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，在其端部產(chǎn)生電弧作為熱源，利用壓縮空氣將熔化了的絲材霧化丸凭，并以高的速度噴向工件表面形成涂層的一種熱噴涂方法。噴涂時(shí)惊搏，兩根絲狀金屬噴涂材料通過送絲裝置均勻連續(xù)的分別送進(jìn)電弧噴涂槍中的導(dǎo)電嘴內(nèi)贮乳，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忧换。當(dāng)兩根金屬絲材端部由于送進(jìn)而相互接觸時(shí)减点，發(fā)生短路而產(chǎn)生電弧，使絲材端部瞬間熔化倔晚，壓縮空氣將熔融金屬熔化成微熔滴街粟，以很高的速度噴射到工件表面，形成電弧噴涂層封均。

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稍圾，有許多顯著的優(yōu)點(diǎn)。

2.1涂層結(jié)合強(qiáng)度較高篇臭、硬度高钠彬、孔隙率低

　　電弧噴涂時(shí)，熔滴溫度可達(dá)6000℃以上肢抚， 微熔滴加熱溫度汹改、噴射速度都比火焰噴涂時(shí)高，因此粒子的動能和熱能都比較高别主，從而獲得較高的結(jié)合強(qiáng)度和涂層強(qiáng)度僵禁。試驗(yàn)證明，電弧噴涂的結(jié)合強(qiáng)度約是火焰噴涂層的2.5倍色罚。電弧噴涂形成的涂層硬度要比噴涂材料高30％－80％碰缔。電弧噴涂涂層的孔隙率小于8％，低于火焰噴涂所得的涂層的孔隙率戳护。

2.2生產(chǎn)率高金抡、安全可靠，噴涂工件不變形

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

2.3能源利用率高什黑，噴涂成本低

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

2.4設(shè)備造價(jià)低含罪、使用維修方便笔广、便于現(xiàn)場施工

　　電弧噴涂設(shè)備成本只有等離子噴涂設(shè)備的1/4～1／6。而且電弧噴涂設(shè)備體積小惠服、重量輕灿西、移動方便、易損件少断猩，維修方便善婉，易于現(xiàn)場施工。

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)備由電弧噴涂槍肪瘤、控制箱抄瓦、電源、送絲裝置及壓縮空氣系統(tǒng)等組成克蚂。

　　(1) 電弧噴涂電源

　　國外近年來電弧噴涂電源均采用平的伏安特性闺鲸。過去采用直流電焊機(jī)作為電弧噴涂電源，由于電焊機(jī)具有陡降的外特性埃叭，電弧工作電壓在40V以上摸恍，使噴涂過程中碳燒損大，降低涂層硬度赤屋。平的伏安特性電弧噴涂電源可以在較低的電壓下噴涂立镶，使涂層中碳的燒損大為減少(約減少50％)，可以保持良好的弧長自調(diào)節(jié)作用类早，能有效的控制電弧電壓媚媒。平特性的電源在送絲速度變化時(shí)嗜逻，噴涂電流迅速變化，維持穩(wěn)定的電弧噴涂過程缭召。根據(jù)噴涂絲材選擇一定的空載電壓栈顷，改變送絲速度可以自動凋節(jié)電弧噴涂電流，從而控制電弧噴涂的生產(chǎn)率嵌巷。

　　(2) 電弧噴槍

　　電弧噴槍是電弧噴涂設(shè)備的關(guān)鍵裝置辐菩。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，由于絲材各自接于直流電源的兩極而產(chǎn)生電弧恋都，從噴嘴噴射出的壓縮空氣流對著熔融金屬吹散形成穩(wěn)定的霧化金屬粒子流处膛。

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、鋅程伞、銅胆抓、鎳等金屬及其合金)、黑色金屬絲材(碳鋼暴既，不銹鋼)辽察。目前，國內(nèi)外試用2-3mm的粉芯絲材观昂，在其中填充所需的合金粉末校增，以獲得合金噴涂層黔攀。

　　(1) 鋅及鋅合金

　　鋅為銀白色金屬疾练，在大氣或水中具有良好的耐腐蝕性，對鋼鐵基材還具有電化學(xué)保護(hù)作用膛胜。而在酸缔莲、堿、鹽中不耐腐蝕霉旗，當(dāng)水中含有二氧化硫時(shí)痴奏，它的耐腐蝕性能很差。在鋅中加入鋁可以提高噴涂后的耐腐蝕性能厌秒，因此目前大量使用Zn-A1合金噴涂材料读拆。鋅噴涂層已廣泛應(yīng)用于室外露天的鋼鐵構(gòu)件，如水門閘鸵闪、橋梁檐晕、鐵塔和容器等。

　　(2) 鋁及鋁合金

　　鋁用作防腐噴涂層時(shí)蚌讼，作用與鋅相似辟灰。它與鋅相比，比重輕篡石，價(jià)格低廉芥喇，在含有二氧化硫的氣氛中耐腐蝕效果比較好西采。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继控。鋁在高溫作用下眠便，能在鐵基體上擴(kuò)散，與鐵發(fā)生作用生成抗高溫氧化的Fe3A1况饥，從而提高了鋼材的耐熱性仲工。鋁涂層己廣泛應(yīng)用于貯水容器、硫磺氣體包圍中的鋼鐵構(gòu)件配赊、食品貯存器母卵、燃燒室、船體和閘門等积苞。

　　(3) 銅及銅合金

　　純銅主要用作電器開關(guān)和電子元件的導(dǎo)電噴涂層及人像慈柑、工藝品、水泥等建筑表面的裝飾噴涂層这疟。黃銅噴涂層廣泛用于修復(fù)磨損及加工超差的零件菱计，修補(bǔ)有鑄造砂眼、氣孔的黃銅件虹婿，也可作為裝飾噴涂層使用壤生。鋁青銅涂層的結(jié)合強(qiáng)度高，抗海水腐蝕能力強(qiáng)朝刊，并具有很好的耐腐蝕疲勞和耐磨性耀里。主要用于噴涂水泵葉片、氣閘閥門拾氓、活塞冯挎、軸瓦表面。

　　(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咙鞍，這類合金具有很好的抗高溫氧化性能房官，可在800℃高溫下使用，是日前應(yīng)用很廣的熱阻材料续滋。鎳鉻涂層可以耐水蒸氣翰守、二氧化碳、一氧化碳疲酌、氨蜡峰、醋酸及堿等介質(zhì)的腐蝕，因此徐勃，鎳鉻合金被大量用作耐腐蝕及耐高溫噴涂層事示。例如，美國采用45CT(45％Cr、4％Ti暇寸，其余為Ni)絲材電弧噴涂鍋爐管道取得了良好效果著平。

　　(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)度較高庸磅、耐磨性好枝捷、價(jià)格低廉等特點(diǎn)。電弧噴涂過程中碳和合金元素易燒損奋完，易于造成涂層多孔和氧化物夾渣宽藏，使涂層性能下降，因此采用碳元素較高的碳鋼淫兑，以彌補(bǔ)碳元素的燒損闺撩。

　　(6) 粉芯絲材

　　國內(nèi)外已采用粉芯絲材作為電弧噴涂材料，我國已應(yīng)用3Crl3二谤、4Crl3娩鬼、7Crl3等絲材作為耐磨噴涂材料，同時(shí)具有良好的抗高溫穩(wěn)定性继射。

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)在模具的快速制造佣盒，也可用于模具的修復(fù)。西安交通大學(xué)2003年通過鑒定的“金屬噴涂快速模具制造技術(shù)及設(shè)備”成果顽聂，通過技術(shù)攻關(guān)肥惭，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)，并在企業(yè)成功地實(shí)現(xiàn)了成果轉(zhuǎn)化紊搪。該成果將快速原型蜜葱、金屬噴涂以及電刷鍍等技術(shù)有機(jī)結(jié)合，形成快速模具制造集成技術(shù)嗦明，其工藝過程包括：噴涂母模準(zhǔn)備笼沥、基體處理、金屬電弧噴涂娶牌、填充背襯材料、電刷鍍等環(huán)節(jié)馆纳。

　　金屬噴涂快速模具主要由金屬噴涂層诗良、電刷鍍層以及背襯材料構(gòu)成，呈現(xiàn)梯度結(jié)構(gòu)特點(diǎn)鲁驶，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）鉴裹，玻璃鋼層和環(huán)氧樹脂層提高模具的整體機(jī)械性能，高強(qiáng)度水泥背襯降低了模具制造成本憾顿。該項(xiàng)技術(shù)適用于汽車制造和模具制造企業(yè)窜抽，能實(shí)現(xiàn)大型沖壓模具的快速制造，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髓无，制造周期為后者的1/4~1/5阔踢，經(jīng)濟(jì)效益十分可觀，非常適合于新車型開發(fā)中的樣車試制和小批量生產(chǎn)沫十。

　　該技術(shù)也可以用于注塑模具快速制造蛋昙。在注塑模快速原型制造中建淘，金屬電弧噴涂制模法以樣模為標(biāo)準(zhǔn)沧源，模具型腔尺寸、幾何精度完全取決于樣模咪枷，型腔表面及其精細(xì)花紋一次同時(shí)形成波财，故制模速度快，制造周期短打恕，模具壽命長键袱，成本低，僅為數(shù)控法加工鋼模具的1/3~1/5摹闽，模具表面光潔度好蹄咖，工藝簡單，設(shè)備要求低付鹿，比較適合于注射成型模澜汤、壓鑄模、板料壓延模的快速制造舵匾。

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程大致分為五個步驟：

　】〉帧（1）模型準(zhǔn)備。模型可由塑料坐梯、石膏徽诲、橡膠、木材等材料制成吵血，首先建立三維模型谎替，然后對其進(jìn)行分層切片，并由快速成型機(jī)制作出樣模蹋辅。模型準(zhǔn)備中最重要的是清理模型表面和涂抹脫模劑阅权。

　　（2）金屬噴涂模型挥疲。脫模劑干燥后啸需，選擇最佳的噴涂參數(shù)，即可開始在模具上噴涂金屬饼贰，噴涂時(shí)應(yīng)保證使噴槍連續(xù)運(yùn)動斯智，防止涂層過熱變形，涂層厚度一般控制在2~3㎜。

　「缴唷（3）制作模具框架渺纯。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)帶有填料漩判。

　”阜埂（4）澆注模具的填充材料。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)度和耐磨性能摘沥，一般選擇的填充材料為環(huán)氧樹脂與鋁粉幼健、鋁顆粒等金屬粉末的混合物。

　⌒芰汀（5）脫模及模具型腔表面拋光處理卑雁。脫模后要把殘留在金屬涂層表面的脫模劑清洗干凈，然后再根據(jù)不同的需要绪囱，對模具進(jìn)行拋光等后期制作测蹲。

　　（6）組裝試模鬼吵。

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扣甲，在滿足低熔點(diǎn)、低收縮率的情況下齿椅，應(yīng)盡可能具有較好的力學(xué)性能和較致密的涂層組織琉挖。目前市場提供的電弧噴涂用絲材有鋁、鋅涣脚、銅示辈、鎳、不銹鋼遣蚀、鋁青銅矾麻、巴氏合金、復(fù)合絲等許多品種善答。但高熔點(diǎn)金屬仁墅，如鋼、鎳片侧、銅等在噴涂時(shí)涂層收縮率希咒、熱應(yīng)力、孔隙率都比較大微悬，涂層易開裂、翹曲韭拙、剝落沙诅，所以目前只有低熔點(diǎn)的鋅、鋁絲材適合用于模具制造。

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