工件表面粗糙处理资料

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1、 章节 4 操作手册操作手册 4.1 喷枪操作参数喷枪操作参数 喷枪的操作参数，包括气体 / 燃料的流量、压力、送粉率，在 研发新型涂层的配置和生产时会用到这些参数。同时，这些设 置参数是与控制台、送粉器、喷枪等的硬件设备紧密相关的。 下列因素会影响涂层质量： 工件表面准备工作 部件的冷却 过喷控制 硬件设备的选择 粉末特性 喷枪及部件操控 重要提示重要提示： 热喷涂系统须由接受过培训的合格人员操作热喷涂系统须由接受过培训的合格人员操作 具体启用设备细节请参照控制操作手册具体启用设备细节请参照控制操作手册 开始喷涂前应确保电缆、水管与喷枪连接完好开始喷涂前应确保电缆、水管与喷枪连接完好 4.2

2、 表面准备处理工作表面准备处理工作 热喷涂前进行表面处理会使得涂层的结合能力更强，处理 的过程通常包括剥离污垢及将工件表面粗糙化。污垢会降 低涂层的结合能力，所以要进行污垢剥离处理。表面粗糙 化可以扩大表面积，起到增加结合能力的作用。 41424.2.1 污垢剥离和清理污垢剥离和清理 污垢可以通过多种方式产生，如处理、切割、加工、辊轧、 铸造时，这些污垢会覆盖到工件表面或在工件表面蒸发，影 响喷涂颗粒的冷却或湿化特性， 直接导致热喷涂层的性能降 低。 进行表面粗糙处理的前后（通常是喷沙打磨） ，采用超音速 清洗的方式是一个不错的选择。打磨之后进行清理，可以清 除沙尘、嵌入的砂砾、处理时的油污及

3、压缩时气体产生的痕 迹。清洗的方式有很多，主要根据当地部门规定的健康和安 全生产原则以及个人的选择而定。 多数人会选择环保的清洗 方式，比如：植物制剂的清洗产品。 但是，超音速清洗并非适用于所有情况，规模过大的设 备通常用加压的蒸汽或加压的热水来清洗。 在喷沙打磨之前 准备涂层的多孔渗透层时，通常将工件置于 450oF（232 oC） 的温度下烘烤 1 个小时左右。烘烤可以破坏污垢的结构，这 样就可以轻松地在对工件进行喷砂打磨、漂洗和喷涂了。 4.2.2 表面粗糙化处理的方法表面粗糙化处理的方法 我们推荐的表面粗糙化方法 125 400 RMS 表面粗糙化处理通常使用氧化铝冲击打磨， 还有其他

4、种类 的粗糙处理材料，比如：金刚砂、玻璃、沙子、各种炉渣 （矿渣） 、铁、钢等。粗糙程度通常用微英寸或微米表示， 并且采取统计平均值，例如：125 微英寸 AA （算术平 均值）或 CLA （中心线平均值） 。 仅做表面粗糙化处理对于涂层来说是不够的， 重要的是处 理后工件表面的粗糙程度 （每英寸内所具备的粗糙点数） 。 如果工件的孔隙粗糙率很低，那么涂层的效果就不会很 好。 另外一个很重要的因素是工件表面的形态， 表面有棱角的工件要选择专用的棱角喷涂专用砂， 这样会获得更好的表 面效果。有时使用冲压打磨处理，也可得到更圆润的表面 轮廓。 打磨部件变钝、有沙尘和有污垢时应重新更换 喷砂打磨设备

5、只用于热喷涂层工件表面的清理， 不得用于 普通物件的清洗。同时应确保打磨设备清洁、无油污及干 燥。 打磨砂的选择 打磨砂的类型是由其成本，性能和应用技术三方面而定。 以下有几项选择可以保证涂层的性能。 我们推荐的氧化铝打磨砂尺寸我们推荐的氧化铝打磨砂尺寸 -10+30 -14+40 -30+80 小心嵌入的打磨砂小心嵌入的打磨砂。 有些材料的表面比较容易被打磨 砂嵌入， 嵌入的打磨砂会在工件表面产生压应力， 最 终破坏涂层结构。 金刚石和玻璃作为打磨材料不是很 理想， 因为他们极易污染工件表面。 氧化铝是打磨砂 中最理想的选择。 小心残留的打磨砂。小心残留的打磨砂。残留的打磨砂也会引发问题。硅

6、 土类材料会在高温状态下与覆盖在工件上的涂层发 生化学反应。铁与铝合金的合成物会与硅土类物质 反应后形成低熔点合成物，这种合成物在工作温度 升高的状态下同样会与工件表面的涂层反应而产生 问题，所以要根据涂层系统和其要适应的环境来仔 细选择喷砂打磨方法。 选择合适的打磨砂选择合适的打磨砂。 在进行可熔或激光金属涂层喷涂 之前对工件进行打磨的时候， 残余的陶瓷碎片就会阻 碍或减弱涂层的附着力。所以对于可熔涂层，钢或铁 质打磨砂是比较理想的选择。 4344 考虑打磨砂成本。考虑打磨砂成本。昂贵的打磨材料。如：氧化铝，它 的成本太高。在通常的打磨条件下，打磨砂的用量是 每小时几百磅，在开放式的工作条件

7、，并且从事大规 模建设的打磨工作时，氧化铝是无法恢复和回收的， 但是炼铜和熔铁后的炉渣成本很低， 对于建筑工程来 说比较合适。 其他影响打磨的因素还有很多，比如：气压、喷嘴尺 寸（ID） 、 喷砂距离和喷射角度。 打磨砂的速度由气压和喷嘴的尺寸决定。 尺寸为1/4 英 寸的喷嘴最为常用。一般而言，气压是在处理过程中 设定好的， 既然气压值固定， 随着喷嘴的磨损 （ID 增 加） ，打磨砂速率就会下降。所以，喷嘴的ID值就成 为整个打磨质量的重点。 可以在喷砂打磨过程中通过 一个ID测量仪对ID进行跟踪监测。 大量的喷砂打磨都是通过手工完成。所以，距离和打 磨角度都可变， 这两个可变因素所产生的

8、公差是合理 的。距离变化 1 英寸（2.5 厘米）或角度改变几度， 其影响都可忽略。最主要的一点是：打磨的角度要与 工件表面垂直（即成 90 度角） 。对于少数的几种打磨 材料和打磨介质， 5-15 度的打磨角度会减少打磨砂在 工件表面的颗粒覆盖嵌入量。 在表面粗糙处理方面， 更改打磨砂的尺寸要比改变气 压更好。升高气压只会些微地增加工件表面的粗糙 度，但是打磨砂在工件表面的嵌入量会增加，而且工 件表面的硬度也会增加。如果稍微改变打磨砂的尺 寸，就可以更好地对表面粗糙化程度进行控制，而且 不会产生高压打磨时的副作用。 其他粗糙打磨技术：除通常的粗糙打磨技术外，还可 以通过机械加工来形成粗糙的表

9、面， 如： 粗糙的螺纹、 压花纹等用来改变工件表面的形态， 上述的表面粗糙 制造技术虽然有自身的操作价值但都比较落后， 而且 这些技术主要是应用在轴状物的表面粗糙打磨上。 一 根轴如果被切开，它的横截面就会缩小。 （因此早先 的这种方法安全系数很低） 。高强度材料、淬火后的 钢铁等都非常容易出现疲劳裂缝。 而且新设备中的高负荷和 RPMs 设计也都增大了疲劳裂缝出现的可能 性。 特殊情况处理特殊情况处理：在喷砂打磨易损材料时要小心，比 如： 钛。 喷砂打磨时钛会在工件表面产生压缩应力， 所以最好在打磨之前对工件表面进行敲击打平处 理， 这种处理会在很多应用领域里减轻打磨所产生 的副作用。 珠子

10、状态的玻璃或者金属可以作为敲击 打平处理的材料。 4.2.3 遮蔽遮蔽 HVOF 涂层必须在一个固定的位置被遮蔽住， 这就要 求在喷砂打磨和涂层喷涂时对其进行遮蔽。 金属遮蔽应用在生产领域是非常合适的。 其加工成本 与手工遮蔽的操作成本持平。 在加工时可以使用石 墨、 不退色墨水或者其他合成物来缩短清理时间并同 时延长遮蔽带寿命。 加热时避免防溅抗粘物质流动或烧焦，避免低温胶 带粘连， 一旦胶带烧焦或漏气可能会污染涂层和工件 表面。 传统的遮蔽材料包括： 电玻璃胶带和特氟纶绝缘玻璃 胶带，这两种材料在喷砂打磨时性能还可以，但是在 使用 HVOF 时，他们的性能就不理想了。 4.3 部件冷却部件

11、冷却 在工件表面发生粉末撞击的临界处， 通过冷却喷枪在 临界处提供喷气气流或 CDA 气流。冷却气体将工件 表面冷却并将表面烟尘及未熔颗粒吹走。 冷却气体的 选择要根据所喷粉末而定，如果允许存在氧化物，可 以采用 CDA，对于已经发生氧化的物质，可以选择 氩气和氮气。钛容易形成氮化物，所以用氩气作为钛 的氧化物比较合适。另外，二氧化碳也可以用作冷却 气体。 45464.4 粉末特性粉末特性 大多数粉末的熔点都低于 2900o F (1600oC)，液态的粉 末可以用 5220 和 5250 型喷枪进行喷涂。 4.4.1 粉末的尺寸和种类粉末的尺寸和种类 要通过颗粒的喷涂能力和性价比来考虑颗粒的

12、尺寸、 种 类和公差。一般，HVOF 喷涂系统不会使用尺寸大于 240 号（66 微米）的颗粒，尺寸小于 10 微米的颗粒也 不推荐使用。通常，粗糙的粉末在低应力下会产生较厚 的涂层（高黏着力） 。高质量的粉末所喷涂层更加光滑 而且金相结构也更好。但是，好的粉末残余应力相对来 说更大，这就限制了涂层的厚度并同时降低了结合强 度。制造精良的粉末，不论粗糙还是细腻，所喷出的涂 层都会非常质密。 热喷涂所用粉末应该是单峰形式分布的 （弯曲部分像 铃铛形状的分布） 。不成正态分布的粉末 （弯曲部分出 现双峰形式）会引起粉末的脉冲波动，从而导致涂层质 量低下，并会影响喷枪的操作。 Paraxair 热喷

13、涂粉末是专门为热喷涂工艺而设计的。 4.4.2 粉末喷涂的基本要求 喷涂材料不同时其喷涂参数亦不同， 其参数包括： 熔点、 具体热量、热传导率、具体重力、粉末尺寸和种类。最 根本的目的就是在喷涂的瞬间让粉末达到最适宜的温 度和速度。 如果所喷粉末没有操作参数， 可以利用与其参数相似的 粉末，选择时，两种粉的热性、具体重力和粉末尺寸都 要接近。开始实验时先用短枪管的粉。如果涂层硬度、 密度不够或者粉末无法覆盖在工件表面上， 那就换成长 枪管的粉再作尝试。 第 5 章对涂层的处理和加工会有详 细介绍。 474.5 喷枪的操作喷枪的操作 喷涂所需涂层时，喷枪的表速度、频率、平衡、喷射角 度都是变量。

14、 一般情况下，喷枪的表速度大约是 1200 in/min (0.5 m/sec), 这个速度适用于大多数的情况。理想的表速度 所形成的粉末沉积分别应该是：金属材料 大约 0.001 in/pass (25.4 microns/pass)、碳化材料 .0.005 in/pass (12.7 microns/pass)。 定位于上述速率的喷涂速度会减少残余应力， 最大限度 地增加涂层厚度，并降低孔隙率。对于枪的运转速率， 是由所需涂层的特性决定。 频 率 是 喷 枪 运 作 的 变 量 。 一 般 所 需 的 频 率 是 0.124-0.200 英寸。 （3-5mm）/转。频率需要调整以防止 脱模。 投射距离是指从喷枪前端到工件表面的喷射距离。 在这 段距离内，喷枪前端与工件表面的传导热量最低，而粒 子的温度却已足够高。 5220 型喷枪的投射范围是： 13-15 英寸 （330-381mm） 。喷射的焰流应垂直与工件表面 (偏差在+/-15 度以内)。