等離(lí)子噴塗的參數主要有工(gōng)作氣體(tǐ)的成分(fēn)和流量、電(diàn)參數、送粉量、噴塗距離(lí)和噴塗角度、噴槍和工(gōng)件的相對移動速度等。
1. 氣參數(流量)
主氣的流量是重要的工(gōng)藝參數之一(yī),它直接影響到等離(lí)子焰流的熱焓和速度,繼而影響噴塗效率和塗層孔隙率等。當噴塗功率一(yī)定時,主氣流量過大(dà)或過小(xiǎo)均會導緻噴塗效率的降低和塗層孔隙率的增加(熱噴塗與再制造)。氣流量過大(dà),離(lí)子濃度減少,過量的氣體(tǐ)會冷卻等離(lí)子的焰流,不利于粉末的加熱,粉末熔化不充分(fēn),使噴塗效率降低,塗層組織疏松,孔隙率增加;反之主氣流量太小(xiǎo),會使焰流軟弱無力,次級氣在工(gōng)作氣體(tǐ)中(zhōng)的相對含量增加,造成射流熱焓和溫度的提高,使噴塗粉末過熔。
次級氣的流量變化主要反映在噴塗電(diàn)壓的變化上。
送粉氣的壓力和流量對塗層質量的影響也很大(dà)。對外(wài)送粉噴槍而言,送粉氣對塗層質量的影響尤其嚴重。如圖所示,送粉氣壓力和流量過小(xiǎo)會使粉末難以到達焰流中(zhōng)心,過大(dà)則會使粉末穿過射流中(zhōng)心,産生(shēng)嚴重的“邊界效應”,緻使塗層疏松,結合強度降低。對于内送粉噴槍而言,送粉氣壓力和流量過大(dà)同樣不能把粉末送入焰心,若過小(xiǎo),則易造成堵塞噴嘴,嚴重時則會燒壞噴嘴(熱噴塗與再制造)。若要很大(dà)送粉氣壓力和流量才能把粉末送入焰心,則須檢查供粉系統的氣密性,是否漏氣。
所以送粉氣的壓力和流量應根據送粉量的大(dà)小(xiǎo)、粉末的比重、粉末的流動性以及供粉系統的性能、射流的功率和剛性來選取。
(a) 送粉氣壓力和流量過大(dà)
(b) 送粉氣壓力和流量正好
(c) 送粉氣壓力和流量過小(xiǎo)
送粉氣流量大(dà)小(xiǎo)對送粉效果的影響
2. 電(diàn)參數
(1)功率
輸入功率大(dà)小(xiǎo)首先要滿足能夠将粉末熔化良好。形成塗層的粉末所需的熱功率應爲:
式中(zhōng):Gf——單位時間的送粉量
T0,Tm,Tr——粉末原始溫度、粉末熔點和粉末過熱的溫度;
Cs,Cm——粉末固态和熔态的比熱;
Hr——熔融粉末材料在Tr下(xià)的熱焓增量。
根據等離(lí)子焰流能量利用系數ηf,可估算出噴嘴出口處等離(lí)子體(tǐ)的熱功率qp:
最後按噴槍效率η,可估算出所需輸入的功率P:
式中(zhōng):0.24——電(diàn)能轉變爲熱能的系數
一(yī)般來說,采用較高的功率值比較好。一(yī)般等離(lí)子噴塗常用的功率爲20~35 kW,而HEPJet高效能超音速等離(lí)子噴塗常用的功率爲45~65 kW。
(2)電(diàn)壓和電(diàn)流
等離(lí)子弧電(diàn)壓是由噴槍結構和工(gōng)作氣體(tǐ)決定的。可以通過調節陰極與噴嘴間的距離(lí)和變化工(gōng)作氣體(tǐ)的成分(fēn)來調節弧電(diàn)壓(熱噴塗與再制造)。在已選定噴槍結構和主氣體(tǐ)流量爲一(yī)定值的情況下(xià),電(diàn)壓與電(diàn)流的調節可以通過改變電(diàn)源調節器和H2流量來進行調節。應當注意的是當改變電(diàn)壓或電(diàn)流時,主氣的流量也會相應的有些變化,因此爲了保證穩定的噴塗參數,當調節電(diàn)壓和電(diàn)流時要适時的調節并維持主氣流量不變。
功率确定後,應盡可能選用較高電(diàn)壓和較低電(diàn)流,這樣有利于提高噴槍熱效率。
3. 噴塗距離(lí)
噴塗距離(lí)是指噴嘴端面到基體(tǐ)表面的直線距離(lí)。粉末在等離(lí)子焰流中(zhōng)加熱和加速都需要一(yī)段時間,因此應有一(yī)個合适的噴塗距離(lí),噴塗距離(lí)過近,會因粉末加熱時間短,撞擊變形不充分(fēn)而影響塗層質量,還會使零件受等離(lí)子焰流的影響而溫度升高快、出現嚴重氧化,造成塗層脫落(熱噴塗與再制造)。噴塗距離(lí)過遠又(yòu)會使已經加熱到熔融狀态的粉末在與零件接觸時冷了下(xià)來,飛行速度也開(kāi)始降低,同樣影響塗層質量,噴塗效率會明顯降低。等離(lí)子噴塗的噴塗通常爲70-150mm。
4. 送粉速率
送粉速率指單位時間的送粉量,它直接影響到噴塗效率和塗層質量。送粉量應當與熱源參數相匹配。對于同種牌号同種粒度的粉末,在不同的送粉量下(xià),應當施加不同的輸入功率。當送粉量不變時,如果熱源功率參數過小(xiǎo),則粉末熔化不良,塗層中(zhōng)夾雜(zá)的生(shēng)粉多,粉末撞擊工(gōng)件時變形不充分(fēn),并有較多的粉末彈跳損失,沉積效率低,塗層質量下(xià)降。反之若熱源功率參數過大(dà),雖然粉末的熔化和撞擊變形良好,但粉末受熱氧化燒蝕嚴重,塗層中(zhōng)夾着較多的煙塵,熔化粒子飛濺嚴重,同樣會使沉積效率降低,塗層質量下(xià)降(熱噴塗與再制造)。因此,對于一(yī)定牌号一(yī)定粒度組成的粉末,送粉量的大(dà)小(xiǎo)和熱源參數要相适應。
5. 噴塗角度
噴塗角度指的是噴塗射流軸線與基體(tǐ)表面切線的夾角。噴塗角度一(yī)般爲60°~80°,噴塗角度不小(xiǎo)于45°時,對塗層的結構和沉積效率不會産生(shēng)太大(dà)的影響。一(yī)般認爲,噴角小(xiǎo)于30°是不允許噴塗的。
當噴塗角度太小(xiǎo),細小(xiǎo)的粉末微粒粘結在噴塗表面上時,阻礙繼續噴上去(qù)的粒子,結果在其後面形成一(yī)種“掩體(tǐ)”,這樣就會形成具有許多不規則空穴的多孔塗層(熱噴塗與再制造)。這種孔穴不僅減弱塗層強度,而且會從噴射流中(zhōng)聚集含有高氧化物(wù)的細微物(wù)質,改變塗層的化學成份。
“陰影效應”示意圖
當噴塗角度小(xiǎo)于45°時,噴塗的“遮蔽效應”便會出現,影響塗層的層間結合,且大(dà)幅度降低塗層與基體(tǐ)的結合強度。
6. 噴塗工(gōng)件的預熱與溫度控制
在冬季或結構較複雜(zá)的零部件、内孔件噴塗前要進行預熱,預熱溫度一(yī)般在80~150 ℃之間。目的是爲了去(qù)除基體(tǐ)表面的潮氣、改善基體(tǐ)表面的活化狀态、降低噴塗顆粒至基體(tǐ)表面時的冷卻速度、減輕噴塗粒子冷卻時産生(shēng)的熱應力等。
噴塗工(gōng)件在噴塗過程中(zhōng)要控制溫升。既要控制整個工(gōng)件的溫度,最高不超過200 ℃,更要防止噴塗部位局部過熱。與整體(tǐ)過熱相比,局部過熱對塗層的影響更大(dà),尤其在制備陶瓷塗層時,塗層非常容易開(kāi)裂(熱噴塗與再制造)。通常采用輔助吹風冷卻來控制工(gōng)件的溫度。
7. 噴槍的移動速度
噴槍移動速度一(yī)般以束流斑點的直徑爲依據。因爲不同的噴塗工(gōng)藝方法,其束流斑點直徑是不同的,通常取壓蓋斑點的30%~50%,不能小(xiǎo)于30%。噴槍的移動速度确定後還要與工(gōng)件的旋轉線速度相匹配,使每遍噴塗的塗層厚度達到要求。在一(yī)定送粉量下(xià)噴槍移動速度或噴槍與工(gōng)件的相對速度的慢(màn)與快,意味着單位時間内,噴槍掃過工(gōng)件面積的多少或每次噴塗層的厚度,所以調節噴槍的移動速度實際上是控制每次噴塗層的厚度。每次噴塗的厚度不宜太厚。一(yī)般情況下(xià),對于使用厚度在0.15 mm以下(xià)的薄塗層,每次噴塗的塗層厚度不要超過0.02 mm(熱噴塗與再制造)。此外(wài)噴槍移動速度對工(gōng)件的溫升也有影響,爲不使基體(tǐ)局部溫升過高而造成熱變形或熱應力過大(dà),可采取略提高工(gōng)件線速度的方法來加快噴槍的移動速度。
8. 噴塗氣氛控制
噴塗過程中(zhōng),飛行的顆粒會與燃氣或大(dà)氣等接觸發生(shēng)反應,造成塗層中(zhōng)含有氧化物(wù)夾雜(zá),其産生(shēng)與熱源的氣氛和大(dà)氣環境的影響都有關系(熱噴塗與再制造)。采用一(yī)些低壓氣氛噴塗可改善粒子的氧化程度,例如低壓等離(lí)子噴塗,它可用于制備易氧化的金屬及其合金材料塗層;采用惰性氣體(tǐ)對粒子束進行保護。
整個噴塗環境中(zhōng),粉塵是不可避免的,要做好整個環境的通風除塵工(gōng)作,最大(dà)程度上減輕塗層中(zhōng)的夾雜(zá)給其帶來的影響。