电弧喷涂工艺及其在模具制造中的应用

来源：现代模具作者：莫亚武董亮发布时间：2007-11-08

关键字：电弧喷涂；模具制造；应用

摘要：介绍了电弧喷涂工艺的原理、工艺特点、喷涂设备及喷涂材料，并介绍了电弧喷涂工艺在模具制造中的应用

The Arc Spray Technology and Application on mould making

Mo Ya-wu, Dong Liang

（Engineering College in Hunan Agricultural University, Changsha, Hunan，410128, China）

Abstract:The elements,technology trait,spray equipment and spray material of the arc spray technology were introduced. And the application on mould making of the arc spray technology were introduced.

Key words: arc spray , mould making , application

1电弧喷涂的原理

电弧喷涂是利用两根连续送进的金属作为自耗电极，在其端部产生电弧作为热源，利用压缩空气将熔化了的丝材雾化，并以高的速度喷向工件表面形成涂层的一种热喷涂方法。喷涂时，两根丝状金属喷涂材料通过送丝装置均匀连续的分别送进电弧喷涂枪中的导电嘴内，导电嘴分别接电源的正负极并保证两根丝材在未接触前的可靠绝缘。当两根金属丝材端部由于送进而相互接触时，发生短路而产生电弧，使丝材端部瞬间熔化，压缩空气将熔融金属熔化成微熔滴，以很高的速度喷射到工件表面，形成电弧喷涂层。

2电弧喷涂工艺的特点

电弧喷涂作为一种新型的热喷涂方法，有许多显著的优点。

2.1涂层结合强度较高、硬度高、孔隙率低

电弧喷涂时，熔滴温度可达6000℃以上，微熔滴加热温度、喷射速度都比火焰喷涂时高，因此粒子的动能和热能都比较高，从而获得较高的结合强度和涂层强度。试验证明，电弧喷涂的结合强度约是火焰喷涂层的2.5倍。电弧喷涂形成的涂层硬度要比喷涂材料高30％－80％。电弧喷涂涂层的孔隙率小于8％，低于火焰喷涂所得的涂层的孔隙率。

2.2生产率高、安全可靠，喷涂工件不变形

电弧喷涂的生产率正比于喷涂电流，它的高效率表现在单位时间内喷涂金属的用量大。试验证明：喷涂电流为300A时，喷Zn效率可达30kg/h，喷Al可达10 kg/h。电弧喷涂技术仅使用电源和压缩空气，不用氧气、乙炔等易燃气体，安全性高，喷涂工件不变形。

2.3能源利用率高，喷涂成本低

电弧喷涂的节能效果十分突出，能源利用率显著高于其他喷涂方法，而能源费用降低50％以上。除它的能源利用率很高外，加之电能的价格又远低于氧气和乙炔，其费用通常仅为火焰喷涂的1/5～1／10，等离子喷涂成本的1/5～1／20，而其喷涂效率却提高了近一倍。

2.4设备造价低、使用维修方便、便于现场施工

电弧喷涂设备成本只有等离子喷涂设备的1/4～1／6。而且电弧喷涂设备体积小、重量轻、移动方便、易损件少，维修方便，易于现场施工。

3电弧喷涂设备及材料

3.1 电弧喷涂设备

电弧喷涂设备由电弧喷涂枪、控制箱、电源、送丝装置及压缩空气系统等组成。

(1) 电弧喷涂电源

国外近年来电弧喷涂电源均采用平的伏安特性。过去采用直流电焊机作为电弧喷涂电源，由于电焊机具有陡降的外特性，电弧工作电压在40V以上，使喷涂过程中碳烧损大，降低涂层硬度。平的伏安特性电弧喷涂电源可以在较低的电压下喷涂，使涂层中碳的烧损大为减少(约减少50％)，可以保持良好的弧长自调节作用，能有效的控制电弧电压。平特性的电源在送丝速度变化时，喷涂电流迅速变化，维持稳定的电弧喷涂过程。根据喷涂丝材选择一定的空载电压，改变送丝速度可以自动凋节电弧喷涂电流，从而控制电弧喷涂的生产率。

(2) 电弧喷枪

电弧喷枪是电弧喷涂设备的关键装置。其作用是将连续送进的丝材在喷枪前部一定的角度相交，由于丝材各自接于直流电源的两极而产生电弧，从喷嘴喷射出的压缩空气流对着熔融金属吹散形成稳定的雾化金属粒子流。

3.2 电弧喷涂材料

电弧喷涂材料主要包括有色金属丝材(铝、锌、铜、镍等金属及其合金)、黑色金属丝材(碳钢，不锈钢)。目前，国内外试用2-3mm的粉芯丝材，在其中填充所需的合金粉末，以获得合金喷涂层。

(1) 锌及锌合金

锌为银白色金属，在大气或水中具有良好的耐腐蚀性，对钢铁基材还具有电化学保护作用。而在酸、碱、盐中不耐腐蚀，当水中含有二氧化硫时，它的耐腐蚀性能很差。在锌中加入铝可以提高喷涂后的耐腐蚀性能，因此目前大量使用Zn-A1合金喷涂材料。锌喷涂层已广泛应用于室外露天的钢铁构件，如水门闸、桥梁、铁塔和容器等。

(2) 铝及铝合金

铝用作防腐喷涂层时，作用与锌相似。它与锌相比，比重轻，价格低廉，在含有二氧化硫的气氛中耐腐蚀效果比较好。在铝及铝合金中加入稀土元素不仅可以提高涂层的结合强度而且可以降低孔隙率。铝还可以用作耐热喷涂层。铝在高温作用下，能在铁基体上扩散，与铁发生作用生成抗高温氧化的Fe₃A1，从而提高了钢材的耐热性。铝涂层己广泛应用于贮水容器、硫磺气体包围中的钢铁构件、食品贮存器、燃烧室、船体和闸门等。

(3) 铜及铜合金

纯铜主要用作电器开关和电子元件的导电喷涂层及人像、工艺品、水泥等建筑表面的装饰喷涂层。黄铜喷涂层广泛用于修复磨损及加工超差的零件，修补有铸造砂眼、气孔的黄铜件，也可作为装饰喷涂层使用。铝青铜涂层的结合强度高，抗海水腐蚀能力强，并具有很好的耐腐蚀疲劳和耐磨性。主要用于喷涂水泵叶片、气闸阀门、活塞、轴瓦表面。

(4) 镍及镍铬合金

镍合金中用作喷涂材料的主要为镍铬合金，这类合金具有很好的抗高温氧化性能，可在800℃高温下使用，是日前应用很广的热阻材料。镍铬涂层可以耐水蒸气、二氧化碳、一氧化碳、氨、醋酸及碱等介质的腐蚀，因此，镍铬合金被大量用作耐腐蚀及耐高温喷涂层。例如，美国采用45CT(45％Cr、4％Ti，其余为Ni)丝材电弧喷涂锅炉管道取得了良好效果。

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