熱噴涂技術(shù)
涂層故障的判斷及解決方法
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2011-11-23 00:00
熱噴涂涂層的故障一般有：剝離、裂紋、孔隙率超標(biāo)、氧化物含量超標(biāo)、結(jié)合強(qiáng)度超標(biāo)、界面污染物超標(biāo)、噴后工件嚴(yán)重變形、涂層在加工后剝離或龜裂等等。
熱噴涂涂層的故障一般均與下述因素有關(guān)：
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材料選擇
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材質(zhì)是否恰當(dāng)，規(guī)格（絲材的線徑，粉末的粒度）是否合理。
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涂層結(jié)構(gòu)
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涂層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是否正確，復(fù)合涂層的組分選擇及它們的配比是否恰當(dāng)，多層結(jié)構(gòu)的設(shè)置及各層厚度分布是否科學(xué)。
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零件結(jié)構(gòu)
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零件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，特別是邊角處的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是否合理、是否適應(yīng)噴涂要求。
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噴涂表面的噴前預(yù)處理
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工件的預(yù)加工、表面的清潔和除脂是否能滿足噴涂要求。噴砂處理的砂粒材質(zhì)和粒度的選擇及噴砂的工藝參數(shù)設(shè)定是否合適。
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工藝的各項(xiàng)參數(shù)
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熱噴涂工藝的各項(xiàng)參數(shù)是否正確、得當(dāng)。
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后處理工藝
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涂層的后處理工藝是否科學(xué)。
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如果涂層能滿足使用要求，則以上各項(xiàng)工作是合格的。如果不是，則以上每一項(xiàng)都有可能影響到涂層的最終質(zhì)量。
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若涂層出現(xiàn)剝離，產(chǎn)生的原因可能是：
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原因
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改進(jìn)方法
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工件表面的預(yù)加工不當(dāng)，造成涂層覆蓋困難，局部應(yīng)力過(guò)大。
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修改工件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)以適應(yīng)噴涂要求。
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工件表面預(yù)處理不當(dāng)，表面粗糙度不足或被污染。
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改進(jìn)表面預(yù)處理工藝。
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涂層材料選擇不當(dāng)或涂層結(jié)構(gòu)不合理，涂層的內(nèi)應(yīng)力過(guò)大。
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如有必要可設(shè)置粘接底層。改進(jìn)涂層結(jié)構(gòu)，分散層間熱應(yīng)力；改進(jìn)噴涂工藝。
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噴涂距離、角度不當(dāng)或冷卻不當(dāng)，或造成涂層過(guò)熱。
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噴涂過(guò)程中加強(qiáng)冷卻，使工件溫度不超過(guò)一定值（如不高于150℃）。
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噴涂過(guò)程中涂層材料沉積過(guò)快。
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調(diào)整工件噴涂表面與噴槍的相對(duì)速度或送粉（絲）量。
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若涂層出現(xiàn)裂紋，產(chǎn)生的原因一般認(rèn)為是涂層內(nèi)部的應(yīng)力過(guò)大，涂層通過(guò)開(kāi)裂來(lái)釋放其內(nèi)應(yīng)力。一般壓應(yīng)力為主的涂層（如JP5000/8000 HP/HVOF涂層及爆炸噴涂涂層）不易產(chǎn)生裂紋。
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涂層內(nèi)應(yīng)力過(guò)大的原因
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解決方法
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涂層結(jié)構(gòu)不當(dāng)，造成涂層層間的熱應(yīng)力過(guò)大。
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選擇恰當(dāng)?shù)膰娡糠椒ǎM量減少每遍的噴層厚度，盡可能減少涂層內(nèi)應(yīng)力。
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噴涂時(shí)冷卻不當(dāng)，噴涂距離過(guò)小，致使涂層過(guò)熱，并造成涂層中集中大量的內(nèi)應(yīng)力。
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加強(qiáng)噴涂過(guò)程中對(duì)工件的冷卻。噴后受熱工件進(jìn)行適當(dāng)保溫，使之緩冷。
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涂層孔隙率超標(biāo)。孔隙率超標(biāo)是指孔隙率過(guò)大或過(guò)小。
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影響孔隙率的因素一般是：
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若是粉末噴涂
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可能是粉末的粒度不當(dāng)，或粒度分布不合理。
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噴涂功率設(shè)定不當(dāng)，粒子不能獲得的適當(dāng)?shù)哪芰浚崮芎蛣?dòng)能）。
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噴涂距離過(guò)大或過(guò)小，造成粒子速度及溫度不合適。
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若是電弧噴涂
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電壓設(shè)定不當(dāng)。
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壓縮空氣壓力設(shè)定不合適造成霧化不合理。
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送絲速度設(shè)定不當(dāng)。
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噴涂距離過(guò)大或過(guò)小，造成粒子速度及溫度不合適。
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另注：這里須要說(shuō)明的是氣孔率的要求應(yīng)科學(xué)、合理，過(guò)高的氣孔率要求將導(dǎo)致涂層的高成本。一般認(rèn)為當(dāng)氣孔率小于5%時(shí)，每降低一個(gè)百分點(diǎn)其成本將大幅度增加。
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噴后工件產(chǎn)生嚴(yán)重變形
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原因
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改進(jìn)方法
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工件自身強(qiáng)度太差，是薄壁工件，細(xì)長(zhǎng)工件或是柔性工件。
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對(duì)涂層工件進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，提高其強(qiáng)度
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由熱噴涂引起的變形原因可能是：
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噴砂過(guò)于強(qiáng)烈
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改進(jìn)噴砂工藝?？蛇m當(dāng)增大噴砂距離，或可將壓力式噴砂改為吸入式噴砂裝置。
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工件過(guò)熱
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加強(qiáng)噴涂過(guò)程中的冷卻。必要時(shí)可采用間歇式作業(yè)。
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噴涂工裝的設(shè)計(jì)不利于工件的散熱
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改變工裝設(shè)計(jì)或更換制作工裝的材料。
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涂層在加工后發(fā)生剝離或龜裂
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原因
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解決的方法
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加工的刀具及加工參數(shù)不當(dāng)
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盡可能選用磨削方法來(lái)加工涂層
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磨削用砂輪的材質(zhì)及規(guī)格不對(duì)，磨削的冷卻液不當(dāng)，磨削的參數(shù)不當(dāng)。
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盡量別用剛玉材質(zhì)的砂輪，應(yīng)采用碳化硅砂輪及金剛石砂輪。正確選擇砂輪的粒度和冷卻液種類
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不當(dāng)?shù)牡毒吆蜕拜唽?duì)涂層不能形成切削，只能對(duì)涂層造成擠壓和刮蹭，從而損傷涂層。進(jìn)刀量過(guò)大會(huì)使切削力增加，當(dāng)此力大于涂層的結(jié)合力或內(nèi)聚力時(shí)，涂層就會(huì)剝離。
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磨削參數(shù)（如工件轉(zhuǎn)速，進(jìn)刀量，走刀速度等）要選擇恰當(dāng)，并經(jīng)過(guò)試磨來(lái)確定磨削參數(shù)。
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由于涂層都具有淬硬性，磨削時(shí)應(yīng)使用恰當(dāng)?shù)睦鋮s液冷卻。否則加工產(chǎn)生的大量熱能會(huì)使涂層燒損。
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