应力有关。从喷枪飞出的熔粒，其飞行速度、温度及飞行过程中所发生的表面反应都将影响涂层的形成、涂层质量和结构。飞行速度先加速后减速，而温度随喷涂距离的增加而降低。当喷涂距离过大时，熔粒打击到基体表面的温度和动能不够，熔粒不能产生足够的变形，涂层疏松多孔，质量较差，结合强度较低；当喷涂距离过小时，可以保证熔粒的速度和温度较高，但基体和涂层被氧化严重而使粘结强度降低，并且随着氧化程度的增大，甚至会使基体和涂层完全失去粘结力。喷涂距离一般以140~200mm 为宜。喷涂角度应≥60度，当喷涂角度＜60度时，因“遮蔽效应”形成许多不规则的多孔涂层，降低结合强度，喷涂角度一般60度至90度合适。送丝速度的调节要适中，速度过低，影响喷涂生产率；速度太快，熔融的颗粒大，甚至有时会出现未熔化的丝材，涂层质量、结合强度降低。粒子雾化特性的优劣直接影响涂层的最终质量，压缩空气对熔化的材料进行雾化及对熔滴进行加速，压缩气体的压力、流量影响雾化效果。压力和流量不足，雾化颗粒粗大，结合强度降低；压力和流量太大，易降低热源温度，影响热源稳定性。试验证明当压缩空气的压力＜0.4MPa时，涂层结合强度将显著降低。
(3)残余应力引起涂层剥落
热喷涂层在凝固和冷却过程中，由于收缩会产生残余应力，而且涂层中内应力随涂层厚度的增加而增加，这种内应力会导致喷涂层剥落。喷涂层随着厚度的增加，整个涂层之间的残余应力增大、粘结强度降低。因此在满足要求的条件下，尽可能降低涂层厚度，对于喷涂后要求进行加工的工件，要尽可能减少加工余量。当喷涂材料与基体的热膨胀系数不一致时，涂层冷却后，涂层与基体的收缩量不一致，形成残余应力，而且膨胀系数相差越大，这种趋势越大，故在选择喷涂材料时，在满足耐磨、耐蚀等性能要求下，尽可能选择与基体热膨胀系数相同或相近的喷涂材料。基体与涂层材料的化学成分相差太大会使其组织结构和物化性质相差很大，喷涂过程中，在基体与涂层的界面会由于温度和相变而产生较大残余应力，降低结合强度，引起涂层剥落。为此可利用梯度涂层或复合涂层代替传统的涂层，通过相近的材料组成连续过渡涂层，使涂层的化学成分由基体平缓过渡到涂层表面，从而缓和两种材料直接结合引起的组织结构和物化性质的突变，以此来减少应力，提高结合强度。涂层收缩力与基体的法线方向一致，当喷涂内孔或平面时，收缩力方向背向基体表面不利于涂层与基体表面的结合，故在喷涂内孔或平面时，宜采用落层喷涂(即在喷涂过程中采取间歇喷涂、保温、缓冷等措施，来减少涂层应力)，避免涂层剥落。对细长、薄壁工件易产生基体过热，冷却后变形大，影响结合强度。在电弧喷涂时，熔融的粒子温度高，为避免工件表面过热，必须快速移动喷枪，根据涂层厚度、喷涂生产率等参数来确定适中的喷枪移动速度。对基体预热来消除残余应力，预热温度一般控制在95℃。
(4)使用不当，造成涂层脱落
喷涂后的工件在使用中，涂层与基体结合面垂直方向的拉应力超过涂层与基体的抗拉结合强度，或涂层与基体结合面平行方向的剪应力超过涂层与基体的抗剪结合强度，涂层受到较大的力偶作用，都会导致涂层的剥落。
2.涂层龟裂
涂层龟裂是指涂层表面或内部出现局部的小面积或封闭形的裂纹。引起涂层裂纹的原因有：①喷涂层过热。在喷涂过程中，喷涂距离太小或喷枪移动的速度相对工件太慢，引起涂层局部过热，当涂层冷却后，由于应力作用在涂层表面产生裂纹。为避免过热而产生裂纹，在喷涂操作时要调整好喷涂距离和喷枪移动速度。②涂层内裂纹与飞行中熔融粒子的状态有密切关系，当被加热到过热状态的粒子中含有气泡时，它撞击到基体表面时发生飞散现象，形成薄层状粒子，在热应力作用下，薄层状粒子会产生裂纹。为此，要确保喷涂材料、基体表面无油、水、锈、漆等污物，严防有害气体产生。另外，要调整好喷涂角度，尽可能减小熔融粒子的飞散。③喷涂材料硬度高，抗裂性能差产生裂纹，所以，在满足涂层性能要求下，尽可能选用抗裂性好的喷涂材料。④喷涂工件刚性大，工件表面有产生应力集中的严重缺陷，易产生裂纹，为此应尽可能消除基体表面较明显的应力源。⑤喷涂层受到骤冷，易产生裂纹，为此要注意喷涂后的冷却速度，避免涂层骤冷。⑥喷涂层厚度不均匀，涂层收缩率不均匀，易产生裂纹，故在喷涂操作时要注意喷枪移动速度以及送丝速度的稳定。
3.涂层气孔
当一些熔融粒子在同方向且平行地打击到基体表面上时，由于“阴影效果”、扁平状粒子之间的不完全堆积或在基体待喷涂表面的凹坑处含有空气或其他气体时形成气孔。涂层气孔的形成与喷涂前基体表面预处理及喷涂工艺不规范有关。降低孔隙率，提高致密度要着重从控制有害气体的产生和采取合理的工艺参数两个方面着手。
二、涂层固有缺陷后处理
对于因表面预处理工艺、喷涂工艺不当而产生的涂层缺陷，我们可以通过优化工艺来改善涂层质量，提高结合强度。对涂层本身的固有缺陷，我们可以针对涂层不同的使用工况进行不同的涂层后处理来改善涂层性能。涂层后处理的方法主要有重熔处理、封孔处理、机械处理和扩散处理等。
重熔处理是将疏松多孔的涂层加热到一定的温度范围，使粉末中的硼、硅元素发生脱氧反应且润湿基体表面，形成与基体表面具有金相结合的致密涂层。它是自熔性合金涂层的一种后处理方法。重熔方法有火焰重熔、炉内重熔、感应重熔、激光重熔。通过重熔处理，涂层中的氧化物杂质和孔隙会在重熔中消除，层状结构也会变成均质结构，这样可大幅度提高结合强度和致密度。
封孔处理是把封孔剂涂敷在涂层表面上，使其浸入到涂层孔隙中来填充涂层孔隙，它主要用于防蚀涂层、热障涂层和保持陶瓷涂层的绝缘性能上。常用的封孔剂有石蜡、油脂、环氧树脂、环氧酚醛、硅酸钠等。
机械处理常采用喷丸和滚压方法来封闭与表面连贯的气孔，提高表面的平滑度，消除涂层残余应力，改善涂层性能。
扩散处理是表面合金化热处理。在一定的热处理工艺条件下，涂层金属向基体扩散，在结合界面处形成表面合金化的扩散组织。通过扩散处理，形成更多的金相结合，可以提高涂层的完整性、致密性、耐蚀性、抗氧化性及涂层的结合强度。
|
|
| 文章录入：设备管理 责任编辑：设备管理 |
|
|
上一篇文章： 电动机常见故障原因及对策
下一篇文章： 进口数控设备的特点及维修思路 |
|
|
| 【字体：小 大】【发表评论】【加入收藏】【告诉好友】【打印此文】【关闭窗口】 |
|
 网友评论：（只显示最新10条。评论内容只代表网友观点，与本站立场无关！） |
|
|
|
|
|
