本文主要根據(jù)筆者從事熱噴涂八年實踐經(jīng)驗，對不同工件材質(zhì)、涂層選擇、涂層質(zhì)量控制及工藝要點等起到“拋磚引玉”的作用。
一、工藝選擇
1、了解工件本身的性能：如材質(zhì)、成份、表面狀況、磨損部位及磨損面積、深度等。
2、了解工件的使用條件：使用環(huán)境（工作溫度、主要介質(zhì)濃度及其它成份）、受力情況（沖擊負荷還是滑動配合、靜配合）、失效原因（加工超差、磨損、腐蝕等）等。
3、下列情況宜采用噴涂工藝：
1）表面受靜載荷或低速滑動負荷，要求耐磨但對涂層與基體抗拉結(jié)合強度要求不超過50N/mm2的工件，噴涂層硬度HV130—350，涂層厚度從0.3至數(shù)毫米，噴涂態(tài)表面粗糙度Ra10—25μm，涂層經(jīng)磨削加工后表面粗糙度可達Ra0.8—0.4μm，如各種軸類的軸承部位。
2）要求耐氣蝕、水蝕而加工后粗糙度不超過Ra0.4μm的表面，如進口汽車曲軸，火車曲軸、船用曲軸等。
3）材質(zhì)為銅合金，鋁或鋁合金等有色金屬，需要恢復(fù)尺寸或提高表面耐磨度的工件。
4）在銅合金、鋁或鋁合金等有色金屬工件上噴涂最好選用銅基粉或鋁粉。
5）在腐蝕介質(zhì)中使用，要求涂層致密無孔隙，應(yīng)根據(jù)工件的使用環(huán)境，工作溫度，介質(zhì)濃度及成份，選擇可滿足使用條件的塑料、陶瓷或耐蝕金屬噴涂后再采用合適的封孔劑對涂層進行封閉處理。
6）噴涂層與基體的結(jié)合強度：傳統(tǒng)火焰噴涂層抗拉結(jié)合強度一般為20—30N/mm2，采用陜西中科表面工程有限公司最新研制生產(chǎn)的ZK9000型亞音速火焰噴涂槍，其涂層剪切結(jié)合強度可達63.7N/mm2；雖然噴涂層不如噴焊層結(jié)合強度高，但對于修復(fù)工作在有潤滑的金屬間摩擦耐失效的零件是足以滿足需要。經(jīng)過科研單位計算，在解放牌CA141汽車滿載運行時，對曲軸七個主軸頸的剪切應(yīng)力集中在一個主軸頸上也僅有15N/mm2；對東方紅75拖拉機則僅有5.5N/mm2，這些數(shù)據(jù)遠遠低于噴涂層的抗剪強度。
7）噴涂層耐磨性能：以汽車曲軸噴涂為例，噴涂的主軸頸與新品曲軸相比有更高的耐磨性，曾經(jīng)我公司噴涂過日本產(chǎn)日野汽車曲軸，修復(fù)的主軸頸大修時經(jīng)檢查磨損量為0.022—0.03mm，而未經(jīng)噴涂修復(fù)的主軸頸磨損量為0.2—0.25mm，其磨損量幾乎相差十倍，從這個實例中可以說明噴涂層具有良好的耐磨性，甚至在發(fā)動機缺油的情況下仍能堅持運行數(shù)小時之久而不會燒瓦抱軸現(xiàn)象。
8）噴涂與噴焊的工藝區(qū)別：
① 噴涂層和噴焊層與基體金屬的結(jié)合形成不同，鎳包鋁通過噴涂焰束加熱時發(fā)生放熱化學反應(yīng)，在經(jīng)噴砂除銹達Sa3級，RZ＞50μm的碳鋼表面形成微冶金結(jié)合底層與工作層又產(chǎn)生“錨鉤”效應(yīng)的機械結(jié)合涂層，而噴焊層與基體的結(jié)合純屬冶金結(jié)合涂層。
② 噴涂材料不同，噴焊要求使用自熔性合金粉末，而噴涂則對粉末的自熔性要求不高，且不一定是自熔性合金粉末，各種自熔性合金粉末既可用于噴焊又可用于噴涂，但噴涂粉末不具備自熔性只能用于噴涂而不能用于噴焊工藝。
③ 工件受熱情況不同，噴涂與噴焊過程中，噴前預(yù)熱溫度不同，工件受熱影響不同，噴后工件的組織、性能亦不同。
④ 涂層的致密性不同，噴焊層致密，而噴涂層中有少量孔隙。
⑤ 承受載荷的能力不同，噴涂層一般能承受大面積接觸，多在有潤滑條件的工作表面，配合面以及其它受力較小的工況條件下使用，噴焊層卻能承受較大的沖擊力，擠壓應(yīng)力或接觸應(yīng)力等。
4、下列情況宜選用噴焊工藝：
⑴ 各種碳鋼、低合金鋼的工件表面載荷大，特別是受沖擊載荷，要求涂層與基體結(jié)合強度在350—450N/mm2的工件，噴焊硬度HRC150≤65，涂層厚度從0.3至數(shù)毫米，噴焊層經(jīng)磨削加工后表面粗糙度可達Ra0.4—0.1μm以上。
⑵ 在腐蝕介質(zhì)中使用，要求涂層致密，無孔隙；
⑶ 工件表面原設(shè)計采用淬火、滲碳、滲氮、鍍硬鉻等工藝，要求表面有很高的硬度。
⑷ 工件工作環(huán)境惡劣，如受強烈的磨粒磨損、沖蝕磨損、氣蝕等等。
⑸ 氧—乙炔焰合金粉末噴焊工藝適應(yīng)各種碳鋼、低合金鋼零部件的表面強化或修復(fù)，但應(yīng)注意到零件材質(zhì)的一些特點，當基體材質(zhì)的線脹系數(shù)與合金噴焊層的線脹系數(shù)差別較大時小于12×10-6/℃大于12×10-6/℃，則應(yīng)慎用此工藝，以免造成裂紋，若基體金屬中與氧親合力大的元素含量較多如鎢和鉬的含量大于3%，鋁、鎂、鈷、鈦、鉬等元素總含量大于0.5%或鋼中含硫量較多時，也會給噴焊帶來困難，這是因為這些材料與氧作用極易生成致密而穩(wěn)定的氧化膜，阻擋熔融合金對基體的潤濕作用，重熔時液態(tài)合金會呈珠狀象“汗珠”一樣地滾落，因此在采用噴焊工藝時，應(yīng)該注意此工藝對于所噴基體材料的適應(yīng)性。
⑹ 無需特殊處理就可噴焊的金屬材料：
①含碳量≤0.25%的碳素結(jié)構(gòu)鋼。
②Mh、Mo、V、Cr、Ni總含量＜3%的合金結(jié)構(gòu)鋼。
③18—8不銹鋼、鎳不銹鋼、灰鑄鋼、可鍛鑄鐵、球墨鑄鐵、低碳純鐵、紫銅。
⑺ 需預(yù)熱250—375℃噴焊后需緩冷的金屬材料。
①含碳量＞0.4%的碳素結(jié)構(gòu)鋼；
②Mn.Mo.V.Ni的總含量＞3%的合金結(jié)構(gòu)鋼;
③含鉻量≤2%的合金結(jié)構(gòu)鋼;
⑻ 噴焊后需等溫退火處理的金屬材料：
①含鉻量≥13%的馬氏體不銹鋼；
②含碳量≥0.4%的鎳鉬合金結(jié)構(gòu)鋼。
5、在確定采用噴焊工藝后，再根據(jù)下列情況選用一步法或二步法噴焊工藝：
⑴ 工件需局部修補，且噴焊處不允許熱輸入量很大，如各類機床導(dǎo)軌局部傷痕的修補，宜用一步法噴焊工藝；
⑵ 工件表面復(fù)雜或無規(guī)則，如鏈輪、齒輪齒面、螺旋給料器等，宜用一步法噴焊工藝；
⑶ 大型工件整體加熱有困難，如機車、礦車輪子等，宜用一步法噴焊工藝；
⑷ 可在機床旋轉(zhuǎn)的一般軸類零件宜用二步法噴焊工藝；
⑸ 所得涂層的硬度應(yīng)盡量接近原設(shè)計的表面硬度，例如原設(shè)計采用淬火或化學處理工藝，使表面硬度達HRC≥55左右的，則應(yīng)選用所謂“硬面涂層”粉末，如Ni15、Ni60、Fe65或Wc復(fù)合粉；
⑹ 強烈磨損的非配合面，如泥沙泵的葉輪、殼體、裝巖機鏟齒，螺旋給料器的螺旋面等，應(yīng)選用高硬度如Ni15、Ni60、Fe65或Wc復(fù)合粉；
⑺ 需要加工，但又無法上車床、磨床，只能靠手工用銼刀等工具進行加工的工件，如機床導(dǎo)軌面局部傷痕的修補，只能采用低硬度噴焊粉如SH·F103、Ni15等；
⑻ 噴焊工藝與電弧堆焊的區(qū)別：噴焊層與基體之間的結(jié)合是溶解擴散冶金結(jié)合，而堆焊則是熔化冶金結(jié)合，在噴焊過程中基體是不熔化的，只是噴焊層與基體之間產(chǎn)生溶解作用，在兩者之間存在一個擴散互溶區(qū)。由于基體不溶物因而噴焊層就不會被基體材料所沖淡，因此稀釋率極低，能保證噴焊層的良好性能，堆焊基體熔化，堆焊層稀釋率高，需要堆焊很厚才有可能保證焊層的性能，而且零件輪廓棱角難以保證，常見咬邊，棱角塌陷，而噴焊則不會出現(xiàn)此類缺陷。
6、鑄鐵零件噴焊特點：
⑴ 鑄鐵是含碳量大于2%的鐵碳合金，在工業(yè)中常用的鑄鐵，含碳量為2.5～4%，含硅量為1~3%，以及含有少量的錳、硫、磷等，其中用量最多的是灰口鑄鐵，由于鑄鐵含量高，強度低，對溫度變化敏感，焊補時又多為局部受熱，溫差較大，冷卻速度快，給鑄鐵焊補帶來困難，鑄鐵的可焊性較差，在焊補時易出現(xiàn)以下問題：
⑵ 焊補部位易出現(xiàn)白口組織，白口組織硬而脆，焊后很難進行機械加工，而且易引起裂紋；
⑶ 易產(chǎn)生裂紋，在焊補時由于不均勻加熱和冷卻速度快，易產(chǎn)生熱應(yīng)力裂紋；另外鑄鐵中含硫、磷等雜質(zhì)較多，也易在焊補處產(chǎn)生裂紋；
⑷ 氣孔與夾渣，正因為鑄鐵中含碳量高，含雜質(zhì)較多，在焊補過程中又因冷卻速度快，氣體和一些氧化物來不及析出和上浮，便在焊縫區(qū)形成氣孔或夾渣，采用氧—乙炔焰合金粉末一步法噴焊，能較滿意地解決上述幾個問題；
⑸ 噴焊時使用合金粉末的熔點低于基體熔點，在重熔時，鑄鐵基體不熔化，沒有噴焊層的稀釋問題，也不存在半熔化區(qū)，所以正確地噴焊不會使焊補區(qū)產(chǎn)生白口組織，便于加工，而且由于基體不熔化，自然就控制了基體中所含硫、磷等雜質(zhì)熔入噴焊層，有利于防止裂紋的產(chǎn)生；
⑹ 采用一步法噴焊對基體的熱輸入量少，基體受熱影響小，有利于減少熱應(yīng)力，從而有效地控制熱應(yīng)力裂紋；熱輸入量少，對尺寸精度較高的零件做局部噴焊修補有獨到之處。同時，采用氧—乙炔焰加熱，相對于電焊冷卻緩慢，對防止裂紋和變形也有利；
⑺ 合金粉末中含有強烈的脫氧元素硼和硅，不僅保護了粉末中其它元素免于氧化燒損，而且基體表面的氧化物也可被硼、硅元素還原，防止了氣孔和夾渣；
⑻ 噴焊層組織致密平整，成型好，無咬邊現(xiàn)象，只需少量加工即可使用，材料省，效率高；噴焊鑄鐵零件常用的有SH·F103、鎳基合金粉末Ni15等，鐵基合金粉末熔點高，脆性大，對基體影響也大，效果較差。
⑼ 噴焊時工件預(yù)熱的主要目的是去除工件表面濕氣，并產(chǎn)生一定的熱膨脹減少溫差，從而減少熱應(yīng)力有利于提高涂層結(jié)合強度，保證噴焊層質(zhì)量，一般鋼材取250—300℃，奧氏體不銹鋼取450—500℃，鎳—鉻不銹鋼取350—400℃，低合金鋼、鑄鐵取250—300℃，一般小工件和易氧化的鋼材預(yù)熱溫度要低些；噴焊層厚度根據(jù)工件噴涂后熱脹冷縮特性，重熔后的收縮量大約25—30%，因此在確定噴涂層厚度時，除考慮加工余量和工件噴前的直徑車小量外，必須將收縮量考慮在內(nèi)，噴層的厚度計算，重熔前的涂層厚度=（噴焊層厚度+加工余量）÷（1-0.3）；
7、下列情況不能采用噴焊工藝：
⑴ 低于合金熔點的材料，如鋁及其合金、鎂及其合金，黃銅、青銅；
⑵ 工件是細長的軸類或是很薄的板材而又不允許變形的；
⑶ 工件原設(shè)計要求很高，金相組織不允許有任何改變的；
⑷ 可硬性高的鎳鉻鉬合金鋼；
⑸ 含鉻量＞18％的馬氏體高鉻鋼。
二、典型表面的噴涂特點
零件的幾何形狀對于噴涂(焊)效果有一定影響，如外圓表面噴涂，當涂層冷卻時，有收縮抱緊的趨勢；內(nèi)圓表面涂層冷卻則有脫離工件的趨勢，簡單的表面噴涂粉末容易沉積；復(fù)雜表面某些曲折部位噴涂粉末則難于沉積。因此研究和挖掘各種類型零件表面的噴涂(焊)特點，正確運用噴涂(焊)工藝，對保證噴涂質(zhì)量很有實際意
義。
1、軸類表面的噴涂
工藝要點：
⑴ 噴前表面準備要嚴格把關(guān)，凈化處理、粗化處理要按工藝要求去做，處理好的表面避免與潮氣接觸或用手觸摸；
⑵ 嚴格掌握噴涂規(guī)范，控制工件的溫升不能超過250℃，當涂層較厚，工件較小，連續(xù)噴涂溫升可能超過250℃，應(yīng)采用斷續(xù)噴涂的方法降溫，但停留時間不能過長，否則涂層會被污染造成層間結(jié)合不良；
⑶ 修磨好過度角及邊棱，帶孔或鍵槽的軸頸，應(yīng)將孔堵好及鍵槽的邊緣打磨成圓角，注意噴好的邊緣；
⑷ 外圓表面基體預(yù)熱溫度應(yīng)取下限，噴涂過程中應(yīng)控制基體溫度，從而減少基體的收縮力。
2、平面噴涂
工藝要點：
⑴ 注意修好邊緣、棱角；
⑵ 預(yù)熱要求均勻，大件可采用兩端預(yù)熱；
⑶ 噴涂時要從四周邊緣噴粉，然后引向平面，多次噴粉時，后一次應(yīng)和前一次施噴方向相互垂直；
⑷ 為防止涂層邊緣翹起，施噴前可在工件邊緣開槽，并經(jīng)噴砂粗化可減少應(yīng)力。
3、止口表面噴涂
工藝要點：
⑴ 噴涂時應(yīng)先噴止口圓柱部分，后噴平面部分；
⑵ 噴槍的噴粉方向順工件圓周方向成45度角噴射為好，這樣可能使粉末沉積率低，但卻能噴出清晰的棱角，噴涂操作時注意不能將噴槍垂直于止口拐角處施噴，這樣將造成拐角處涂層組織疏松或夾灰；
⑶ 噴涂時邊緣如出現(xiàn)毛刺、翹邊，應(yīng)及時去掉再噴。
4、局部嚴重損傷零件的噴涂
工藝要點：
⑴ 將局部損壞處打磨干凈，先噴補或用其它方法修補，然后再噴涂全部平面；
⑵ 對于較深、較寬的局部缺陷可視情況，也可先用電焊補平，再全面噴涂；
⑶ 對具有裂紋的局部缺陷先要找到裂紋的起、止端點，并在該處打好止裂孔，開坡口，將裂痕全部清理干凈再噴補或焊補平缺陷部位，最后再噴涂待噴表面。
5、大型設(shè)備導(dǎo)軌
工藝要點：
① 修復(fù)機床導(dǎo)軌，遇到大面積滲油問題，將機床導(dǎo)軌整體均勻加熱除油難以實現(xiàn)，而且也難于將深部油污全部清除，如若加熱溫度，又易使機床導(dǎo)軌變形，為此可進行如下操作。
② 用火焰進行低溫局部烘烤，工件溫度約在80—100℃，隨烤隨之揩去油漬，如此反復(fù)進行數(shù)次，然后使用大功率噴槍快速噴涂；
③ 采用溶劑清洗或刷鍍處理，然后用火焰烘烤，再噴補；
④ 視導(dǎo)軌拉傷的具體情況，還可采用導(dǎo)軌修補膠或鑄件缺陷修補機焊補工藝完成。
6、外圓表面噴涂
工藝要點：
與軸零件噴涂相同，涂層收縮力使涂層箍緊基體，有利于結(jié)合強度的提局，垂體壩熱溫度取下限，噴涂過程中，工件溫度要超過250℃，還必須說明對于形狀、體積和噴涂部位不同的零件，對工件溫度控制也應(yīng)有不同要求，當噴涂小型零件的外圓部位時，切忌工件溫度過高，冷卻時，工件收縮應(yīng)力大，會導(dǎo)致涂層脫落或引起較大變形。
7、內(nèi)孔噴涂
工藝要點：
① 內(nèi)孔與軸類不同，噴層在冷卻時收縮力有使涂層脫離基體的傾向，不利于強度的提高；
② 內(nèi)孔淺而大時，可使用外圓噴槍，取一定的噴射角進行噴涂，對于內(nèi)圓部位的噴涂，大多使用外圓噴槍，但噴前處理利用車螺紋時應(yīng)注意引起的“遮蓋效應(yīng)”，防止涂層疏松；
③ 對于深孔的噴涂(孔徑大于200mm)，要使用接長管內(nèi)孔噴槍，但孔深不宜超過孔徑的2倍，否則對噴涂質(zhì)量影響較大，為防止接長管內(nèi)孔噴槍溫度過高，應(yīng)用0.4—0.6MPa壓力的空氣冷卻；
④ 工件的轉(zhuǎn)速應(yīng)比噴外圓時稍快，以防止涂層過熱，工件的旋轉(zhuǎn)方向應(yīng)使噴涂面向下轉(zhuǎn)，避免散落的粉末帶入待噴表面，火焰以稍高于工件中心線為好；
⑤ 噴涂過程中控制工件溫度不高于250℃，對較厚涂層可采用斷續(xù)噴的辦法；
⑥ 噴涂零件的內(nèi)孔表面因基體的收縮應(yīng)力有使基體貼緊涂層的趨勢，如工件預(yù)熱溫度不足，工件溫度較低時，會由于涂層與基體收縮應(yīng)力差過大，導(dǎo)致涂層脫落，所以預(yù)熱溫度可取上限，在工件變形條件允許的情況下可適當提高基體的預(yù)熱溫度，從而增加基
體收縮力；
⑦ 采用兩步法噴焊，重熔前與噴涂類似，可根據(jù)具體情況結(jié)合噴焊工藝要求確
定各類零件的噴焊要點。
8、鑄鐵件的噴焊
工藝要點
① 在車輛及機械設(shè)備中有相當多的零件的用鑄鐵制造的，在制造或使用過程中難免出現(xiàn)各種問題，采用氧——乙炔焰噴焊工藝不僅是強化鑄鐵件的有效方法，而且也是修復(fù)鑄件各種缺陷和損傷(如鑄造件的砂眼、氣孔或使用中的磨損及其它損傷)的理想手段；
② 噴焊多用于鑄鐵件的局部缺陷的修補，而且缺陷大小不等，深淺不一，適合采一步法噴焊，根據(jù)工件和焊修的部位，應(yīng)盡量使用小功率噴槍，這樣可減少對基體的熱輸入量，一般選用QH—1／h，QH—2／h，QH—4／h等；
③ 噴焊時，因鑄鐵零件的可焊性差，應(yīng)優(yōu)先選用鎳基合金粉末(Ni—B—Si系列)，鎳基合金粉末熔點一般為950～1050℃，重熔時基體不致被熔化，同時，含碳量低的鎳基粉噴焊層硬度低，塑性好，可以松弛噴焊應(yīng)力有利于防止裂紋，這時操作不熟練者極為重要；
④ 選擇噴焊規(guī)范時，應(yīng)考慮鑄鐵材質(zhì)、缺陷部位大小，工況要求等因素，在保證必要火焰能量的前提下，盡量減少對基體的熱量輸入，氧氣、乙炔氣壓力取下限值為宜，噴粉、重熔時，適當調(diào)整噴、熔距離，控制熱輸入；
⑤ 焊補局部小缺陷，如氣孔、砂眼，噴焊前可不預(yù)熱，盡量減少噴焊層周圍受熱面積，使處于高溫區(qū)域盡可能小；
⑥ 對局部小而深的缺陷噴焊修補適合連續(xù)噴焊，該方法粉末沉積率高，厚度增長快，效率高，但要求操作技術(shù)熟練，使送粉量和噴、熔速度協(xié)調(diào)，做到噴均、熔透；
⑦ 對面積較大且深的缺陷，為防止基體受熱過大而導(dǎo)致熱應(yīng)力增大，可采用間歇法噴焊，必要時亦可采用電焊、噴焊復(fù)合工藝，用焊條填充底部，上部噴焊，如鑄件壁厚較大，可采用噴前栽絲，不僅能增加結(jié)合強度，防止噴焊層與母材剝離，而且可消除一部分
噴焊熱應(yīng)力；
⑧ 噴焊大型復(fù)雜鑄件熱應(yīng)力較大，噴焊時要采取措施，減少應(yīng)力積累，如采用加熱減應(yīng)法、分段對稱法；焊前預(yù)熱，焊后緩冷等，均可取得良好效果；
⑨ 控制重熔溫度，重熔溫度過高，不僅合金元素燒損，基體過熱，甚至基體被熔化，導(dǎo)致鑄鐵中的碳進入噴焊層，將使噴焊層中含碳量增加，硬度提高，塑性降低，而基體又因含碳量下降，容易出現(xiàn)白口，而且溫度過高還會引起較大的熱應(yīng)力，導(dǎo)致裂紋的產(chǎn)生，重熔溫度也不能過低，否則，易形成夾灰或熔不透，影響結(jié)合強度，對于重熔溫度的控制，主要靠操作者注意觀察重熔時涂層表面狀態(tài)的變化，借助于重熔時的“鏡面反光”來控制，呈現(xiàn)“鏡面反光”，則表明粉末已熔融，熔渣已經(jīng)上浮，此時重熔槍應(yīng)立即移開，重熔過的部位應(yīng)避免重復(fù)加熱。
————文章來自涂層科技