1電弧噴涂的原理

　　電弧噴涂是利用兩根連續(xù)送進(jìn)的金屬作為自耗電極跑杭，在其端部產(chǎn)生電弧作為熱源嚷那，利用壓縮空氣將熔化了的絲材霧化瞻想，并以高的速度噴向工件表面形成涂層的一種熱噴涂方法压真。噴涂時(shí)，兩根絲狀金屬噴涂材料通過(guò)送絲裝置均勻連續(xù)的分別送進(jìn)電弧噴涂槍中的導(dǎo)電嘴內(nèi)蘑险，導(dǎo)電嘴分別接電源的正負(fù)極并保證兩根絲材在未接觸前的可靠絕緣滴肿。當(dāng)兩根金屬絲材端部由于送進(jìn)而相互接觸時(shí)，發(fā)生短路而產(chǎn)生電弧佃迄，使絲材端部瞬間熔化泼差，壓縮空氣將熔融金屬熔化成微熔滴，以很高的速度噴射到工件表面呵俏，形成電弧噴涂層堆缘。

　　2電弧噴涂工藝的特點(diǎn)

　　電弧噴涂作為一種新型的熱噴涂方法，有許多顯著的優(yōu)點(diǎn)柴信。

　　2.1涂層結(jié)合強(qiáng)度較高守犯、硬度高费犯、孔隙率低

　　電弧噴涂時(shí)浸弦，熔滴溫度可達(dá)6000℃以上， 微熔滴加熱溫度绷冈、噴射速度都比火焰噴涂時(shí)高弹噩，因此粒子的動(dòng)能和熱能都比較高，從而獲得較高的結(jié)合強(qiáng)度和涂層強(qiáng)度帐等。試驗(yàn)證明国赫，電弧噴涂的結(jié)合強(qiáng)度約是火焰噴涂層的2.5倍。電弧噴涂形成的涂層硬度要比噴涂材料高30％－80％颤赤。電弧噴涂涂層的孔隙率小于8％勉窟，低于火焰噴涂所得的涂層的孔隙率。

　　2.2生產(chǎn)率高暑锈、安全可靠糊批，噴涂工件不變形

　　電弧噴涂的生產(chǎn)率正比于噴涂電流，它的高效率表現(xiàn)在單位時(shí)間內(nèi)噴涂金屬的用量大哀卿。試驗(yàn)證明：噴涂電流為300A時(shí)叛赚，噴Zn效率可達(dá)30kg/h，噴Al可達(dá)10 kg/h稽揭。電弧噴涂技術(shù)僅使用電源和壓縮空氣俺附，不用氧氣、乙炔等易燃?xì)怏w，安全性高事镣，噴涂工件不變形步鉴。

　　2.3能源利用率高，噴涂成本低

　　電弧噴涂的節(jié)能效果十分突出璃哟，能源利用率顯著高于其他噴涂方法唠叛，而能源費(fèi)用降低50％以上。除它的能源利用率很高外沮稚，加之電能的價(jià)格又遠(yuǎn)低于氧氣和乙炔艺沼，其費(fèi)用通常僅為火焰噴涂的1/5～1／10，等離子噴涂成本的1/5～1／20蕴掏，而其噴涂效率卻提高了近一倍障般。

　　2.4設(shè)備造價(jià)低、使用維修方便盛杰、便于現(xiàn)場(chǎng)施工

　　電弧噴涂設(shè)備成本只有等離子噴涂設(shè)備的1/4～1／6瘾枉。而且電弧噴涂設(shè)備體積小、重量輕贼欧、移動(dòng)方便缆兆、易損件少，維修方便勤友，易于現(xiàn)場(chǎng)施工狡允。

　　3電弧噴涂設(shè)備及材料

　　3.1 電弧噴涂設(shè)備

　　電弧噴涂設(shè)備由電弧噴涂槍、控制箱李联、電源页本、送絲裝置及壓縮空氣系統(tǒng)等組成。

　　(1) 電弧噴涂電源

　　國(guó)外近年來(lái)電弧噴涂電源均采用平的伏安特性睬够。過(guò)去采用直流電焊機(jī)作為電弧噴涂電源壮才，由于電焊機(jī)具有陡降的外特性，電弧工作電壓在40V以上枯瞒，使噴涂過(guò)程中碳燒損大口箭，降低涂層硬度。平的伏安特性電弧噴涂電源可以在較低的電壓下噴涂吻育，使涂層中碳的燒損大為減少(約減少50％)念秧，可以保持良好的弧長(zhǎng)自調(diào)節(jié)作用，能有效的控制電弧電壓扫沼。平特性的電源在送絲速度變化時(shí)出爹，噴涂電流迅速變化，維持穩(wěn)定的電弧噴涂過(guò)程缎除。根據(jù)噴涂絲材選擇一定的空載電壓严就，改變送絲速度可以自動(dòng)凋節(jié)電弧噴涂電流总寻，從而控制電弧噴涂的生產(chǎn)率。

　　(2) 電弧噴槍

　　電弧噴槍是電弧噴涂設(shè)備的關(guān)鍵裝置梢为。其作用是將連續(xù)送進(jìn)的絲材在噴槍前部一定的角度相交渐行，由于絲材各自接于直流電源的兩極而產(chǎn)生電弧，從噴嘴噴射出的壓縮空氣流對(duì)著熔融金屬吹散形成穩(wěn)定的霧化金屬粒子流铸董。

　　3.2 電弧噴涂材料

　　電弧噴涂材料主要包括有色金屬絲材(鋁祟印、鋅、銅粟害、鎳等金屬及其合金)蕴忆、黑色金屬絲材(碳鋼，不銹鋼)脏貌。目前泡煌，國(guó)內(nèi)外試用2-3mm的粉芯絲材，在其中填充所需的合金粉末站绑，以獲得合金噴涂層焦莉。

　　(1) 鋅及鋅合金

　　鋅為銀白色金屬，在大氣或水中具有良好的耐腐蝕性季佣，對(duì)鋼鐵基材還具有電化學(xué)保護(hù)作用份帮。而在酸、堿溪茶、鹽中不耐腐蝕手财，當(dāng)水中含有二氧化硫時(shí)，它的耐腐蝕性能很差侈滚。在鋅中加入鋁可以提高噴涂后的耐腐蝕性能氯鲫，因此目前大量使用Zn-A1合金噴涂材料。鋅噴涂層已廣泛應(yīng)用于室外露天的鋼鐵構(gòu)件坞角，如水門閘、橋梁吸占、鐵塔和容器等晴叨。

　　(2) 鋁及鋁合金

　　鋁用作防腐噴涂層時(shí)，作用與鋅相似矾屯。它與鋅相比兼蕊，比重輕，價(jià)格低廉件蚕，在含有二氧化硫的氣氛中耐腐蝕效果比較好孙技。在鋁及鋁合金中加入稀土元素不僅可以提高涂層的結(jié)合強(qiáng)度而且可以降低孔隙率。鋁還可以用作耐熱噴涂層排作。鋁在高溫作用下牵啦，能在鐵基體上擴(kuò)散亚情，與鐵發(fā)生作用生成抗高溫氧化的Fe3A1，從而提高了鋼材的耐熱性哈雏。鋁涂層己廣泛應(yīng)用于貯水容器楞件、硫磺氣體包圍中的鋼鐵構(gòu)件、食品貯存器裳瘪、燃燒室土浸、船體和閘門等。

　　(3) 銅及銅合金

　　純銅主要用作電器開(kāi)關(guān)和電子元件的導(dǎo)電噴涂層及人像熟央、工藝品交豪、水泥等建筑表面的裝飾噴涂層。黃銅噴涂層廣泛用于修復(fù)磨損及加工超差的零件冗宠，修補(bǔ)有鑄造砂眼瀑兜、氣孔的黃銅件，也可作為裝飾噴涂層使用苟可。鋁青銅涂層的結(jié)合強(qiáng)度高按翅，抗海水腐蝕能力強(qiáng)，并具有很好的耐腐蝕疲勞和耐磨性想阎。主要用于噴涂水泵葉片憾侮、氣閘閥門、活塞瓤梦、軸瓦表面选畴。

　　(4) 鎳及鎳鉻合金

　　鎳合金中用作噴涂材料的主要為鎳鉻合金，這類合金具有很好的抗高溫氧化性能辙使，可在800℃高溫下使用作瞄，是日前應(yīng)用很廣的熱阻材料。鎳鉻涂層可以耐水蒸氣危纫、二氧化碳宗挥、一氧化碳、氨种蝶、醋酸及堿等介質(zhì)的腐蝕契耿，因此，鎳鉻合金被大量用作耐腐蝕及耐高溫噴涂層螃征。例如搪桂，美國(guó)采用45CT(45％Cr、4％Ti盯滚，其余為Ni)絲材電弧噴涂鍋爐管道取得了良好效果踢械。

　　(5) 碳鋼和低合金鋼

　　碳鋼和低合金鋼是廣泛應(yīng)用的電弧噴涂材料。它具有強(qiáng)度較高魄藕、耐磨性好内列、價(jià)格低廉等特點(diǎn)撵术。電弧噴涂過(guò)程中碳和合金元素易燒損，易于造成涂層多孔和氧化物夾渣德绿，使涂層性能下降株速，因此采用碳元素較高的碳鋼，以彌補(bǔ)碳元素的燒損彻盐。

　　(6) 粉芯絲材

　　國(guó)內(nèi)外已采用粉芯絲材作為電弧噴涂材料唉箩，我國(guó)已應(yīng)用3Crl3、4Crl3晕忙、7Crl3等絲材作為耐磨噴涂材料交鹊，同時(shí)具有良好的抗高溫穩(wěn)定性。

　　4電弧噴涂工藝在模具制造中的應(yīng)用

　　4.1 金屬噴涂制模法是模具快速制造的新技術(shù)

　　電弧噴涂在模具制造中的應(yīng)用主要體現(xiàn)在模具的快速制造膛画，也可用于模具的修復(fù)酥盼。西安交通大學(xué)2003年通過(guò)鑒定的“金屬噴涂快速模具制造技術(shù)及設(shè)備”成果，通過(guò)技術(shù)攻關(guān)癞亩，形成了以快速原型技術(shù)和金屬電弧噴涂技術(shù)為核心的模具快速制造集成系統(tǒng)传等，并在企業(yè)成功地實(shí)現(xiàn)了成果轉(zhuǎn)化。該成果將快速原型绪痘、金屬噴涂以及電刷鍍等技術(shù)有機(jī)結(jié)合鹉奸，形成快速模具制造集成技術(shù)，其工藝過(guò)程包括：噴涂母模準(zhǔn)備钱雷、基體處理骂铁、金屬電弧噴涂、填充背襯材料罩抗、電刷鍍等環(huán)節(jié)拉庵。

　　金屬噴涂快速模具主要由金屬噴涂層、電刷鍍層以及背襯材料構(gòu)成套蒂，呈現(xiàn)梯度結(jié)構(gòu)特點(diǎn)钞支，其中電刷鍍層提高了模具表面硬度（大于HV500）和耐磨性（提高3~10倍），玻璃鋼層和環(huán)氧樹(shù)脂層提高模具的整體機(jī)械性能泣懊，高強(qiáng)度水泥背襯降低了模具制造成本伸辟。該項(xiàng)技術(shù)適用于汽車制造和模具制造企業(yè)，能實(shí)現(xiàn)大型沖壓模具的快速制造馍刮，滿足一般汽車覆蓋件快速模具制造要求，制造成本只有傳統(tǒng)機(jī)械加工鋼模具的1/10窃蹋，制造周期為后者的1/4~1/5卡啰，經(jīng)濟(jì)效益十分可觀，非常適合于新車型開(kāi)發(fā)中的樣車試制和小批量生產(chǎn)警没。

　　該技術(shù)也可以用于注塑模具快速制造匕冠。在注塑呐呱快速原型制造中，金屬電弧噴涂制模法以樣模為標(biāo)準(zhǔn)逾族，模具型腔尺寸渡厦、幾何精度完全取決于樣模，型腔表面及其精細(xì)花紋一次同時(shí)形成床斜，故制模速度快审鸿，制造周期短，模具壽命長(zhǎng)好侈，成本低超茎，僅為數(shù)控法加工鋼模具的1/3~1/5，模具表面光潔度好瞻聪，工藝簡(jiǎn)單标霎，設(shè)備要求低，比較適合于注射成型模椎崎、壓鑄模铡说、板料壓延模的快速制造。

　　4.2金屬電弧噴涂制模法具體工序

　　金屬電弧噴涂制模的工藝過(guò)程大致分為五個(gè)步驟：

　＄掷纭（1）模型準(zhǔn)備淳地。模型可由塑料、石膏民鼓、橡膠薇芝、木材等材料制成，首先建立三維模型丰嘉，然后對(duì)其進(jìn)行分層切片夯到，并由快速成型機(jī)制作出樣模。模型準(zhǔn)備中最重要的是清理模型表面和涂抹脫模劑饮亏。

　∷＜帧（2）金屬噴涂模型。脫模劑干燥后路幸，選擇最佳的噴涂參數(shù)荐开，即可開(kāi)始在模具上噴涂金屬，噴涂時(shí)應(yīng)保證使噴槍連續(xù)運(yùn)動(dòng)简肴，防止涂層過(guò)熱變形晃听，涂層厚度一般控制在2~3㎜。

　∩杏稹（3）制作模具框架呛米。如果模具在工作中要受到內(nèi)壓力或模具必須安裝在成型機(jī)上工作，模具就必須有骨架結(jié)構(gòu)且制成的骨架應(yīng)帶有填料拌驻。

　∪饕选（4）澆注模具的填充材料界贮。應(yīng)使填充材料具有較高的熱導(dǎo)率和較低的凝固收縮率以及較高的抗壓強(qiáng)度和耐磨性能，一般選擇的填充材料為環(huán)氧樹(shù)脂與鋁粉受贫、鋁顆粒等金屬粉末的混合物驾萄。

　　（5）脫模及模具型腔表面拋光處理浴蝉。脫模后要把殘留在金屬涂層表面的脫模劑清洗干凈亥戒，然后再根據(jù)不同的需要，對(duì)模具進(jìn)行拋光等后期制作湃彻。

　⊥凶妗（6）組裝試模。

　　4.3 金屬電弧噴涂制模法的局限性

　　用于電弧噴涂制模的材料短酵，在滿足低熔點(diǎn)舟肉、低收縮率的情況下，應(yīng)盡可能具有較好的力學(xué)性能和較致密的涂層組織查库。目前市場(chǎng)提供的電弧噴涂用絲材有鋁路媚、鋅、銅樊销、鎳整慎、不銹鋼、鋁青銅围苫、巴氏合金裤园、復(fù)合絲等許多品種。但高熔點(diǎn)金屬剂府，如鋼拧揽、鎳、銅等在噴涂時(shí)涂層收縮率腺占、熱應(yīng)力淤袜、孔隙率都比較大，涂層易開(kāi)裂衰伯、翹曲蜻赃、剝落，所以目前只有低熔點(diǎn)的鋅善王、鋁絲材適合用于模具制造钥币。

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