制定工艺时应考虑以下几个方面。
①根据钢结构防腐、钢结构热喷涂防腐、钢结构喷铝防腐、钢结构喷锌防腐、钢结构合金喷涂防腐的材料、技术要求及工作条件等选用基层及工作层用材料。选料时参阅其他有关资料。一般情形,薄涂层选用细粉,厚涂层选用粗粉。
②以涂层材料性能、厚度及粒度确定喷涂参数,包括乙炔和氧气的压力、喷距、喷枪与工件的相对运动速度等。这些参数除参考有关资料外,应注意积累经验数据。
③零件喷涂的主要目的大都是补偿磨损尺寸。一般,喷涂后必须机械加工达到尺寸和形位精度要求,因此确定涂层厚度时应考虑加工余量,并考虑喷涂后工件热态与冷态的尺寸差异。补偿层厚度以0.4~1 mm为宜,局部厚度应≤3mm。加工余量一般可取0.4≤0.8mm。对于工件磨损量小,只喷涂自粘结复合材料,其厚度应≤0.3mm。
(1)工作表面的预处理
工作表面的预处理亦称表面制备,它是保证涂层与基体结合强度的重要工序。
①凹切。表面有疲劳层或局部严重拉伤的沟痕,在强度允许的条件下,可以对工件凹切处理,即在工件表面车去或磨去一层金属。最小凹切深度应满足最小涂层厚度的要求。表1所列普通轴类零件最小涂层厚度可供参考。由于工件表面磨损不均匀,可采取分阶段梯凹切。分段处应圆弧过渡,最大凹切深度应≤3mm,视轴直径大小,必要时进行强度核算。
表1 普通轴类零件最小涂层厚度 mm
轴直径d |
最小涂层厚度(半径方向) |
轴直径d |
最小涂层厚度(半径方向) |
d≤25 |
0. 25 |
100<d≤125 |
0.80 |
25<d≤50 |
0.40 |
125<d≤150 |
0.90 |
50<d≤75 |
0.55 |
d>150 |
1.0 |
75<d≤100 |
0.70 |
|
|
②钢结构防腐表面清理。油污、油漆用溶剂或清洗剂清除。如果油渍已渗入基体材料内可用乙炔一氧焰烘烤。对锈层可酸浸,机械打磨或喷砂清除。
③钢结构防腐表面粗化。表面粗化的方法有喷砂、切槽或车螺纹、滚花纹、拉毛等。这些方法可单独使用,也可以并用。
i.喷砂。喷砂后基体呈现出新表面,并获得一定的表面粗糙度。喷砂用磨料必须清洁干燥并有尖锐棱角。优先选用熔融刚玉、碳化硅、冷硬铸铁砂。对零件壁厚>4mm和厚涂层,可选粒度0.5~1.5mm的磨料,表面可得到Rz=l00μm的粗糙度。壁厚<4mm或表面硬度低的基体材料(如铝、铜、铸铁等),可选用粒度细的冷硬铸铁砂,喷砂后表面粗糙度达Rz=25μm即可。
ii.切槽或车螺纹:槽或螺纹的表面粗糙度以Ra=6.3~12.5um为宜,加工时不用冷却液。平面基体可用挫削或砂轮打磨,在平面边缘应加工固定槽。
iii.滚花纹:对不适于切槽或车螺纹的工件,可以在表面滚交叉花纹,但应避免出现尖角。
iv.拉毛:对硬度高的工件表面,采用电火花拉毛,但薄涂层工件应慎用。工件表面粗化后,呈现新鲜表面,应防止污染,严禁用手触摸,保存在清洁、干燥的环境里。一般在粗化前预热,粗化后即行喷涂,相隔时间不宜超过2h。
④非涂层表面的防护。喷涂表面附近的不喷涂表面需加以防护,常用的方法是用耐热的玻璃布或石棉布屏蔽起来。喷涂部位的油孔、键槽等用石墨或粉笔堵平或略高于基面,喷涂后清除时应注意不要碰伤涂层。
(2)钢结构防腐涂层喷涂
钢结构防腐涂层喷涂在表面预处理后进行。首先对工件预热,然后喷涂粘结层,工作层,喷后进行工件冷却。
①喷前预热。一般小件在烘箱内预热,通常对较大零件直接用喷枪或气焊炬加热。加热用中性焰或微碳化焰,温度控制在80-100℃,喷涂时工件温度>80℃。铜件、铝件散热快,预热温度应达300-400℃。
②喷粘结层。喷粘结层可以提高涂层与基体的结合力,但应注意控制粘结层的厚度。一般,镍包铝层厚度为0.1~0.2mm,铝包镍层厚度为0.08~0.1mm。由于粘结层厚度难测量,因此以单位喷涂面积喷粉量来衡量,镍包铝粉取0.15g/cm2,铝包镍粉取0.08g/cm2。
喷粉时用中性或弱碳火焰,送粉后出现集中亮红火束,并有蓝白色烟雾。如果火焰末端呈白亮色,表明粉有过烧现象;如果火焰末端呈暗红色,表明粉末熔透。出现上述现象时,应调整火焰或送粉量。
基体经宏观粗化后,表面有明显的峰谷,喷射角度应尽量垂直于喷涂表面。
③喷涂工作层。结合层喷完后,用钢丝刷除去灰粉及氧化膜,即换料斗,喷工作层。铁基粉末用弱碳化焰,铜基粉末用中性焰,镍基粉末用焰介于两者之间,视其成分调整。高熔点的材料需在火焰中滞留时间长些,用碳化焰为好。低熔点不易氧化的材料适用中性焰。
喷距一般应掌握在180~200mm,即火焰长度的4/5处为宜。
喷枪与工件相对移动速度为70-150mm/s,正常线速度为15~25m/min。
喷涂过程中,经常测量基体温度,超过了250℃时宜暂停喷涂。如果工件装在车床上,应使车床继续旋转,待冷却至200℃时,继续喷涂。
对棱角部位喷涂时,如起毛刺应及时清除。
④喷后工件冷却。喷后工件温度为250℃左右,一般工件不会产生严重变形。对一些特殊形状零件应采取一定预防变形的措施,如长轴在机床上边转动边冷却,对形状复杂或涂层厚度>1.5mm时,喷后埋在石灰中或砂中缓冷。
(3)钢结构防腐喷涂层的后处理
①封孔。涂层的孔隙约占总体积的15%,而且有些孔隙互相连通,由表及里。多孔性对摩擦副储油润滑有利,但对受液压的零件易产生泄漏。对后一类零件,喷涂后需用封孔剂填充孔隙,这一工序称为封孔。
封孔剂的性能要求是浸透性好,不溶解,不变质,在工作温度下性能稳定,能增强而不是降低涂层性能。常用的封孔剂有环氧、酚醛、聚氨酯等树脂粘结剂等。
环氧、酚醛、聚氨酯树脂粘结剂属于热固性材料,使用温度260℃以下,耐有机溶剂及弱酸。应用时,清洗喷涂后的表面,再将其加热到40℃左右,将按配方调好的粘结剂涂刷在涂层表面,24h后固化即可。对需加工的表面,涂层应经粗加工后进行封孔,以防止已封孔的表面被加工掉。
②涂层的机械加工。涂层组织疏松,与基体结合强度不高且导热系数低,不可用一般金属加工的刀具和切削用量来加工涂层。
推荐切削加工用刀具及切削用量如下。
i.镍基及铁基粉末涂层用硬质合金刀,铜基粉末涂层用高速钢刀。
ii.刀具主偏角25o~30o,主前角为0°~8°,主后角为5°~8°,刀尖圆弧半径为0. 8mm.。
iii.硬质合金刀切削用量:粗切时切削速度为20~60m/min,铁基涂层选小值,铜基涂层选大值。进给量0.2mm,切削深度0.1~0.3mm,铜基涂层选大值。精切时切削速度25~70m/min。铁基涂层选小值,铜基涂层选大值。进给量0.05~0.8m/min,切削深度0.05~0.15mm,铜基涂层可选大值。
磨削加工用砂轮及磨削用量如下。
i.镍基和铁基涂层用TL绿碳化硅砂轮,硬度中等,铜基涂层用硬度稍低的黑碳化硅砂轮,粗磨粒度46﹟,半精磨、精磨粒度70﹟。
ii.磨外圆时,工件线速度20~30m/min,工作台移动速度0.8~lm/min,每往复行程磨削深度0.002~0.006mm。由于涂层沉积状态不同,磨削用量应按实际状态调整。磨削时应用冷却液及时冲除磨屑。

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