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，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，擠壓應力或接觸應力等。
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各種碳鋼、低合金鋼零部件的表面強化或修復，但應注意到零件材質(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，應該注意此工藝對于所噴基體材料的適應性。
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，如各類機床導軌局部傷痕的修補，宜用一步法噴焊工藝；
⑵ 工件表面復雜或無規(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 所得涂層的硬度應盡量接近原設計的表面硬度，例如原設計采用淬火或化學處理工藝，使表面硬度達HRC≥55左右的，則應選用所謂“硬面涂層”粉末，如Ni15、Ni60、Fe65或Wc復合粉；
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，應選用高硬度如Ni15、Ni60、Fe65或Wc復合粉；
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，有利于減少熱應力，從而有效地控制熱應力裂紋；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 外圓表面基體預熱溫度應取下限，噴涂過程中應控制基體溫度，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 預熱要求均勻，大件可采用兩端預熱；
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)噴砂粗化可減少應力。
3、止口表面噴涂
工藝要點：
⑴ 噴涂時應先噴止口圓柱部分，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、大型設備導軌
工藝要點：
① 修復機床導軌，遇到大面積滲油問題，將機床導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 視導軌拉傷的具體情況，還可采用導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，工件收縮應力大，會導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注意引起的“遮蓋效應”，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，應用0.4—0.6MPa壓力的空氣冷卻；
④ 工件的轉(zhuǎn)速應比噴外圓時稍快，以防止涂層過熱，工件的旋轉(zhuǎn)方向應使噴涂面向下轉(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力有使基體貼緊涂層的趨勢，如工件預熱溫度不足，工件溫度較低時，會由于涂層與基體收縮應力差過大，導致涂層脫落，所以預熱溫度可取上限，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致熱應力增大，可采用間歇法噴焊，必要時亦可采用電焊、噴焊復合工藝，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
噴焊熱應力；
⑧ 噴焊大型復雜鑄件熱應力較大，噴焊時要采取措施，減少應力積累，如采用加熱減應法、分段對稱法；焊前預熱，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力，導致裂紋的產(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，此時重熔槍應立即移開，重熔過的部位應避免重復加熱。
————文章來自涂層科技