热喷涂与再制造工程
王元良，陈辉，周友龙，胡久富
2006 - 中西南十省区(市)焊接学会联合会第九届年会
摘要：本文阐述了再制造工程、热喷涂方法及技术特性．热喷涂的设备系统组成热喷涂的应用领域和近期的新进展。
关键词：再制造工程；热喷涂
1再制造工程概述
再制造工程过去认为只限于旧件修复，应用最多的是堆焊、喷涂喷熔和电刷镀．过去前苏联及我国对这一块都十分重视，美国则采取“用后不修即丢弃”．一学美国就就不采取旧件修复，因此堆焊、喷涂喷熔和电刷镀技术日趣冷落。但近几年来．由于环境保护和用户资源再利用的要求，“用后丢弃”的慨念逐渐向“再制造”转变，再制造已成为降低成本、节材、节能、延寿和改善环境及可持续发展的有效措施．即使在美国近来也兴起作为一个新兴的产业。目前再制造工程技术的内涵也有很大扩展一是另件及工模具的失效修复，二是新的另件表面强化层的再制造，三是结构整体的修复、改制与延长寿命．由此看来再制造工程包含的内容非常广泛，是广大配件厂、制造、修理及改装厂的重要工作．用的最多的是堆焊工艺、喷涂工艺、电刷镀工艺及电火花强化工艺其巾热啖涂有很广阔的应用领域，与堆焊和电刷镀及电火花强化相比，沉积率、粗糙度、热输入、复层厚度小于堆焊大于电刷镀及电火花强化工艺，另件材料及表面材料几乎不受限制，但结合为机械结合．强度低，有孔隙，承载能力低，特别是难以承受冲击载衙和乾磨擦，但由于有孔隙的储讷性能可增高耐磨性。由于热输入低对另件热变形小。由于粗糙度较小，恢复尺寸时加工量小，用于有些静配合事甚至可不加工。而堆焊和电刷镀丁艺及电火花强化工艺为冶会结合，强度高，但只分别适合于厚层和薄层的再制造工程，它们之间可达到优势互补。这些工艺技术可形成不同使用性能材料的表面层，使达到耐磨、耐冲刷、耐蚀、耐热、隔热、导电(或半导体)及超导、绝缘、幅射、催化、仿生等特殊功能。这嵝工艺技术能合理利用材料，扩展另部件崩途和延寿．还可制造出很多新材料和特殊表层使用性能的另部件及新产品。可大大节省材料(特别是贵重材料)和大大延长使用寿命，可创造出很大的经济和社会效益。
2热喷涂方法及技术特性
热喷涂过程是用一定热源把丝状、捧状或粉状材料加热到熔化状志以一定力源将熔化的粒子高速送到工件表面达到在外力作用下机械嵌人结合．各种热喷涂方法均有相墟的焊接方法，其热源设备及工艺也很类似，．与冶金结合酌堆焊相比，结合强度低，生产率低，子L隙率大但它有作为油润滑摩擦面的耐磨性好．工件变形小．几种热喷涂方法及技术特性如表1。
由表1看出新近发展起来的各种高速或爆炸喷涂比原来一般喷涂提高了离子速度．因而大大提高了结合强度和降低了孔隙率．如喷后重熔(称喷焊或喷熔)，则可达到冶金结合的特性．
3热喷涂的设备系统
1)火焰喷涂：火焰丝喷涂设备组成如图1．由图I看出：设备主要由喷枪，热源系统和压缩空气供应系统，图中为02一C2H2燃烧供热．也可用其它热源系统供热．喷涂的核心设备是嘻枪，丝喷枪要有专门的送丝动力(空气涡轮或直流电机)和机构(减速凋速及送丝)．粉喷枪要有专门的送粉机构(重力、电动刮板或压缩空气流速带人)．图1a为自动丝喷涂系统，图1c为为丝喷枪原理图；图1b为自动粉喷涂系统，用送粉斗代送丝系统，其它与丝喷涂相同，只喷枪结构不同(图ld)；图le．为爆炸喷涂是用在爆炸喷枪中点燃混合气体形成的可控爆炸压力波或火焰脉冲加速．使热喷涂粉末冲击到基体上．粉喷一般不用压缩空气．如采用高速喷枪(拉伐尔喷嘴)可以作热喷涂粉末高速喷涂。
2)电弧丝喷涂：电弧丝喷涂系统及喷枪构造原理如图
2．其能源可以用平特性的直流或交流电源．电弧丝喷涂枪可以用直流电机或空气涡轮通过减速机构传动与喷枪组成一体，或另外组成双丝送丝机构．这样可减轻喷涂枪体重量．国产cTY—As其电弧喷涂枪就属于这一类．这种设备就与软管半自动焊设备相似，不过一个直流电机要通过两套相互绝缘的送丝轮将两根丝通过软管送到喷涂枪体内。一般来说，火焰丝喷涂与电弧丝喷涂是可以通用电弧丝喷与火焰丝喷涂相比．其粒子速度较快．因而接合强度较高，孔隙率较低，生产率要高得多，但设备较贵较重，特别是喷枪较重，嘈声较大，人工操作环境不如火焰丝喷涂，因而喷涂自动化对电弧丝喷涂就显得更为重要．另外两者都在向高速喷馀和药芯丝喷涂方向发展．热喷涂的操作环境改善是必需解央的重要问题。
3)等离子喷涂：等离子喷涂的设备组成及喷枪构造原理如同3．等离子弧焊接是利用转移型等离子弧，而等离子弧喷涂是利用非转移型等离子弧(被导电的冷却管孔机械压缩和热收紧及电磁压缩电弧而成集中和高温的等离子流)把喷涂粉送到并冲击工件而达到机械结合由于温度比电弧要高得多，因此可快速熔化难熔的喷涂粉，由于粒子速度比电弧喷涂要高得多，因此结合强度要高得多，孔隙率要低得多，而且生产率也相当高近些年来又发展了低压等离子喷涂和高速等离子喷涂，又进一步提高了结合强度和降低了fL隙率．由于等离子喷涂的工作气体是还原性气体(如眦)和惰性气体(如Ar)，可保护喷涂材料和工件不被氧化，闻而可得到比较纯洁的喷涂层。
4我校的工作
早在50年代末我校就开始研究及应用火焰丝喷涂于纺织机械及火电设备，进行合金钢和铜合金的丝喷涂．近十多年来，又对多种机械及汽车另件进行了火焰粉喷涂和喷焊(图4)．还利用国产等离子喷涂喷焊设备进行了柴油机排气管的商瓷(氧化铝及氧化站)热喷涂粉末热障层喷涂，达到了预期效果．近几年又开展丁电弧丝喷涂，对汽车另件进行了铜丝喷涂，对火电设备及风机进行了合盘钢丝喷涂．特别是近期开展了喷铝防腐及稀土铝喷丝的研究及应用，协助建立了电力铁塔的电弧丝喷涂肪腐生产线和在部件防腐中应用，并完成了成都三环路三座人行立交桥和宜宾大桥的电弧喷铝防腐工程。
5 更多的热喷涂的应用领域
表2是在更多一些部门应用的实例，其实应用的方面和对象远不只这些，方法和材料也有选择余地．例如喷熔与堆焊，丝喷与粉喷．气喷与电喷，都有一定灵活选择的余地。特别是近几年来高速喷涂的发展，粉芯喷丝的发展，大有取代一部分等离子喷涂的应用领域。电子束和激光高能束能源的引入，把喷涂特别是喷熔技术大大推进了一步，但应用量大面广的还是上述几种。
5热喷涂技术的新进展举例
1)高速喷涂与爆炸喷涂：由表1比轻看出高速喷涂与爆炸喷由于气流的加速，粒子运动速度加快。使涂层结合强度大大提高，孔隙率大大降低
2)变涂层为冶金结台：最早的办法是在喷涂过程中或喷涂后用本身热源随即重熔．目前由于激光束用于喷涂发展了喷涂后用激光束快速重熔．另外途径是用自熔合金打底后喷涂．
3)喷铝合金长救防腐喷涂：其防腐教果和环保均优于镀锌和热浸锌，更优于油漆．
4)ProtM工艺：用一激光和等离子串列的喷枪，先用激光使待喷表面污物气化和表面粗化．同时也有预热作用，随后进行等离子喷涂．这样可提高结舍强度，减少预处理喷沙污染和提高总的喷涂生产效率
5)微柬等离于喷涂：电源电流可在几十毫安到几十安之间，等离子柬直径可小到1—5mm。可在几十微米到几毫米工件上喷涂
6)反应式等离子疃涂：
7)新材料及新复合器件的制备：
6电弧热喷涂的电源设备
在早期就是用直流或交流焊机作电源，由于电压高，是下降特性，应用不理想，后来前苏联莫斯科变压器厂和列宁格勒”电气工人”工厂分别生产了为最大功率3．45KW，次级电压为20—35V分四绒原边抽头调节电压的小型电弧喷涂变压器和最大功率为26Kw，次级电压为21．6—60V分十二级原边抽头调节电压，最大额定电流为400A，最大短路电流为2000A的大型电弧喷涂变压器，该变压器为平特性，曾用于各种电弧喷涂，其实用平特性焊接变压器次级抽头调压、晶闸管初级凋压也可用于电弧喷涂．一般C02气保护焊直流电源为工作电压为17—30V，最大额定电流为200—500A的平特性直流电源，用于电弧喷涂是没有甚麽问题的．我国国产cTY—AS系列电弧喷涂设备为一硅整流平特性电源，分八级初级调压，送丝电机用或用交作宜流斩波电路控制晶闸管作无级调速．该系列电弧喷涂设备的主要技术指标如表3。
图略
参考文献略
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