电弧喷涂锌铝防腐技术

1． 表面预处理

    电弧喷涂锌铝防腐工艺中的表面预处理是一项非常重要的工作，包括表面清洗、表面预加工、表面粗糙化等方面。

 1）表面预加工由于电弧喷涂锌铝防腐可以进行轴类及机械零件的修复，所以在修复之前必须对工件表面进行预加工，也就是要将工件表面磨损部位用车（适合于轴类）或铣、刨（适合于平面）的方式加工平整，然后经表面粗化处理，喷涂上所需金属。表面预加工量视涂层厚度而定，一般要求在工件最大磨损量以下0.1~0.25mm。预加工时应特别注意边角的过渡，喷涂层边缘，特别是锐边，有可能使喷涂层剥落，所以边角处应加工成较大的圆角或倒角。平面预加工时，应将磨损最大处作为中心，向四周切削超过磨损部位较大的预加工面，中心处可以有较大的加工量，向四周扩散时逐渐平滑过渡到正常表面处，避免产生直角，造成边缘与正常表面结合处产生缝隙。电弧喷涂后，工件可以进行机加工，但最佳方法是磨削。

 2） 表面清洗表面清洗的主要目的是将待喷涂表面除油、去污、除锈等。普通的表面处理方法，如电镀、镀锌、热浸锌等一般用酸洗的方法进行表面清洗，如果用这种方法进行电弧喷涂表面清洗，不仅不能使待喷涂表面粗糙化，而且容易造成环境污染。现在已逐渐减少使用酸洗的方法进行表面清洗。由于喷砂方式即可以去除待喷涂表面的油污、锈蚀、氧化层等，还可以使待喷涂表面粗糙化，所以，目前利用喷砂的方法进行表面清洗是最好的方法。可以说，喷砂能够适合几乎所有方式表面处理前的预处理工作。 

 3） 表面粗糙化不管是用于防腐蚀工程，还是机械零件表面修复，电弧喷涂前最重要的工序就是将待喷涂表面进行粗糙化处理。表面粗糙化处理通常是用喷砂方法，如果是轴类修复，还可以用车螺纹或电火花拉毛的方法。目前，喷砂处理不仅是表面清洗的最好方法，也是表面粗化处理的最好方法。喷砂的材料（也称磨料）选用可根据工件的尺寸、形状及硬度来决定。通常使用的磨料有刚玉砂、石英砂、建筑砂、钢砂、铜矿渣等。磨料粒度一般在14~40目范围内，特殊情况也可选用更粗或更细的磨料。喷砂所用压缩空气的压力为0.5~0.7Mpa。磨料一定要洁净、锋利、多角。喷砂粗化程度应按国家标准执行，至少应达到Sa2.5级。检验粗化等级可以用专用的粗糙度仪，也可以凭经验在较强光线下从各个角度观察被喷砂表面，如果没有反射亮斑，即为合格。喷砂时使用的压缩空气必须无水、无油，喷砂完毕后用洁净的压缩空气将表面喷吹干净，去除尘土。喷完砂后最好在4小时内进行电弧喷涂，喷砂后的表面禁止用手触摸，特别是在搬运过程中一定要保持喷砂表面的洁净。

 2. 涂层质量控制

 1） 涂层致密度电弧喷涂的涂层致密度由熔化的金属粒子大小决定。金属粒子大则涂层表面粗糙，致密度不好；金属粒子小则涂层表面细密，致密度好。但并不是金属粒子越小越好。由于涂层质量还涉及到涂层的结合强度，如果金属粒子非常小，则涂层结合强度将会降低，而且也容易造成金属粒子碳化，变成氧化物，从而无法与工件结合。影响涂层致密度的因素主要是压缩空气的压力和流量，同时也与喷枪喷嘴的形状有关。以CMD-AS3000型电弧喷枪喷嘴为例，其结构设计比较合理，而且通过喷枪内的气室可以将两根金属丝材的端部完全包覆于压缩空气射流中，此时，如果压缩空气的压力、流量合适，金属丝材熔化时产生的熔滴就可以被很好地雾化，金属粒子尺寸就会明显降低，涂层组织也会细化，达到理想的致密度要求。电弧喷涂时压缩空气的压力一般为0.5~0.7Mpa,空气流量为1.6~2.0M3/分钟。

 2） 涂层与基体的结合强度电弧喷涂涂层与基体的结合强度取决于下列因素：

• 压缩空气的压力
• 压缩空气的流量
• 待喷涂表面的预处理程度
• 喷枪相对于工件表面的距离
• 电弧喷涂设备的送丝速度，也就是电流的大小
• 电弧电压

    提高压缩空气的压力可以使金属粒子增加撞击力，在金属粒子撞击工件表面时增大变形量，从而提高涂层结合强度。在提高压缩空气的流量时同样可以增加涂层的结合强度。

    由于表面预处理是电弧喷涂工作的重要环节，因此，要提高涂层的结合强度必须做好表面预处理。涂层结合强度不高的主要原因就是表面预处理效果不好。人们只重视电弧喷涂本身，却忽视了表面预处理。在用喷砂方式进行除油、除锈及表面粗化时往往不能正确地选择合适的砂料，而且不能正确的调节压缩空气的压力和流量，甚至喷出的压缩空气含有水气、油气，这些都会造成表面预处理程度较差，达不到电弧喷涂的要求。有时在进行表面预处理时的一切方法均按要求工作，预处理效果也很好，但是不注意对预处理表面加以保护，在放置或搬运时造成二次污染，使处理过的表面重新沾上油污、水气、粉尘等，电弧喷涂时仍属于不合格表面。

    喷枪相对于工件表面的距离可以影响涂层的结合强度。距离增加可以降低金属粒子的喷射速度，距离越大，金属粒子的喷射速度变慢，飞行距离变长，也就增加了金属粒子的氧化程度，氧化物过高，会造成涂层的结合强度下降。电弧喷枪相对于工件表面的距离应为150~200mm。

    电弧喷涂时的工作电流和电压对涂层的结合强度也会产生影响。并不是电压、电流越高越好。提高电压固然可以保证电弧稳定，提高电流固然可以增加电弧喷涂的生产率，但是，同时还可以造成金属的烧损，增加氧化物，从而降低了涂层的结合强度。因此，一定要根据金属丝材的材质以及涂层要求确定电弧喷涂时的电流和电压。

 3） 涂层硬度

    电弧喷涂过程中，涂层硬度的提高是由金属粒子附着在工件表面时压缩空气对其快速冷却而使金属组织发生变化来决定的。一般来说，影响涂层硬度的因素有以下几个方面：

• 金属丝材的化学成分
• 喷枪相对于工件表面的距离
• 压缩空气的压力、流量
• 喷涂电压、电流

    金属丝材的化学成分对涂层硬度的影响很大。金属丝材硬度越高，涂层硬度也会越高。当然，任何金属丝材在电弧喷涂时都会有部分碳烧损和氧化现象，如果一味地提高电流和电压，就会使碳烧损和氧化量增加，涂层硬度也会降低。适当地提高压缩空气压力和流量可以加速金属粒子冷却，提高涂层硬度。

    另外一个容易混淆的概念是在测量涂层硬度时一般是使用硬度仪来测量，当涂层喷好后，经机加工将表面抛光，然后选择多点用硬度仪测量出平均硬度值。但是，这样测量的结果并不准确，也就是说，并不是涂层硬度，而是涂层与工件的结合硬度。由于涂层较薄，且工件一般均为普碳钢等硬度较低的金属，当使用硬度仪“打”硬度时，通常会将涂层和工件的硬度一起“打”出来，此时的硬度是涂层与工件的结合硬度，与涂层本身的硬度相比会降低很多。因此，测量涂层硬度时应将涂层剥离，或将涂层附着在相对硬度相同或高于涂层材料硬度的工件时进行测量。

 3． 电弧喷涂规范参数

    电弧喷涂的主要技术参数是工作电压和电流，另外还包括压缩空气的压力和流量，喷枪与工件的相对距离等。

    由于金属丝材的材质不同，熔点、硬度也不相同，所以进行电弧喷涂时要根据丝材的材质选择工作电压和电流。一般来说，硬度和熔点较低的金属丝材使用的工作电压和电流也相对较低；硬度和熔点较高的金属丝材所用的工作电压和电流也相对较高。表一为电弧喷涂规范参数。

表一 电弧喷涂规范参数 

丝材名称	工作电压（V）	工作电流（A）	压缩空气压力（MPa）	压缩空气流量（M3/分钟）
锌	28	150	>0.5	>1.6
铝	34	180	>0.5	>2.0
不锈钢	37	250	>0.5	>2.0
铜	37	250	>0.5	>2.0
碳钢	32	200	>0.5	>2.0
管状丝材	38	250	>0.5	>2.0

    电弧喷涂时工作电压会随着电网电压有所浮动，当电网电压不稳定时，工作电压也可能产生变化。有些金属丝材对电压的稳定性要求比较高，所以应尽量避免电网电压波动。工作电压应根据空载电压来确定，工作电压比空载电压低2V左右。

    电弧喷涂设备电源上都有电压调节装置和电压表，通常电压调节装置为八档调节。以CMD-AS3000型电弧喷涂设备为例，各档电压为：0档—空档，1档—26V，2档—28V，3档—30V，4档—32V，5档—35V，6档—37V，7档—40V。电压表为数字式电压表，另外在送丝机构上还有一块指针式电压表。

    电弧喷涂设备的电流调节一般为无级调节，即0~300A。调节旋钮在送丝机构上，以指针式电流表显示。操作时应将电流首先调至零，然后逐渐调高，直至所需电流。工作电流的大小可以决定电弧喷涂的生产率，电流越高，送丝速度越快，生产率也就越高。

 4． 电弧喷涂后处理

    电弧喷涂时金属丝材熔化成极微小的金属粒子，涂层往往会有2~8%的孔隙。由于孔隙可能互相连接并从表面延伸的基体，造成基体不能百分之百地与外界隔绝，会使气体、液体等介质从孔隙渗入到基体，引起涂层与基体界面处腐蚀，达不到长效防腐的目的。为了避免孔隙造成基体“反锈”，就要用封孔的方法将孔隙填充，也就是电弧喷涂后处理。

    电弧喷涂后处理一般有下列几种方法：

 1） 涂料涂敷法：主要用于耐腐蚀涂层。利用涂料渗入涂层孔隙中，隔绝外部环境，进一步提高涂层对基体的保护效果。通常使用的涂料有清漆、环氧树脂等。

 2） 渗油法：适用于有油润滑的涂层。目的是提高涂层的储油性能和润滑性能。一般在涂层温度约60~90℃时用常规机油或润滑油涂刷在涂层表面。渗油还可以改善涂层的加工性能，并能防止磨削液渗入涂层中。

 3） 抗高温密封法：主要用于使用温度超过200℃的涂层，目的是改善涂层的抗高温氧化能力。一般可用硅酮树脂、无机硅酸盐料浆等。

 4） 自熔法：利用1000~1300℃的高温将涂层二次熔化，也叫重熔法。有火焰重熔、炉内重熔、激光重熔、电感应加热重熔等方法。

 5） 浸渗处理法：利用铅、锡、银、铜纤料的低熔点特性，在800~1000℃的真空炉或氢气炉内对高耐磨涂层进行1~2分钟的浸渗，改善涂层的强度和耐磨性。