第五章金屬電弧噴涂快速制模技術(shù)

1、2021年12月14日5.1 5.1 概述概述基本過基本過程程發(fā)展歷發(fā)展歷史史技術(shù)難技術(shù)難點(diǎn)點(diǎn)2021年12月14日電弧噴涂快速制模的發(fā)展：電弧噴涂快速制模的發(fā)展： 20 20 世紀(jì)世紀(jì) 60 60 年代末國外年代末國外我國從我國從 20 20 世紀(jì)世紀(jì) 80 80 年代年代5.1 5.1 概述概述基本過基本過程程發(fā)展歷發(fā)展歷史史技術(shù)難技術(shù)難點(diǎn)點(diǎn)2021年12月14日電弧噴涂快速模具制造技術(shù)電弧噴涂快速模具制造技術(shù) 基本工藝過程是將融化的金屬霧基本工藝過程是將融化的金屬霧化，高速噴射沉積于基體上，所獲制化，高速噴射沉積于基體上，所獲制件的形狀與基體相對(duì)應(yīng)，是一種集材件的形狀與基體相對(duì)應(yīng)，是一種

2、集材料制備與成形于一體的制造方法。料制備與成形于一體的制造方法。5.1 5.1 概述概述基本過基本過程程發(fā)展歷發(fā)展歷史史技術(shù)難技術(shù)難點(diǎn)點(diǎn)2021年12月14日電弧噴涂快速制模的技術(shù)難點(diǎn)：電弧噴涂快速制模的技術(shù)難點(diǎn)： 噴涂材料的選擇噴涂材料的選擇脫模劑的選擇脫模劑的選擇工藝參數(shù)的確定工藝參數(shù)的確定5.2 5.2 電弧噴涂技術(shù)的原理和特點(diǎn)電弧噴涂技術(shù)的原理和特點(diǎn)主要特主要特點(diǎn)點(diǎn)原原 理理工件溫工件溫度度熔滴規(guī)熔滴規(guī)律律2021年12月14日一、電弧噴涂技術(shù)的原理一、電弧噴涂技術(shù)的原理常用的金常用的金屬絲有鋅、屬絲有鋅、鋁、銅、鋁、銅、鎳及其合鎳及其合金，絲徑金，絲徑為為 2 23mm 3mm 。5

3、.2 5.2 電弧噴涂技術(shù)的原理和特點(diǎn)電弧噴涂技術(shù)的原理和特點(diǎn)主要特主要特點(diǎn)點(diǎn)原原 理理工件溫工件溫度度熔滴規(guī)熔滴規(guī)律律2021年12月14日5.2 5.2 電弧噴涂技術(shù)的原理和特點(diǎn)電弧噴涂技術(shù)的原理和特點(diǎn)主要特主要特點(diǎn)點(diǎn)原原 理理工件溫工件溫度度熔滴規(guī)熔滴規(guī)律律2021年12月14日5.2 5.2 電弧噴涂技術(shù)的原理和特點(diǎn)電弧噴涂技術(shù)的原理和特點(diǎn)主要特主要特點(diǎn)點(diǎn)原原 理理工件溫工件溫度度熔滴規(guī)熔滴規(guī)律律2021年12月14日二、工件溫度二、工件溫度 工件表面的溫度取決于金屬絲的熔工件表面的溫度取決于金屬絲的熔 點(diǎn)點(diǎn)T T ，金屬絲尖端與被噴涂表面之間的，金屬絲尖端與被噴涂表面之間的 距離距離

4、 L L 和噴涂的持續(xù)時(shí)間和噴涂的持續(xù)時(shí)間 t t 。 高速壓縮空氣一方面使飛行中的熔高速壓縮空氣一方面使飛行中的熔融金屬液滴易于散熱而降溫，另一方融金屬液滴易于散熱而降溫，另一方面也對(duì)涂層和基體有冷卻作用。面也對(duì)涂層和基體有冷卻作用。5.2 5.2 電弧噴涂技術(shù)的原理和特點(diǎn)電弧噴涂技術(shù)的原理和特點(diǎn)主要特主要特點(diǎn)點(diǎn)原原 理理工件溫工件溫度度熔滴規(guī)熔滴規(guī)律律2021年12月14日三、熔滴規(guī)律三、熔滴規(guī)律1.1.噴涂粒子的運(yùn)動(dòng)軌跡基本上是一條噴涂粒子的運(yùn)動(dòng)軌跡基本上是一條 直線。直線。 2.2.噴涂粒子的運(yùn)動(dòng)速度與位移密切相關(guān)。噴涂粒子的運(yùn)動(dòng)速度與位移密切相關(guān)。 3.3.同一截面上的速度梯度分布曲

5、線。同一截面上的速度梯度分布曲線。4.4.霧化氣流的動(dòng)態(tài)性能對(duì)電弧燃燒的穩(wěn)霧化氣流的動(dòng)態(tài)性能對(duì)電弧燃燒的穩(wěn) 定性有貢獻(xiàn)定性有貢獻(xiàn)5.2 5.2 電弧噴涂技術(shù)的原理和特點(diǎn)電弧噴涂技術(shù)的原理和特點(diǎn)主要特主要特點(diǎn)點(diǎn)原原 理理工件溫工件溫度度熔滴規(guī)熔滴規(guī)律律2021年12月14日四、電弧噴涂技術(shù)的主要特點(diǎn)四、電弧噴涂技術(shù)的主要特點(diǎn) 1 1、生產(chǎn)效率高、安全可靠、噴涂工件不變形、生產(chǎn)效率高、安全可靠、噴涂工件不變形 電弧噴涂的生產(chǎn)率正比于噴涂電流，電弧噴涂的生產(chǎn)率正比于噴涂電流，它的高效率表現(xiàn)在單位時(shí)間內(nèi)噴涂金屬的它的高效率表現(xiàn)在單位時(shí)間內(nèi)噴涂金屬的用量大。用量大。 5.2 5.2 電弧噴涂技術(shù)的原理和

6、特點(diǎn)電弧噴涂技術(shù)的原理和特點(diǎn)主要特主要特點(diǎn)點(diǎn)原原 理理工件溫工件溫度度熔滴規(guī)熔滴規(guī)律律2021年12月14日 電弧噴涂技術(shù)僅使用電源盒和壓縮空電弧噴涂技術(shù)僅使用電源盒和壓縮空氣，不用氧氣、乙炔等易燃?xì)怏w，安全性氣，不用氧氣、乙炔等易燃?xì)怏w，安全性高，噴涂工件不變形。高，噴涂工件不變形。5.2 5.2 電弧噴涂技術(shù)的原理和特點(diǎn)電弧噴涂技術(shù)的原理和特點(diǎn)主要特主要特點(diǎn)點(diǎn)原原 理理工件溫工件溫度度熔滴規(guī)熔滴規(guī)律律2021年12月14日三、電弧噴涂技術(shù)的主要特點(diǎn)三、電弧噴涂技術(shù)的主要特點(diǎn) 2 2、涂層結(jié)合強(qiáng)度較高、硬度高、空隙率低、涂層結(jié)合強(qiáng)度較高、硬度高、空隙率低 熔滴加熱溫度和噴射速度比較高，因熔滴

7、加熱溫度和噴射速度比較高，因此粒子的動(dòng)能和熱能都比較高，從而獲得此粒子的動(dòng)能和熱能都比較高，從而獲得較高的結(jié)合強(qiáng)度和涂層強(qiáng)度，以及較小的較高的結(jié)合強(qiáng)度和涂層強(qiáng)度，以及較小的孔隙率?？紫堵?。5.2 5.2 電弧噴涂技術(shù)的原理和特點(diǎn)電弧噴涂技術(shù)的原理和特點(diǎn)主要特主要特點(diǎn)點(diǎn)原原 理理工件溫工件溫度度熔滴規(guī)熔滴規(guī)律律2021年12月14日三、電弧噴涂技術(shù)的主要特點(diǎn)三、電弧噴涂技術(shù)的主要特點(diǎn) 3.3.噴涂質(zhì)量容易保證。噴涂質(zhì)量容易保證。 4.4.可以方便地獲得可以方便地獲得“偽合金偽合金”涂層。涂層。 5.5.設(shè)備造價(jià)低，使用維護(hù)容易，便于現(xiàn)場(chǎng)施工。設(shè)備造價(jià)低，使用維護(hù)容易，便于現(xiàn)場(chǎng)施工。 6.6.能源

8、利用率高，噴涂成本低。能源利用率高，噴涂成本低。5.3 5.3 金屬電弧噴涂快速制模材料金屬電弧噴涂快速制模材料2021年12月14日電弧噴涂快速制模對(duì)材料的基本要求電弧噴涂快速制模對(duì)材料的基本要求 在滿足低熔點(diǎn)、低收縮率的情況下，在滿足低熔點(diǎn)、低收縮率的情況下，應(yīng)盡可能具有較好的力學(xué)性能和較致密應(yīng)盡可能具有較好的力學(xué)性能和較致密的圖層組織。的圖層組織。5.3 5.3 金屬電弧噴涂快速制模材料金屬電弧噴涂快速制模材料2021年12月14日 若采用高熔點(diǎn)的材料，噴涂過程若采用高熔點(diǎn)的材料，噴涂過程中，由于熱收縮的作用，金屬涂層與中，由于熱收縮的作用，金屬涂層與模型界面之間存在很大的切應(yīng)力。模型界

9、面之間存在很大的切應(yīng)力。1.1.使模型發(fā)生塑性變形，影響電弧噴涂使模型發(fā)生塑性變形，影響電弧噴涂 模具的精度。模具的精度。2.2.削弱金屬涂層與模型表面的剪切強(qiáng)度，削弱金屬涂層與模型表面的剪切強(qiáng)度， 使金屬層剝落。使金屬層剝落。3.3.容易燒損模型表面，影響模具表面的容易燒損模型表面，影響模具表面的 粗糙度。粗糙度。5.3 5.3 金屬電弧噴涂快速制模材料金屬電弧噴涂快速制模材料2021年12月14日目前市場(chǎng)上提供的材料目前市場(chǎng)上提供的材料 有鋁、鋅、銅、鎳、不銹鋼、鋁青有鋁、鋅、銅、鎳、不銹鋼、鋁青銅、巴氏合金、復(fù)合絲等許多品種，但銅、巴氏合金、復(fù)合絲等許多品種，但高熔點(diǎn)金屬，如鋼、鎳、銅等

10、在噴涂時(shí)高熔點(diǎn)金屬，如鋼、鎳、銅等在噴涂時(shí)涂層收縮率、熱應(yīng)力、孔隙率都比較大，涂層收縮率、熱應(yīng)力、孔隙率都比較大，涂層容易開裂、翹曲、剝落，所以目前只涂層容易開裂、翹曲、剝落，所以目前只有低熔點(diǎn)的鋅、鋁絲材適合于模具制造。有低熔點(diǎn)的鋅、鋁絲材適合于模具制造。5.3 5.3 金屬電弧噴涂快速制模材料金屬電弧噴涂快速制模材料2021年12月14日鋅、鋁等涂層的性能比較鋅、鋁等涂層的性能比較5.3 5.3 金屬電弧噴涂快速制模材料金屬電弧噴涂快速制模材料純純 鋁鋁純純 鋅鋅鋅鋅 鋁鋁2021年12月14日純鋁：純鋁： 噴涂時(shí)有飛濺現(xiàn)象，不易在光滑表噴涂時(shí)有飛濺現(xiàn)象，不易在光滑表面沉積，且沉積不均勻、

11、氣孔較多，所面沉積，且沉積不均勻、氣孔較多，所以盡管鋁涂層硬度較高，但在實(shí)際模具以盡管鋁涂層硬度較高，但在實(shí)際模具中很少采用。中很少采用。5.3 5.3 金屬電弧噴涂快速制模材料金屬電弧噴涂快速制模材料純純 鋁鋁純純 鋅鋅鋅鋅 鋁鋁2021年12月14日純鋅：純鋅： 噴涂工藝性好，熔滴發(fā)散性小，易噴涂工藝性好，熔滴發(fā)散性小，易沉積，能形成平直細(xì)密的層狀組織，是沉積，能形成平直細(xì)密的層狀組織，是目前普遍采用的噴涂制模材料。但鋅涂目前普遍采用的噴涂制模材料。但鋅涂層的硬度偏低。層的硬度偏低。5.3 5.3 金屬電弧噴涂快速制模材料金屬電弧噴涂快速制模材料純純 鋁鋁純純 鋅鋅鋅鋅 鋁鋁2021年12

12、月14日鋅鋅- -鋁涂層：鋁涂層： 采用鋅鋁合金和鋅鋁偽合金作為噴采用鋅鋁合金和鋅鋁偽合金作為噴涂材料，可以獲得較高的涂層硬度和較涂材料，可以獲得較高的涂層硬度和較好的噴涂工藝性。得到的涂層力學(xué)性能好的噴涂工藝性。得到的涂層力學(xué)性能接近鋁，噴涂工藝性能接近鋅。接近鋁，噴涂工藝性能接近鋅。5.3 5.3 金屬電弧噴涂快速制模材料金屬電弧噴涂快速制模材料3mm3mm2mm2mm2021年12月14日噴涂絲材的直徑有兩個(gè)系列噴涂絲材的直徑有兩個(gè)系列 一個(gè)是一個(gè)是 2mm2mm系列，一個(gè)是系列，一個(gè)是 3mm3mm系列。系列。 噴涂絲材直徑不同，對(duì)送絲機(jī)構(gòu)和噴涂絲材直徑不同，對(duì)送絲機(jī)構(gòu)和噴槍設(shè)計(jì)將有不

13、同要求，同時(shí)也將影響噴槍設(shè)計(jì)將有不同要求，同時(shí)也將影響到噴涂和涂層的性能。到噴涂和涂層的性能。5.3 5.3 金屬電弧噴涂快速制模材料金屬電弧噴涂快速制模材料3mm3mm2mm2mm2021年12月14日 目前國產(chǎn)采用的噴涂絲材多為目前國產(chǎn)采用的噴涂絲材多為 3mm3mm。 熔滴霧化的粗大，大顆粒熔滴沉積將熔滴霧化的粗大，大顆粒熔滴沉積將使涂層組織粗大，孔隙率增加，涂層表使涂層組織粗大，孔隙率增加，涂層表面粗糙，面粗糙， 3mm3mm絲材適用于大面積的電弧絲材適用于大面積的電弧噴涂作業(yè)中。噴涂作業(yè)中。 3mm3mm5.3 5.3 金屬電弧噴涂快速制模材料金屬電弧噴涂快速制模材料3mm3mm2m

14、m2mm2021年12月14日 噴涂涂層組織致密，涂層殘余應(yīng)力噴涂涂層組織致密，涂層殘余應(yīng)力小，表面光潔，拋光性能好，因此在電小，表面光潔，拋光性能好，因此在電弧噴涂制模以及零件修復(fù)等領(lǐng)域?qū)@示弧噴涂制模以及零件修復(fù)等領(lǐng)域?qū)@示很大的優(yōu)勢(shì)。很大的優(yōu)勢(shì)。 2mm2mm5.4 5.4 電弧噴涂工藝參數(shù)的選擇電弧噴涂工藝參數(shù)的選擇電弧功電弧功率率噴涂距噴涂距離離噴涂角噴涂角度度噴涂氣噴涂氣壓壓2021年12月14日 采用合理的電弧噴涂工藝參數(shù)，可采用合理的電弧噴涂工藝參數(shù)，可獲得良好的噴涂效果，使涂層具有較高獲得良好的噴涂效果，使涂層具有較高的結(jié)合強(qiáng)度和耐磨性及較小的孔隙率。的結(jié)合強(qiáng)度和耐磨性及較小

15、的孔隙率。5.4 5.4 電弧噴涂工藝參數(shù)的選擇電弧噴涂工藝參數(shù)的選擇電弧功電弧功率率噴涂距噴涂距離離噴涂角噴涂角度度噴涂氣噴涂氣壓壓2021年12月14日電弧功率：電弧功率： 電弧功率是由電源電壓所決定的，電弧功率是由電源電壓所決定的，它是影響模具型腔質(zhì)量的主要因素。它是影響模具型腔質(zhì)量的主要因素。功率過小功率過小：起弧困難，易斷弧，金屬絲：起弧困難，易斷弧，金屬絲材熔化不良，會(huì)降低涂層的結(jié)合強(qiáng)度。材熔化不良，會(huì)降低涂層的結(jié)合強(qiáng)度。功率過大功率過大：電弧過于劇烈，金屬絲過：電弧過于劇烈，金屬絲過熱，溫度過高。降低了結(jié)合強(qiáng)度。還可熱，溫度過高。降低了結(jié)合強(qiáng)度。還可能導(dǎo)致金屬微滴汽化蒸發(fā)。能導(dǎo)致

16、金屬微滴汽化蒸發(fā)。5.4 5.4 電弧噴涂工藝參數(shù)的選擇電弧噴涂工藝參數(shù)的選擇電弧功電弧功率率噴涂距噴涂距離離噴涂角噴涂角度度噴涂氣噴涂氣壓壓2021年12月14日噴涂距離：噴涂距離： 噴涂距離是指噴嘴到模型表面的距噴涂距離是指噴嘴到模型表面的距離。直接影響到圖層質(zhì)量。離。直接影響到圖層質(zhì)量。距離過小距離過?。耗Ｐ捅砻婢植繙厣^快，模：模型表面局部溫升過快，模具型腔容易產(chǎn)生熱變形，影響模具質(zhì)量。具型腔容易產(chǎn)生熱變形，影響模具質(zhì)量。距離過大距離過大：金屬微滴的溫度和速度下：金屬微滴的溫度和速度下降，動(dòng)能減小，結(jié)合強(qiáng)度降低，氣孔率降，動(dòng)能減小，結(jié)合強(qiáng)度降低，氣孔率增大，組織疏松。增大，組織疏松。5

17、.4 5.4 電弧噴涂工藝參數(shù)的選擇電弧噴涂工藝參數(shù)的選擇電弧功電弧功率率噴涂距噴涂距離離噴涂角噴涂角度度噴涂氣噴涂氣壓壓2021年12月14日噴涂角度：噴涂角度： 噴涂角度是指電弧噴涂成形時(shí)噴嘴噴涂角度是指電弧噴涂成形時(shí)噴嘴氣流軸線與被噴涂原型之間的夾角。氣流軸線與被噴涂原型之間的夾角。 如果噴涂角度小于如果噴涂角度小于4545將會(huì)出現(xiàn)將會(huì)出現(xiàn)“遮遮蔽效應(yīng)蔽效應(yīng)”有些細(xì)節(jié)部分不能被噴到。有些細(xì)節(jié)部分不能被噴到。5.4 5.4 電弧噴涂工藝參數(shù)的選擇電弧噴涂工藝參數(shù)的選擇電弧功電弧功率率噴涂距噴涂距離離噴涂角噴涂角度度噴涂氣噴涂氣壓壓2021年12月14日 實(shí)踐表明，當(dāng)噴涂角度為實(shí)踐表明，當(dāng)噴涂角度為9090時(shí)，時(shí)，噴涂效果最佳，噴涂金屬絲利用率最噴涂效果最佳，噴涂金屬絲利用率最高，金屬沉積率最高，噴涂層組織致密。高，金屬沉積率最高，噴涂層組織致密。5.4 5.4 電弧噴涂工藝參數(shù)的選擇電弧噴涂工藝參數(shù)的選擇電弧功電弧功率率噴涂距噴涂距離離噴涂角噴涂角度度噴涂氣噴涂氣壓壓2021年12月14日噴涂氣壓：噴涂氣壓：氣壓小氣壓?。红F化粒