表面技术概论-电弧喷涂工艺实验-081010

表面技术概论实验指导书之一

实验一 电弧喷涂工艺实验 Test 1 Arc Spray Technology

一、实验目的

1．了解电弧喷涂表面技术的工作原理。

2．了解电弧喷涂的各种工艺参数之间的关系。

二、实验原理

电弧喷涂是采用电弧作为热源使金属涂层材料加热熔化, 然后用高速气体使金属涂层材料分散细化并高速撞击到基体表面形成涂层的工艺过程。 （一）电弧喷涂的原理：

采用两根彼此绝缘并加有18～40V直流电压的线形电极，由送丝机构向前输送，当两极靠近时，在两线顶端产生电弧并使顶端熔化，同时吹入的压缩空气使熔融的液滴雾化并形成喷涂束流，沉积在工件表面，如图1所示。

用途：主要用于喷涂锌铝防腐蚀涂层、 不锈钢涂层、高铬钢涂层， 用于大型零件的修复和表面强化。

电弧喷涂优点：电弧喷涂的涂层密度可达70％～90％理论密度，比同样的火焰喷涂涂层要致密，结合强度(10～40MPa)较高。 而且电弧喷涂的运行费用较低，喷涂速度和沉积效率都很高，因此是喷涂大面积涂层尤其是长效防腐锌、铝涂层的最佳选择。

局限性：只能用于具有导电性能的金属线材。

（二）电弧喷涂工艺参数对喷涂件质量的影响

①喷涂距离

合适的喷涂距离，可以获得最高的粒子温度和速度,最小的氧化程度,从而得到最大的结合强度。喷涂距离过大，粒子动能降低，且氧化严重，使结合强度显著下降；粒子喷涂距离过小则会导致涂层过热、涂层内应力增加，使结合强度下降。 ②空气压力

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空气压力适当时，涂层结合强度较高。空气压力过大，易造成涂层厚度不均匀；空气压力过小，造成粒子不能充分雾化，粒子动能降低，造成结合强度降低。 ③喷涂电流

喷涂电流要合适。喷涂电流过大，雾化粒子氧化加剧；电流过小易出现熔化不良、粒子粗大等现象。

④涂层厚度

涂层厚度对结合强度的影响也很大。随着涂层厚度增加，结合强度显著降低，一般涂层的厚度应控制在200μm左右为宜。

三、实验仪器设备及实验材料

实验仪器设备：电弧喷涂机（DS—300）一台，样品切割机，喷砂机，镶样机，磨抛机，体式显微镜，金相显微镜。

实验材料：Q235（低碳钢），金属锌、铝丝材，金相砂纸，研磨膏。 四、实验步骤

1． 表面预处理：喷涂前，先用稀H2SO4或稀HCL对Q235钢工件进行酸洗除锈；再用弱碱溶液进行酸碱中和清洗; 然后用丙酮进行除油处理；最后用喷砂机进行表面喷砂，获取一定的表面粗糙度。

2．用DS—300电弧喷涂机对工件进行喷涂。电弧喷涂工艺参数为:电弧电压32 V、电弧电流140~160 A、压缩空气压力0.7 MPa、喷涂距离180 mm。

3．试样制备：将带有涂层的Q235钢工件用样品切割机切成16 mm×8mm试样。

4．对经电弧喷涂的试样，进行镶样、研磨、抛光，然后测量涂层厚度、与金属基材的结合情况分析及表面形貌观察。

五、实验记录

1．记录涂层厚度及与金属基材的结合情况分析、涂层结构及表面形貌。 2．画出涂层结构组织。

六、注意事项

1．自觉遵守实验室规则。

2．实验前应根据实验讲义进行充分准备，实验前经老师提问合格后，方可开始实验。

3．实验过程中，严肃认真，保持实验室安静。严格按操作规程进行，注意安全，爱护仪器设备。 4．实验时，每小组内的学生可适当分工、轮换。每个学生都应了解整个实验过程。

5．实验完毕，必须将实验记录交教师检查，合格者方可结束实验，不合格者重新进行实验。

6．每人必须认真填写实验报告一份。实验报告除包括必要的实验目的及原理以外，还应包括原始数据、计算方法、必要的数据表格与图形。另外，还应对实验结果作必要的讨论，分析引起偏差的原因。书写应清楚整洁。

7．实验时应保持实验台整洁，实验结束后应整理好仪器，作好室内清洁卫生。

七、思考题

1．电弧喷涂表面技术的主要目的是什么？

2．如果为了增加涂层厚度，可以调整什么工艺参数？ 3．适合电弧喷涂的涂层材料有那些？为什么？

4. 为何热喷涂涂层内部存在孔隙，这些孔隙是如何形成的？如何消除或减少这些孔隙？

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