电弧喷涂局限性研究
包胜军，朱朝明，谢昕欣，郭红锋，宋春华
现代涂装
摘 要：钢板氧炔切割面在电弧喷涂时，容易出现涂层剥落的情况。通过研究发现，Q345B 氧割面金相组织由铁素体和珠光体变成了马氏体，硬度提高了一倍，该变化使氧割面很难获得电弧喷涂所需要的粗糙度。单纯的锌铝合金涂层防腐性能并不理想，必须进行封闭处理。
关键词：电弧喷涂；局限性；淬硬层；硬度；防腐性能
0引言
电弧喷涂是利用燃烧于 2 根连续送进的金属丝之间的电弧来熔化金属，用高速气流把熔化的金属雾化，并对雾化的金属粒子加速使它们喷向工件形成涂层的技术，常见的有喷锌、喷铝、喷锌铝合金和喷镁铝合金。厦深线、杭甬线等沿海桥梁支座防腐体系要求采用锌铝合金150 μm +环氧云铁中间漆 150 μm + 丙烯酸聚氨酯面漆 150 μm，我公司的桥梁支座在喷涂锌铝合金时，铁件四周很容易出现涂层剥落的现象，造成大量返工。本文研究了涂层剥落产生的原因，火焰切割钢板件如何处理才能满足电弧喷涂的需要，并对锌铝合金涂层与有机涂层的防腐性能进行了对比。
1铁件淬硬层对电弧喷涂的影响
电弧喷涂层主要由片状变形颗粒、气孔和氧化物组成。涂层中颗粒与基体表面之间的结合以及颗粒之间的结合主要以机械结合为主。一般来说，涂层与基体之间的结合可分为3种类型：化学结合、机械结合和极性结合。化学结合是涂料中的某些成分与金属表面发生了化学反应，对提高涂层附着力有明显的效果，机械结合效果与基体表面粗糙度有关，粗糙的表面将使涂料与基体的接触面积增加，从而增强附着力；极性结合是由于涂膜中聚合物的极性基团（如羟基或羧基）与基体表面的极性基相互结合所致。环氧底漆与金属表面的结合是极性结合与机械结合的联合作用，而电弧喷涂涂层是以机械结合为主。
因此，电弧喷涂对铁件的预处理要求很高，必须保证除油干净，抛丸达到Sa 3级，粗糙度达到 Ra 12.5~25 μm。桥梁支座的铁件主要采用 Q345B 钢板和 ZG270-50 铸钢，对于铸钢，因其表面本身粗糙度在 Ra 50 μm 以上，通过抛丸很容易达到所需要的粗糙度，而对于Q345B钢板则不容易达到上述要求，主要原因是钢板一般采用乙炔火焰切割进行下料，切割面会出现高温淬硬层，淬硬层的存在会使得该面抛丸很难达到电弧喷涂的表面要求。
淬硬层的存在对电弧喷涂到底有什么影响呢？笔者做了1 个对比试验。
1.1试验材料
共选取4 种试样：
1）Q345B 钢板氧割面通过机加工去掉淬硬层；
2）Q345B钢板氧割面未加工，保留淬硬层；
3）Q345B 钢板氧割面人工打磨；
4）ZG270-50 铸件。
1.2试验过程
以上试样均用悬链通过式抛丸机抛丸5 min，观察抛丸效果，然后喷锌铝合金 150 μm（电压 24 V，电流160 A），检测涂层附着力。
1.3 试验结果
试验结果见图 1～4。
 
1.4试验结论
Q345B 钢板氧割面仅通过抛丸、人工打磨都很难达到电弧喷涂所需要的粗糙度，必须采用机加工去掉淬硬层后再进行抛丸，才能满足电弧喷涂的需要。
2淬硬层厚度、硬度及金相组织研究
为研究 Q345B 钢板在火焰切割前后的硬度和金相组织的变化，摸索不同厚度的钢板在火焰切割时淬硬层厚度的规律，为铁件预处理提供参考和依据，笔者分别选取试验材料为30 mm、50 mm和 70 mm 3 种厚度的 Q345B，通过氧乙炔火焰切割，选取切割面和机加面作为硬度和金相组织检测面。
2.1 取样位置及编号
取样位置及编号见表 1。
2.2试验条件及方法
试验设备：Mitutoyo HM221显微硬度计；金相显微镜。试验标准：GB/T 4340.1—2009《金属材料维氏硬度试验》；GB/T 5617—2005《钢的感应淬火或火焰淬火后有效硬化层深度的测定》。
2.3 试验结果
1）机加面和氧割面的金相组织图片见图 5～6。
2）机加面和氧割面的表层硬度见表 2。
3）氧割面淬硬层硬度变化曲线见图 7。
若以硬度曲线接近母材硬度HV200附近突变处为计算点，则得到不同厚度的Q345B钢板氧割面淬硬层的厚度见表3。
2.4 试验结论
Q345B 钢板通过氧炔切割后，氧割面形成了一定厚度的淬硬层，30 ~ 70 mm的 Q345B 钢板火焰切割淬硬层的厚度为 1.24~1.74 mm, 且该淬硬层随着板厚增加而增加，金相组织由铁素体和珠光体转化成了板状马氏体，硬度提高到了HV437，远远高于基材本身的硬度 HV206，而抛丸用的铸钢丸的硬度也只有HRC40 ~ 50（YB/T 5149—1993），与淬硬层的硬度接近，因此通过抛丸很难使淬硬层达到理想的粗糙度，而基材原始硬度不到铸钢丸硬度的一半，因此将淬硬层通过机加的方式去除露出原始面，能得到比较理想的抛丸效果。
3电弧喷涂层及其复合涂层的耐蚀性能研究
电弧喷涂涂层的防腐原理是利用喷涂的金属及其合金层的腐蚀电位比钢铁低，在发生腐蚀反应时，喷涂层先于基材发生反应，从而达到保护基材的阴极保护原理，在喷涂层上增加封闭层是利用涂料的物理隔离腐蚀介质的能力。
那么，电弧喷涂层、电弧喷涂层+封闭层、有机涂料层三者的防护性能到底如何呢？笔者进行了以下对比试验。
3.1 试验材料
Q345B，尺寸 150 mm × 100 mm × 30 mm；锌铝合金丝（85%锌 + 15%铝），直径 2 mm。
3.2 试样
试样共3 种：
1）锌铝合金 150 μm，2 块；
2） 锌铝合金 150 μm+云铁环氧中间漆 150 μm，70 ℃烘干 1 h，2 块；
3）富锌环氧底漆 150 μm（70 ℃烘烘干 1 h）+ 云铁环氧中间漆80 μm（70 ℃烘干 1 h），2 块。
3.3试验结果
进行中性盐雾试验（NSS）以检测其耐蚀性能，结果见表 4。
3.4 试验结论
单纯的电弧喷涂层防腐效果性能差，必须进行表面封闭；“富锌环氧底漆 150 μm+云铁环氧中间漆 80μm”体系防腐性能要好于“锌铝合金 150 μm+云铁环氧中间漆150 μm”体系。
4结语
通过研究，电弧喷涂主要存在以下局限性：1）电弧喷涂对铁件抛丸的要求高，对于采用火焰切割的铁件，需要将 1 mm 以上的淬硬层去掉，否则无法得到理想的抛丸效果；2）喷涂时，会产生大量刺鼻气味，作业环境差，不环保，工人劳动强度大；3）涂层脆，没有柔韧性，不适合有轻微变形要求的部件；4）单纯的电弧喷涂层防腐效果差，必须采用封闭处理。
参考文献略
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