研究铬钢丝电弧喷涂工艺及其涂层性能

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1、研究锯钢丝电弧喷涂工艺及其涂层性能摘要如今,铭钢线材的电弧喷涂己经在防腐蚀和耐磨保护方面取得了重要的市场占有率。然而，详细的研究是进行进一步的过程优化。为了优化工艺参数和评佔DoE-based喷雾参数的影响，实验中已经使用了高速摄像机拍摄。在这篇文章中，喷雾气流、电压、气休压力雾化粒度射流性能、平均粒子速度和平均粒子温度和羽流宽度等因素对颗粒X46Crl3电线的影响可以用一个联机的过程监控装置。另外，涂料的形态、成分和相组分的性能研究采用扫描电镜(SEM)、EDX,XRD-分析仪。这些深入研究允许过程参数对喷雾气流和涂层性能的影响的一个定义验证和在此基础上，进一步过程的优化。

2、关键词实验设计(DoE)、微观结构，在线过程监控、流程分析、电线电弧喷涂,X46Crl3不锈钢1•导论20世纪初斯库普提出了电弧喷涂，发展至今，其工艺已经成为了一种最成功的热喷涂技术应用Z-o这种简单而低成本工艺的建立和多种可用电线材料都只是它成功的其中一些原因。然而,减少孔隙度和涂层中的氧含量和在基底上的犬颗粒对进一步改进工艺是个大挑战，这导致了对线弧喷射工艺有影响的参数进行深入的分析。经调查X46Crl3锯钢丝在防腐蚀和耐磨保护应用及科学研究屮起着至关重要的作用。由于这种銘钢的马氏体组织而显示出优良的机械性能。然而，机械性能和耐腐蚀性能不适用在此文章中介绍。这个调查的0的

3、是一个关于喷涂工艺参数影响的广泛知识基础上的工艺优化，如图1所示。这个工作利用在线过程监控、高速摄像记录、示波器录音、微观组织分析,探讨了液滴形成、颗粒温度、速度和气柱宽度以及工件表面粗糙度和喷雾参数决定的涂层性能。在(参考5-15)其他研究工作中关于粒子和羽流特性以及产生的涂层性能的影响给岀了介绍。通过实验设计(DoE)把基础实验和在线过程的监控结合起來，一种信息含量高且次数最少的实验才能得以实现。然而，只有几个出版物涉及线材电弧喷涂小的实验设计基础实验，例如（参考13、16）o作为最后的结果，该工作能使一个已定义工艺根据需要的涂层性能而改进,所以工艺参数可以通过优化來显著

4、的改善涂层性能。1•步骤设定这个步骤设定（如图2所示）由以下描述的儿部分组成。作为一个常规的铜包覆电线材料X46Crl3I占I体电线被用来观察电线电弧喷涂工艺在多样的条件下的线材的性能。测量装置（在线过程监控和高速摄像机）放在喷嘴前面来测量喷雾羽流性能。在雾化束流传感器探头的帮助下，测量出的优化结果可实现装置与喷雾羽轴的距离为200毫米。关由于普通喷嘴距离为150毫米，记录的轴与电弧Z间的距离也为150毫米，从而获得喷雾束流性能关于涂层间距的信息。依赖于给出的光辐照测量谋差。低辐射的喷雾沉淀物（例如。锌）不能被监控，因为其测量谋差是非常高的。高辐射喷雾沉淀物却可以，例如，用铭

5、钢允许定义和精确的测量。内部设置的测量装置是制造商校准而保持不变的。在测量过程中速度给定为为1赫兹。为了减小误井，最小300的测试值已经记录和保存在ASCII数据文件中,允许综合数据分析。当输入到表格之后其均值和标准偏差计算到被显示在多样化的图表。高速摄像记录必须得到关于在线材尖端的液滴形成和束流的粒子轨迹。在过去的几年里，高速照相机的技术展示出大优势，因此高速摄像机，用于调查（PhotronFastcam）,能够记录在一帧率达到25码（帧每秒）。为了这个研究其帧速率已经下降了下来3,000帧每秒在一个快门时间的1/86,000秒，来获得最大的帧分辨率。主体部分的步骤设置是V

6、isuArc350电弧喷涂系统（图3）。这个新开发的初级逆变电源用一种特姝设计的送丝和喷嘴系统，能够稳定喷射条件和均衡的涂层形成过程，因为它可以明显地降低喷雾电压波动。系统的进一步规范都列在表k为了研究微观结构和已经加工过的钢基体上的涂层，在钢基体上已经用钢砂喷砂处理磨制（平均直径0.6毫米），随后涂喷距离为150毫米。通过切割、研磨、抛光、截而Z后的涂层采用EDX（X-射线能谱）分析和XRD（x射线衍射分析）分析來研究。结果由于空间有限，只能显示一些选择岀來的结果。对于DoE二级全因子模型包含三个不同的参数（电压、电流、离心式气体压力）。这个测量结果有32二9利J为了扩大该

7、区域而进一步进行了测量，并通过电子表格显示岀来。由于之间的线性回归的最小值（24伏，100A,0.2MPa）和最大值（36伏、200A、0.4MPa）没有声明，关于这个最大值和最小值可以给出回归。这可能导致错谋的推测，所以统计分析应该结合纯数据图表来研究;两者都已在上下文中给岀。通过在线过程的监控给岀的误差范围的标准偏差值至少为300。3.1粒子速度粒子的速度是既受固定参数影响的，如喷嘴的设计，又受可调参数的影响,例如离心式气体压力、电压和电流。如图，该参数的设置对粒了速度有着十分重要的影响。速度本身的