高速电弧喷涂技术在汽车发动机再制造中的应用研究

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1、万方数据高速电弧喷涂技术在汽车发动机再制造中的应用研究李国庆，张兰春，黄学勤(江苏技术师范学院机械与汽车工程学院，江苏常州213001)摘要：在介绍高速电弧喷涂技术的基本原理、特点及喷涂工艺基础上，以汽车发动机为研究对象，详细阐述了高速电弧喷涂技术在汽车发动机零部件再制造中的应用。研究结果表明，高速电弧喷涂技术在汽车发动机再制造中具有明显的优势。关键词：高速电弧喷涂；发动机；再制造中图分类号：U464．13文献标识码：A文章编号：1674—8522(2010)09—0008—05O引言高速电弧喷涂(HighVelocityArcS

2、praying)技术是在传统电弧喷涂(TraditionalVelocityArcSpraying)技术基础上发展起来的一种新型电弧喷涂技术。传统的电弧喷涂技术是以电弧为热源，将熔化了的金属丝用高速气流雾化，并以高速喷射到工件表面形成涂层的一种工艺。喷涂时，两根丝状金属喷涂材料分别接电源的正、负极，金属丝材用送丝装置通过送丝轮均匀、连续地向前送进，并保证两根丝材在未接触之前绝缘。当两根金属丝材由于送进而互相接触时，在端部之问短路并产生电弧，使丝材端部瞬间熔化，然后用压缩空气把熔化金属雾化成微熔滴，并以很高的速度喷射到工件表面，形成

3、电弧喷涂层。高速电弧喷涂技术则根据气体动力学原理，在传统电弧喷涂的基础上，对传统电弧喷涂枪的流场进行优化设计，将高压空气或高温燃气通过特殊设计的喷嘴加速后，作为电弧喷涂高速雾化和加速熔融金属的动力来源，将雾化粒子高速喷射到工件表面形成致密涂层Il】，其原理示意图如图l所示。如图2所示为高速电弧喷涂与普通电弧喷涂焰流形貌，不同于一般的普通电弧喷涂，高速电弧喷涂改善了金属液滴的雾化效果，粒子平均直径比传统喷涂枪雾化粒子更小，离子束更加集中121。图1高速电弧喷涂技术原理示意图蓐体(高速喷涂焰流)(传统喷涂焰流)图2高速电弧喷涂与普通电

4、弧喷涂焰流形貌收稿日期：2010-08—23；修回日期：2010-08—30作者简介：李国庆(1964_)，男，江苏常州人，副教授，高级工程师，主要研究方向为汽车服务工程、报废汽车回收再生技术应用。万方数据第9期李国庆张兰春黄学勤：高速电弧喷涂技术在汽车发动机再制造中的应用研究91高速电弧喷涂技术的特点高速电弧喷涂技术与传统的电弧喷涂技术相比有如下特点。(1)高速电弧喷涂熔滴飞行速度高，雾化效果好，在距喷涂枪喷嘴轴向80mm范围内的气流速度达600m／s以上，而普通电弧喷涂枪气流速度仅为200—375m／s；最高熔滴速度达到350

5、m／s，且熔滴平均直径是普通喷涂枪雾化粒子的I／3—1／8。因此，高速电弧喷涂可应用于某些等离子喷涂或超音速火焰喷涂应用的领域。(2)高速电弧喷涂层的组织结构致密，孔隙率低，结合强度高，涂层耐磨性能比传统电弧喷涂层有较大的提高。高速电弧喷涂防腐用Al涂层和耐磨用3Crl3涂层与基体的结合强度分别达到35blPa和43MPa，是普通电弧喷涂层的2．2倍和1．5倍[31。高速电弧喷涂3Crl3涂层孔隙率小于2％，而相应的普通电弧喷涂层孔隙率大于5％。(3)高速电弧喷涂技术焰流集中，喷涂层的表面粗糙度和氧化程度比传统电弧喷涂层小。传统电

6、弧喷涂层中形变颗粒周围存在较大的破碎氧化物颗粒和连续的氧化物膜，这与喷涂过程中雾化颗粒较大、气流速度的加速能力小以及颗粒飞行速度较低有关。由此可知，高速电弧喷涂层能够更有效地提高材料的耐磨、耐蚀和抗疲劳性能。(4)高速电弧喷涂技术具有效率高、成本低、操作灵活等特点，高速电弧喷涂技术可用于大面积的现场施工，其喷涂速度快，与普通电弧喷涂技术具有兼容性。利用普通电弧喷涂电源设备及送丝机构，更换高速电弧喷涂枪就可以进行高速电弧喷涂，并且喷涂质量已取得了明显的进步。2喷涂工艺2．1工艺过程高速电弧喷涂工艺过程如图3所示。工艺过程与普通电弧喷

7、涂相似，也由工件表面预处理(包括除油、除锈和表面粗糙化)、进行高速电弧喷涂、喷后处理(表面封孔、浸油)和机械加工等工序组成。表面预处理的好坏直接影响涂层的结合强度，不洁净的表面会导致涂层的剥落。如果涂层表面有水分、油脂和灰尘，微粒与表面之间就会存在一层隔膜，不能很好地相互嵌合；如果工件表面光滑，微粒就会滑掉或虚浮地沉积，且随着喷涂层逐渐增厚而脱落。只有干净、干燥、粗糙的表面才能使微粒在塑性尚未消失时与表面牢固地嵌合，粗糙表面凹凸不平，从而形成良好的附着条件。目前，主要是通过喷砂处理对表面进行粗糙化处理。图3高速电弧喷涂加工工艺过程

8、工件表面预处理包括以下内容：(1)表面清洗对待喷涂表面及其相邻区域采用丙酮、酒精等进行除油、去污、除锈等清洗工作，对轴类零件等要用适宜的温度进行火焰烘烤除油，除去材料内部的残油，以免影响涂层与基体的结合强度。(2)表面预加工表面预加工的主要目的是除