CN105385978A - 一种电弧喷涂方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电弧喷涂方法，对基底材料进行表面预处理以后，通过选择合适的喷涂电压和喷涂电流等参数，通过电弧喷涂在基底材料表面形成一层涂层，可以修复磨损的材料，或用于提高基底材料的耐磨性和耐腐蚀性，包括：基底材料的预处理——预热——选择合适的电弧喷涂电压和电流——电弧喷涂——后热处理。基底材料包括Q235等普通碳钢和镁合金。基底材料表面预处理包括表面净化处理和喷砂处理。电弧喷涂的电压为20V——50V，电流为140A——160A，喷涂材料为铝丝或3Cr13钢，喷涂距离为130mm——200mm。预热和后热处理温度为100度——300度。该发明可用于镁合金和普通碳钢的表面喷涂，能够有效提高基底材料的硬度和耐腐蚀性，并且该方法的涂层牢固、稳定。

Description

一种电弧喷涂方法

技术领域

本发明涉及一种电弧喷涂方法。

背景技术

由于一般修复的成本低，质量能够满足使用要求，往往比更换更具有经济性，所以关于磨损零件修复的研究一直是一个引人注目的方向。

关于磨损部件的修复，目前有很多修复的方法，主要有：堆焊、镀铬或镀铁、热喷涂、电刷镀和粘涂修复方法等。在一个时期以来，利用刷镀、氧——乙炔喷涂或等离子喷涂来恢复被磨损的尺寸取得了一定的效果，但是这种涂层很容易脆裂而脱落，特别是要求厚度超过0.5mm以上，要获得良好的涂层是很难的。对于激光合金化熔覆，虽然对各种磨损件的修复足既方便又可靠，能取得很好的效果，但是由于其造价较高，也是很难推广的。

电弧喷涂作为一种高效的热喷涂方法，在工农业中具有广泛的应用，尤其是在防腐、耐磨、装饰及特种功能等领域研究中的应用更为广泛。电弧喷涂成功地修复了大量的因磨损而失效的电机转子轴、花键、进口汽车的曲轴，一般修复成本仅为换新件的20％～30％，由于采用耐磨材料喷涂，修复后的零件不仅可以重新使用，而且还提高了使用寿命，具有明显的经济效益。在耐磨领域中，电弧喷涂可用于修复热轧辊的轴承，经喷涂Crl3涂层，既耐磨又有较好的耐蚀性能。英国轧钢厂已应用在生产制造中。大型水压机柱塞的修复也是电弧喷涂应用的典型事例，用Crl3钢丝电弧喷涂修复的柱塞的使用性能往往优于新柱塞，修复成本大约为新柱塞的l/4。用电弧喷涂修复一个12吨的柱塞，喷涂涂层重达300kg。国内应用电弧喷涂修复大型曲轴也取得了进展，如长江三峡工程中挖泥船的发动机曲轴，如从日本购买新轴、加上运费和进口关税等需人民币120多万元，从订购到交货需3个月以上，其停产损失更为可观，而采用电弧喷涂修理，总费用仅35万元，不足曲轴价格的3％，其经济效益是十分明显的。应用电弧喷涂修复大马力曲轴也取得了进展，其修复成本低，质量能够满足使用要求。沈阳工业大学在1995年以来曾与吉林石蚬造纸厂合作，成功地修复了该厂纸桨生产的关键设备、传动功率为2500千瓦的芬兰进口的磺化木浆盘磨机主轴以及为辽宁省本溪钢铁公司修复了两根转速为24000转/分的进口制氧机主轴。电弧喷涂巴氏合金的耐磨性较高，不低于铸造的巴氏合金，在轴瓦的修复和制造中得到了广泛的应用。

在近40年的发展历程中，尤其足近20年来，电弧喷涂技术得到了迅速的发展，通过电弧喷涂技术可以制备光滑、致密、结合强度高的高质量涂层，接近于等离子喷涂的水平，在国际上已部分取代火焰喷涂和等离子喷涂…。据统计，在所有的热喷涂技术中，电弧喷涂的应用市场比例已接近第三位。

近年来，随着电弧喷涂技术的发展，电弧喷涂丝材的品种不断增加，例如复合丝、自粘结复合丝、巴士合金丝、铝青铜丝、超低碳不锈钢丝，功能性涂层进一步完善，如耐磨、抗氧化、隔热、导电、减摩等等，逐渐成为一个较为完整的体系，使涂层的性能得到很大提高。金属管状丝材的研制成功，大大拓展了电弧喷涂材料的范围，由于不受拉拔丝的限制，使许多的优秀材科，甚至是不导电的材料(如氧化物、碳化物、陶瓷等)的电弧喷涂成为可能。它的优点主要表现在以下两个方面：

①能有效地改善涂层地性能，如提高涂层与基体的结合强度。选择合适的金属复合粉(如镍、铝)，使它们在喷涂过程中，熔化后发生放热反应对熔滴和基材表面进行辅助加热，提高涂层与基体简的结合强度和致密性，甚至可使基体表面出现微观范围内的熔融薄层，形成微观冶金结合，进一步提高涂层与基体间的结合强度。

②粉末管状丝材壳方便改变喷涂材料的化学成分，保证涂层制各时能形成不同性能要求的组织结构。并且粉末管状丝材的制造较合金钢丝容易的多，适于小批量生产。为进一步拓宽电弧喷涂技术的应用范围，科研工作者在引进国外技术的基础上研制了适合我国国情的电弧喷涂设备，已开发出高速电弧喷涂、低压(真空)电弧喷涂、保护气体电弧喷涂、燃烧电弧喷涂(ComArc)、复合超音速电弧喷涂技术等；研制出新型电弧喷枪，提高了雾化效果，降低了涂层孔隙率；改进了喷涂电源，大大地提高了喷涂电源的稳定性；通过对喷涂设备的自动化改造，使计算机控制和机器人操作等技术在电弧喷涂中的实现成为现实。在受到挑战的同时，电弧喷涂也迎来了发展的机遇。正是由于电弧喷涂有较多的优点，使热喷涂中从事电弧喷涂研究的工作者产生了极大兴趣。科学技术的发展，在为其它技术领域注入活力的同时，也为电弧喷涂克服自身的缺点提供了新的技术途径。从高压缩空气气流的速度出发，来提高喷涂粒子的速度，使粒子的速度达到或超过音速，进而提高电弧喷涂涂层与基体的结合强度，并同时降低孔隙率，这种发展机遇是一定会被人们抓住的。

虽然电弧喷涂技术在修复丈型轴时效益可嘉，但是除了见到一些关于报道修复曲轴的文章外，还未见关于大型轴件修复方法的详细报道和深入研究的文章。目前，对电弧喷涂技术的理论研究主要集中在：反应机理、温度场、速度场，粒子状态及影响因素，界面扩散及冶金反应、涂层性能及涂层质量的评定和计算及其模拟等方面。调研结果表明，电弧喷涂上述的优点，应用于轻型载货汽车和普通轿车的曲轴修复成功的，但是在修复高速、重载大型轴时存在不少问题，如在使用过程中涂层大面积脱落，有的虽然未出现大块脱离现象，但在重载衙下有部分颗粒从涂层脱落。在工作表面上形成磨粒磨损，导致轴颈和轴瓦迅速损坏。部分喷涂的轴颈未发生以上两种损坏，但使用寿命很短。其原因主要是涂层的结合强度不够，涂层的致密度不高，以及涂层间存在内应力及喷涂方法不当等造成的。

电弧喷涂作为一种新型的热喷涂方法，有许多显著的优点：

(1)涂层结合强度较高、硬度高、气孔率低

电弧喷涂时，熔滴温度可达5000"C以上，微熔滴加热温度，喷射速度都比火焰喷涂时高，因此粒子的动能和热能都比较高，从而获得较高的结合强度和涂层强度。试验证明，电弧喷涂的结合强度约足火焰喷涂层的2.5倍。电弧喷涂形成的涂层硬度要比喷涂材料高30％一80％。电弧喷涂涂层的孔隙率小于8％，低于火焰喷涂所得的涂层的孔隙率。

(2)生产率高、安全可靠

电弧喷涂的生产率正比于喷涂电流，它的高效率表现在单位时间内喷涂金属的用量大。试验证明：喷涂电流为300A时，喷乙效率可达30kg/h，喷Al可达10kg/h。电弧喷涂技术仅使用电源和压缩空气，不用氧气、乙炔等易燃气体安全性高。

(3)能源利用率高，喷涂成本低

电弧喷涂的节能效果十分突出，能源利用率显著高于其他喷涂方法，而能源费用降低50％以上。除它的能源利用率很高外，加之电能的价格又远低于氧气和乙炔，其费用通常仅为火焰喷涂的l/5～1/10，等离子喷涂成本的l/5～l/20，而其喷涂效率却提高了近一倍。

(4)设备造价低、使用维修方便、便于现场施工

电弧喷涂设备成本只有等离子喷涂设备的1/4～1/6。而且电弧喷涂设备体积小、重量轻、移动方便、易损件少，维修方便，易于现场施工。但是，电弧喷涂过程是一个十分复杂的高温、非均态的流体力学过程，影响涂层性能的因素较多。

发明内容

本发明的目的在于提出一种电弧喷涂方法。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：

一种电弧喷涂方法，对基底材料进行表面预处理以后，通过选择合适的喷涂电压和喷涂电流等参数，通过电弧喷涂在基底材料表面形成一层涂层，可以修复磨损的材料，或用于提高基底材料的耐磨性和耐腐蚀性，包括：基底材料的预处理——预热——选择合适的电弧喷涂电压和电流——电弧喷涂——后热处理。基底材料包括Q235等普通碳钢和镁合金。基底材料表面预处理包括表面净化处理和喷砂处理。电弧喷涂的电压为20V——50V，电流为140A——160A，喷涂材料为铝丝或3Cr13钢，喷涂距离为130mm——200mm。预热和后热处理温度为100度——300度。

具体实施方式

实施例1

一种电弧喷涂方法，对基底材料进行表面预处理以后，通过选择合适的喷涂电压和喷涂电流等参数，通过电弧喷涂在基底材料表面形成一层涂层，可以修复磨损的材料，或用于提高基底材料的耐磨性和耐腐蚀性，包括：基底材料的预处理——预热——选择合适的电弧喷涂电压和电流——电弧喷涂——后热处理。基底材料包括Q235碳钢。基底材料表面预处理包括表面清洗处理和喷砂处理。预热温度为100度，电弧喷涂的电压为32V，电流为140A，喷涂材料为3Cr13钢，喷涂距离为130mm，后热处理温度为150度，经过该方法后，涂层的硬度达到50HRC，硬度明显提高。

实施例2

一种电弧喷涂方法，对基底材料进行表面预处理以后，通过选择合适的喷涂电压和喷涂电流等参数，通过电弧喷涂在基底材料表面形成一层涂层，可以修复磨损的材料，或用于提高基底材料的耐磨性和耐腐蚀性，包括：基底材料的预处理——预热——选择合适的电弧喷涂电压和电流——电弧喷涂——后热处理。基底材料包括镁合金。基底材料表面预处理包括表面氧化处理和喷砂处理。预热温度为200度，电弧喷涂的电压为40V，电流为160A，喷涂材料为L1铝，直径为3mm，喷涂距离为130mm，后热处理温度为300度，经过该方法后，进过浸泡实验，镁合金涂层的耐腐蚀性得到明显增强。

Claims (5)

1.一种电弧喷涂方法，其特征在于对基底材料进行表面预处理以后，通过选择合适的喷涂电压和喷涂电流等参数，通过电弧喷涂在基底材料表面形成一层涂层，可以修复磨损的材料，或用于提高基底材料的耐磨性和耐腐蚀性，包括：基底材料的预处理——预热——选择合适的电弧喷涂电压和电流——电弧喷涂——后热处理。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的基底材料包括Q235等普通碳钢和镁合金。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的基底材料表面预处理包括表面净化处理和喷砂处理。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的电弧喷涂的电压为20V——50V，电流为140A——160A，喷涂材料为铝丝或3Cr13钢，喷涂距离为130mm——200mm。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的预热和后热处理温度为100度——300度。