摘 要 在一些重要零件或有特殊要求的零件加工中 ，需要该类零件的金属表面晶格结构具有一定的特性 ，而这些特性是零件的基本部分不具有或不能达到的性能。由于某些零件的形状、重量、基本性能 ，加工成本等要求 ，决定了零件基本部分不能全部采用类似表面性质的材料制造 ，针对这种情况 ，采用电火花表面喷涂技术是解决这种问题的首选工艺方法。电火花喷涂技术是一种硬度较低的导电材料附着于另外一种硬度较高的导电材料表面 ，从而改变或提高硬度较高的导电材料的耐磨性或其他机械性能和物理性能的一种工艺方法。
关 键 词 电火花喷涂 ；表面强化 ；喷涂层 ；合金化处理
0 引言
电火花表面喷涂是由于电火花加工技术发展的一种电加工方法 ，其加工原理与电火花加工原理相仿。是以表面涂覆为电极材料 ，直接利用电容器在电极与工件之间火花放电产生的能量 ，使电极熔融 ，甚至汽化 ，涂覆熔渗至工件表面 ，形成特殊性质的合金表面涂层。涂覆层具有高硬度 ，高耐磨性 ，抗腐蚀性及红硬性等优良特性。
目前国外许多国家对电火花喷涂技术有较深的研究 ，比如美国在 B-1，B-2 轰炸机起降装置的很多零部件的制造中使用了这一技术，很大程度的提高了起落装置的使用寿命，在苏-27飞机制造上电火花喷涂技术也得到了广泛的应用。
1 电火花喷涂改变金属微观组织原理分析
电火花喷涂加工过程中 ，在作为阳极的涂覆材料与作为阴极的工件接触瞬间 ，装置中电容器瞬间放电 ，两者之间放电电路中的瞬时电流和电流密度达到很高数值 ，是电极与工件之间产生电弧 ，由于这些连续且时间间隔相同的瞬间脉冲电流形成的电弧而产生的热量 ，就造成了电极材料和零件表层组织以极快的速度达到熔化 ，沸腾和蒸发 ，在此条件下组成电机的涂覆材料中的表面元素就会向零件转移 ，使零件的表面层合金化 ，同时零件表层在其加热溶化的瞬间 ，空气中的氮气和工作环境中存在的碳或碳化物 ，同时在电弧的作用下向零件基体发生渗碳和氮 ，伴随着渗碳和渗氮作用产生以及电弧作用是在一定频率下循环发生的 ，电极和零件的接触部分在极短的时间内加热至高温 ，然后当电弧间断时已加热融化的金属瞬时被冷金属及周围环境冷却 ，形成高频率淬火过程。
黑色金属在进行电火花表面喷涂时 ，主要发生的是下列基本工艺工程 ：1）热化学过程 ，例如金属表层被氮 ，碳或其他金属元素所饱和 ；2）热过程 ，例如电机和金属工件的表面融化 ，零件金属的表面硬化 ；3）电极和零件之间的金属元素的接触转移 ，合金表层的沉淀或扩散等。
电火花喷涂时 ，如果电极材料不使用较高的材料 ，而使用铜 ，铝或其他较软的金属作为电极进行喷涂时 ，也可以提高零件表层的显微硬度 ，这就证明了电火花表面喷涂过程中存在着表面高频淬火作用。
2 喷涂层的金属组织结构特点
在电火花放电过程中 ，由于电弧作用产生高温 ，可以使零件和电极熔融和汽化 ，又由于脉冲电弧放电的时间很短 ，其作用仅限于零件金属的表面。
电火花喷涂可分为三个部分 ，第一部分为基体层 ，该层主要以金属为主 ，仅有少量的涂覆材料渗入 ，其特性与金属基体进本相同。第二部分为合金层 ，这是一个过渡混合层 ，涂覆材料从合金层接近基体金属的底部到接近电机的顶部逐渐增多 ，而基体金属材料逐渐减少，涂覆材料和基体金属材料相互渗透，两者的数量大致相同。合金层是喷涂层中最为重要的一个部分，也是决定喷涂质量的关键因素。第三层是涂覆层 ，该层大部分是由电机材料构成 ，只有少量的基体金属渗入 ，其主要特性与涂覆材料得性能相同。涂覆层的相助特点是涂覆层较薄。
随着集体材料 ，电极材料 ，喷涂时的电源脉冲电流强度的参数 ，加工时的工艺方式及单位喷涂时间不同 ，各层在喷涂层中所占的比例略有改变。
喷涂层的显著特点是具有明显的合金层 ，合金层又分为白层和次层 ，次层位于白层的下方。白层的基本结构由不等量的奥氏体、马氏体、碳化物、氮化物等组成。白层的结构喷涂时电源的参数选择和振动频率无关 ，但会受到喷涂所用的电极材料 ，被喷零件及介质化学成分的直接影响。次层的结构在多数情况下不固定，各成分的比例也不尽相同，有时以马氏体为主 ，有时以屈氏体为主 ，其中还夹杂着一定的奥氏体。正是由于合金层的作用 ，使得零件的基体金属表面强度 ，硬度 ，耐腐蚀性得到了很大的提高 ，表面特征也得到了很大改善。从而可以满足某些零件对其金属表面特殊性能的要求。
3 电火花喷涂材料的选择
根据电火花喷涂原理以及实际使用情况 ，可以灵活的选择不同的喷涂材料进行电火花喷涂 ，以满足不同零件的各种性能要求。
在通常情况下 ，可使用铜合金等硬度值低于基体材料的喷涂材料来提高表面耐磨性 ，提高零件表面硬度等性能时 ，则使用硬质合金等材料。例如在实际生产实际中 ，根据苏 27 型飞机的技术要求 ，主要选用了铝青铜 ，铍青铜等青铜系列合金作为电火花喷涂的电极材料。
由于青铜的耐磨性优良 ，而且硬度低 ，常用于各种耐磨零件的制造 ，并在关键配合的接触面上加以应用 ，用以保证配合零件的使用效果和使用寿命。特别是对于船舶行业 ，使用电火花喷涂耐磨青铜技术可以修复磨损的零件和相关配件 ，以降低大修成本。
4 火化喷涂的操作要点和工艺参数选择
电火花喷涂过程是一个熔融结合的合金华过程 ，喷涂层的厚度及硬度是由电火花表面喷涂时脉冲电流强度参数的选择 ，电功率的大小 ，电极震动的频率 ，电极与零件之间的接触面积的大小 ，电极材料的性质 ，选用喷涂设备的电容量以及单位喷涂时间等一系列因素决定的。电火花喷涂设备的工作电压和电容量决定于喷涂时电极与零件接触时的放电时间的长短及放电量 ，这将直接影响金属基体表面层和电极材料的熔融状态。合金化涂层决定金属表面强化质量。合金化处理时间 ，合金化面积等工艺参数 ，均对金属表面效果和强化层性能有着较大的影响。进行工艺参数的累积选择和优化 ，是电火花表面强化技术的重要组成部分。
合理选择档位 ，对于不同体积 ，不同几何形状及不同材质的零件要选择不同档位。电火花喷涂操作时如选用较高档位 ，可以在相同的时间内得到较厚的涂覆层。30CrMnSi 材料 ，用铝铜作电极进行电火花喷涂 ，选择不同的档位时 ，涂覆时间与涂覆层厚度关系曲线如图 2 所示。
喷涂时电极与零件的间隙控制 ，是保证加工质量的重要因素 ，间隙过小就会造成令箭与电极短路而粘连烧蚀 ，间隙过大就不会形成电弧 ，达不到电火花喷涂效果。经过试验和试生产总结确定 ，间隙控制在 0.3mm~0.6mm 之间。
电火花表面喷涂技术在正确的操作过程中不会导致基体金属抗疲劳强度降低，但是在加工过程中要注意避免零件的变形。由于电火花喷涂层的厚度较薄 ，并且仅改变基体表面的性能 ，所以利用电火花喷涂技术喷涂加工过的金属基体材料对其冲击韧性的影响可以忽略。
5 结论
电火花喷涂技术是一种电火花加工技术 ，电火花喷涂过程是一个金属熔融结合的冶金化过程 ，因此改变了金属表面层的合金成份和组织结构 ，从而提高了金属零件的表面硬度 ，耐磨性 ，抗腐蚀性 ，及红硬性等优良性能 ，并且这一合金化表层与金属基体有着很强的结合力 ，这就保证了零件使用的可靠性。
这一新技术的应用，对于船舶大修中各类磨损零件的修复，和新品的加工都有着重要意义和适用性。使用电火花喷涂技术可以对零件和相关的配件进行恢复性修复 ，不但可以解决零件的外购困难 ，同时也可以减低大修成本。
参考文献略
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