电弧喷涂技术的发展及应用.pdf

2010年第3期
农业装备与车辆工程
32010
(总第224期
AGRICULTURAL EQUIPMENT& VEHICLE ENGINEERING
(Totally 224
doi:10.3969isa-1673-3142.2010.03.007
电弧喷涂技术的发展及应用
王有喜,张勇,张春明,王超
(山东理工大学机械工程学院,山东淄博255049)
摘要:介绍了电孤喷涂技术的工艺过程和防腐机理,论述了技术的主要特,点、应用和研究进展。
关键词:电弧噴涂;防腐机理;应用;进展
中图分类号:TG174.442文献标识码:A文章编号:1673-3142(201003-0026-04
The Development and Application of Are Spraying Technology
WANG You-xi, ZHANG Yong, ZHANG Chun-ming, WANG Chao
(School of Mechanical Engineering, Shandong Univerity of Technology, Zibo 255049, China
Abstract: The technological prcess and antisepsis mechanism of am praying echnology was in roduced. The main characteristic
application and research development of the technique was discussed.
Keywords: arc spraying; antisepsis mechanism; application; development
电孤喷涂技术(简称AS)是热喷涂技术的一性。当两根丝材端部接触时,由于短路产生电弧,
个重要分支,它是以两根金属丝材作为电极,在喷其温度约为6000℃,可使丝材端部瞬间熔化。用压
枪端部相交短路产生的电孤为热源,使金属丝材缩空气将电弧熔化的金属雾化成微熔滴,熔化的
熔化,金属雾化成微熔滴,并将徽嫆滴加速喷射到金属液滴在丝材喷端被压缩气体带走、雾化,然后
工件表面上,继而沉积、冷却而形成涂层的一种工在基体表面冷却、沉积而形成涂层。喷射沉积时
艺。从原理上讲,它可以喷涂除极易升华的物质嫆粒的喷射速度可达200m/s。
外的任何材料,具有施工灵活、节省材料、能源等
特点。在高温、高压、重载及腐蚀介质等环境下,大
送丝液轮
丝轮
多数材料表面易产生腐蚀及氧化等。电弧喷涂作
为表面技术之ー,在其容易产生安全隐患的部位
进行防护,可以大大减少事故出现的几率,提高设
压绵空
备运行效率。尤其是近几年各种新丝材的研发和
喷徐层
超音速以及大功率二次雾化喷涂技术的应用,使
其得到了快速发展,部分取代了火焰喷涂和等离
子涂。
图1电弧喷涂工艺示意图
1电弧喷涂工艺过程分析
2电弧喷涂技术的防腐机理
下图1所示为电弧喷涂的工艺示意图。在喷2.1钢铁腐蚀机理
涂时,两根丝状喷涂材料经送丝机构均匀连续地
钢铁腐蚀的机理可分为化学腐蚀和电化学腐
送进噴枪的两个导电嘴内,导电嘴分别接喷涂电蚀以及多种因素共同作用,化学腐蚀是钢铁在干
源的正、负极,并保证两根丝材端部接触前的绝缘燥气体(如氧、氯、硫化氢等)和非电解质溶液中进
行化学反应的结果,在腐蚀过程中不产生电流。电
化学腐蚀是钢材和腐蚀介质发生电化学反应而引
收稿日期:2009-12-06
作者筒介:王有事(9-),月,土究生,山人,开克方起的腐蚀,在腐蚀过程中有阳极和阴极区,电流可
向:新型金属材料的研究。
以通过金属在一定的距离内流动,钢材在各种电
万方数据
王有喜等:电弧喷涂技术的发展及应用
2010年3月
介质溶液(如海水、酸、碱等)中的腐蚀多属于电化状丝材和自粘结丝的出现,电弧喷涂层的硬度、耐
学腐蚀。
磨性和结合强度大大提高,使这项技术应用于零件
2.2电弧喷涂防腐机理
修复和表面改性抗高温腐蚀提供了可能性。
由于锌、铝金属涂层的自腐蚀电位都比钢结3.2.1电弧喷涂快速制模技术
构低,因此涂层具有牺牲阴极的保护作用,锌、铝
电弧喷涂制模技术是将两根带电的制模专用
涂层在腐蚀介质中属于去氧腐蚀,铝涂层还有很金属丝通过导管不断地向前输送,金属丝在喷枪
强的钝化作用,因此锌、铝及其合金涂层在腐蚀介前相交形成电弧金属丝经电弧熔化,在压缩空气
质中腐蚀比较缓慢,腐蚀电流小,具有良好的耐腐的作用下,将熔化的金属雾化成金属微粒,并以
蚀性能,使复合涂层的耐腐性能大大提高,具有其定的速度喷射到样模表面,一层一层地相互叠加、
它涂层无法比拟的长效防腐功能。在电弧喷涂锌、雄积而形成高密度、高结合强度的金属喷涂层,即
铝的工艺中,锌、铝与钢材基体形成机械和治金相模具型腔的壳体(或实体),从而形成了所需的模
结合的涂层,金属铝、锌在雾化过程中,与气流中具型腔。电弧喷涂快速成型模具的工艺流程如下
的氧气反应,在涂层中形成化学性能稳定的致密图2所示。电孤喷涂具有生产周期短、制模成本
保护膜,能有效地把环境介质与钢铁基体隔离开低、原形尺寸不受限制等优点,尤其适用于难以机
来,起“帘栅屏蔽"作用。同时,从理论上分析锌的械加工,图形复杂,带有装饰花纹的型腔模具。目
自腐蚀电位比铝低,能与钢材基体构成较大的腐前,快速成形技术主要用于生产注塑模、压鯖模
蚀电位差,防腐蚀效果较为理想,但人吸人过量锌等,这些模具一般具有复杂的型芯和型腔,用传统
粉后,会造成锌中毒,同时污染环境,因此电弧喷方法加工相当困难,而用电弧喷涂快速成型方法
涂铝更为常见。
制作模具,则丁.艺简单、精度高。可用于反应注塑
成型工艺中的聚氨酯零件如汽车的驾驶盘、仪表
3电弧喷涂技术的特点和应用
盘、坐垫、靠垫、阻流板、民用建筑的隔热材料、轻
3.1电弧喷涂技术的特点
工业中的鞋底等。我国利用2m丝材电弧设备,
电弧喷涂具有下述特点:效率高,电弧喷涂单对电弧喷涂制模具技术进行了比较系统的研究和
位时间内喷涂金属的重量大,电弧喷涂的效率正开发,在脱模剂、制模材料、制模工艺等方面都取
比于电弧电流,比火焰喷涂提高26倍:涂层性得了一定进展。
能优异,喷涂层与基体结合强度可以达到25.MPa,
快速原型
硅橡胶模
石膏模型
电弧喷涂模
为火焰喷涂的25倍结合强度高,电弧喷涂层的制作
的制作
的制作
具的制作
与钢材基体具有优良的涂层结合力,在轻微的弯
图2电弧喷涂快速成型模具的工艺流程
曲、冲击或碰撞下也能确保防腐凃层不脱落、不起
皮、结合牢固;喷涂工艺灵活,其加工对象小到3.2.2长效防腐涂层的应用
10mm的内孔,大到如铁塔、桥梁等大型构件间;能
锌、铝金属涂层具有良好的耐腐蚀性能,使复
源利用率高,能耗少,电弧直接作用在喷涂金属的合涂层的耐腐性能大大提高,具有其它涂层无法
端部熔化金属,能源利用率可达90%,是所有热喷比拟的长效防腐功能。虽然氧化层非常致密,但涂
涂方法中能源利用最充分的一种;安全度高,电弧层中仍有微小孔隙,可在锌、铝涂层上加有机涂料
喷涂技术仅使用电和压缩空气,不使用易燃气体,做