热喷涂技术在汽车上的应用文档格式.docx

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因此在工业中被广泛应用。

随着超音速火焰喷涂技术的开发，其喷射速度高达音速的两倍，熔融粒子的速度高达400m／s，约为普通火焰喷涂的4倍和等离子的2倍。

故涂层更为致密，结合强度大，另外这种方法有沉积率高，涂层性能稳定，特别适合于喷涂碳化物涂层，非常适宜在专用汽车中的应用。

1.2电弧喷涂

电弧喷涂是利用两根连续送进的金属丝之间产生的电弧作热源来熔化金属，用压缩空气把熔化的金属雾化，并对雾化的金属细滴加速使之喷向工件形成涂层的技术。

电弧喷涂技术与其他热喷涂方法相比，其特点是：

结合强度高；

生产效率高，成本低；

安全性好，喷涂质量稳定，能源利用率高。

图l所示为电弧喷涂的原理示意图。

此项技术可赋予工件表面优异的耐磨、防腐、防滑、耐高温等性能，在机械制造、电力电子和修复领域中得到广泛的应用。

电弧喷涂技术具有以下优点：

（1）生产率相对较高：

电弧喷涂的生产率与电流成正比，一般相当于火焰喷涂的4倍；

（2）涂层结合强度高；

（3）涂层质量易于保证；

（4）能源利用率高，能耗低；

（5）可以方便地获得“伪合金”涂层：

当使用两种不同材料的喷涂丝材时，获得的是两种材料的粒子紧密结合的“伪合金”涂层，涂层中还存在少量的合金与金属间化合物；

由于兼有两者的性能，因此“伪合金”涂层的性能较好；

（6）设备造价低，使用维护方便：

电弧喷涂的设备简单，体积小，重量轻，设备移动方便。

不需要瓶装气体、燃料，没有水冷系统，且工作环境要求低，可以长时间在恶劣环境下工作。

传统的电弧喷涂技术，由于喷涂粒子速度低涂层受到严重氧化，使涂层质量和应用受到一定的限制。

而高速活性电弧喷涂采用高压气流或燃料燃烧所产生的高速射流雾化喷涂材料熔滴，可以提高电弧稳定性，使喷涂粒子显著加速，减少粒子与空气的接触时间，达到减少涂层氧化，显著提高涂层质量的目的。

资料表明，高速电弧喷涂在距喷枪喷嘴端面轴向距离80mm范围内，气流速度可达到600m／s，金属熔滴的雾化效果显著提高，涂层粒径仅为传统电弧喷涂粒径的1／3～1／8，涂层结合强度是电弧喷涂的1．5倍～2．2倍，涂层孔隙率不大于2%。

1.3爆炸喷涂

爆炸喷涂是利用气体爆炸产生的高能量，将喷涂粉末加热、加速，使粉末颗粒以较高的温度和速度轰击工件表面而形成涂层。

喷涂时，先将一定压力、比例的氧气和乙炔由进气口通入水冷喷枪内腔，然后由供粉口送入粉末，接着火花塞点火，氧气和乙炔的混合气体燃烧并爆炸，产生高温高速气流，将粉末加热，并以高速（超过音速约3倍）撞击到基材表面，形成涂层，然后通入氮气清理枪管，为下一次喷涂做准备。

如此重复进行。

爆炸喷涂涂层与基体结合强度可达100MPa以上、涂层致密、孔隙率小于1％。

工件热损伤小。

涂层均匀、厚度易控制。

涂层硬度高、耐磨性好。

爆炸喷涂可用微机控制，易于实现自动化。

1.4等离子喷涂

等离子喷涂是采用非转移型等离子弧为热源，喷涂材料为粉末的热喷涂方法。

利用电流电弧放电，把高温加热的氩气、氮气、氦气等气体部分电离成离子束，在电弧放电部位四周强制流过的低温气体，产生收缩效应，使电弧放电部位断面缩小，导致能量密度和电流密度升高，最高温度可达200O0℃。

由于等离子喷涂温度高，气体可控制，可以用来喷涂各类高熔点的金属、氧化物和其他各种陶瓷材料。

最近10年开发的真空等离子喷涂设备，不仅使涂层的品种扩大，质量提高，而且可以进行新材料的合成和材料表面改性。

近几十年来等离子喷涂技术发展很快，目前已开发出真空等离子喷涂、可控气氛等离子喷涂、溶液等离子喷涂和超音速等离子喷涂。

2.0热喷涂技术在汽车工业中的应用

2.1在汽车制造业上的应用

在汽车发动机上，活塞环要承受气缸中高温、高压燃气的作用，在高速及润滑困难的条件下因磨损寿命很短，所以对活塞环材料除了具有高的强度及冲击韧性外，还要耐热、耐磨。

对活塞环的合金钢、铸铁、不锈钢基体采用HVOF工艺，喷涂上Cr3C2．NiCr涂层，可以提高活塞环的耐磨性；

采用等离子喷涂对气缸孔喷涂钼合金，可以提高气缸的耐腐蚀、耐磨及耐高温性能；

铝合金气门挺杆上采用电弧喷涂优质碳素钢涂层可以减轻挺杆质量并减少磨损；

此外，对喷油嘴、传感器、气门、曲轴等喷涂钼、金属陶瓷、陶瓷和合金涂层可提高该零部件使用寿命3倍～5倍。

在汽车变速箱上，换档同步环，依靠摩擦作用实现同步，喷涂上一层铝钼合金后，可使齿轮工作时具有自锁紧功能，保证行车安全、平稳；

换档拨叉对变速箱换档操纵性能、可靠性及其寿命影响很大，因此，在产品设计中，对拨叉的工作面进行Cu-A1和Ni—Al热喷涂处理，就可以提高拨叉的耐磨性、润滑性和疲劳强度。

在汽车制动系统中，在钢基体上喷涂氧化锆可以作为刹车盘材料，可以提高刹车盘的耐磨性。

在车身成型过程中，在车顶与车前面板焊缝处会产生一凹陷区，以前弥补这一缺陷的方法是将多余的焊料打磨掉，因而降低了焊缝的强度。

现在已开始采用电弧喷涂硅青铜的方法来添补这一接缝区，这样既美化了车身外观，又增强了焊缝强度。

在汽车电器及控制装置上，氧传感器用于检测排气中氧的含量，传感器探头需要承受高温并且耐腐蚀，对铂和氧化锆基体采用等离子喷涂上含Al2O3-MgO陶瓷涂层，可保护传感器探头，对燃油喷射进行更加精确的闭环控制，从而减少燃油消耗并降低汽车排放；

在点火系统中，对分电器转子的钢基体采用等离子喷涂上A1203-Ti02陶瓷涂层，可以降低分电器噪音；

在铝合金基体上喷涂Fe3O4涂层，作为磁性传感材料用于转矩传感器上。

2.2在汽车维修过程中的应用

在汽车行驶过程中因磨损而失效的零部件可以采用热喷涂技术将尺寸恢复到原始尺寸并进行加工处理，这样在不降低使用性能的条件下，可以减少维修成本。

载重汽车发动机负荷大，工作时主轴瓦与主轴承座孔内表面沿圆周方向相对运动，导致轴承瓦背和座孔磨损，其圆度、圆柱度误差超差，严重时，还会发生“抱轴”故障，使缸体报废。

对这种情况，可以对磨损量较大的轴承座孔采用热喷涂工艺，通过加工使之恢复到标准尺寸。

对于气缸、活塞、曲轴等运动部件因磨损产生的失效，都可以采用热喷涂方法来修复。

如对因磨损而失效的汽车齿轮轴，采用G314铁基合金粉作为喷涂材料进行等离子喷涂，修复后可完全达到原来的质量要求，延长了使用寿命，具有明显的经济效益。

3.0汽车上常用涂层简介

3.1Zn（-R）涂层

随着全球环保法规越来越严格的要求、汽车制造技术的提高及汽车使用寿命的延长，现代汽车制造企业对汽车零部件防护性镀涂层的耐腐蚀性能提出了越来越严格要求的同时又对镀层提出了耐热性能、摩擦系数的要求，以适应现代汽车发动机的工况环境及满足现代汽车装配技术发展的需要，具体要求和指标见表1。

目标：

功能性防腐12年，装饰性防腐6年。

镀锌钝化是汽车零件最常见的防护性处理工艺，然而由于锌的电位较负，镀锌层作为阳极镀层会很快遭到腐蚀，进而发生基体材料的腐蚀。

因此镀锌工艺已跟不上现代汽车严酷的使用环境与苛刻的质量要求。

一批耐蚀性能更好，而且具有耐热、低氢脆性、良好加工性能的锌合金镀层如镀Zn—Ni、Zn—Fe、Zn—Ti、Zn—Co、Zn—Sn等合金镀层在现代汽车上获得应用。

Zn—Al、Zn—Mg合金镀层的耐腐蚀性能更加优良，作为汽车钢板的镀层正在研究开发中。

表4（数据来源同表1）列出锌合金镀层极其优良的耐腐蚀性能（在外部环境中暴露4年）

表汽车使用环境测试结果

表汽车用锌铝图层的性能要求

Zn-Al

喷涂Zn．A1合金涂层主要集中在Zn．15wt％A1合会涂层上。

因为当Al含量大于15％时，材料将变硬变脆致使材料不易拉拔成丝材，因此铝含量的提高十分困难。

Zn-15％A1合会涂层兼具纯Zn、纯Al涂层优异性能、又相互补充了各自技术的缺陷，因此，综合了Zn、A1涂层各自的性能优点。

首先，Zn能够为涂层提供有效的电化学活性，使涂层具有优异阴极保护性能，其次，Al在喷涂时能够形成A12O3强化涂层，从而使其耐磨性和抗蚀性都就明显提高。

Zn．15wt％A1合金涂层电化学性质在静特性与相似电位方面接近Zn，在动特性方面与Al相似，腐蚀速率与Al相近，其综合性能要明显优于纯Zn、纯Al涂层。

另外，锌铝合会丝材在热喷涂时，与纯锌丝喷涂时相比，喷涂过程稳定，不易产生有毒烟雾，生产环境友好。

因此，近年来获得了广泛的应用。

Zn-A1-Mg涂层和Zn-Al-Mg-Re涂层

为了进一步提高涂层的耐蚀性能，研究者在喷涂材料中添加了少量的Mg或者Mg+Re元素，并通过喷涂不同材料的丝材或喷涂粉芯丝材的方法获得相应的Zn-Al-Mg涂层或者Zn-Al．Mg-Re涂层。

对于Zn-A1-Mg涂层来说，Mg元素在涂层中的作用是形成尖晶石氧化膜以改善涂层中Al的阴极保护作用，且Al-Mg薄层具有一定的自封闭能力。

Zn-Al-Mg系列合金涂层也展开了研究，徐滨士等采用高速电弧喷涂粉芯丝材技术制备了不同Al、Mg含量的Zn-A1-Mg系列合金涂层，并通过盐雾腐蚀试验和电化学腐蚀试验研究了Al、Mg对涂层耐腐蚀性能的影响。

对于Zn-Al-Mg-Re涂层来说，RE元素的主要作用是细化雾化熔滴的尺寸，改善喷涂雾化效果。

试验表明RE加入后涂层中扁平颗粒厚度明显变薄，喷涂层的孔隙率明显较小，涂层的抗腐蚀性能有所提高。

3.2纳米结构金属陶瓷涂层

纳米结构金属陶瓷涂层就是采用喷涂技术，在金属基体上制备具有金属和陶瓷优点的纳米结构的金属陶瓷涂层，使材料具有更加优异的性能。

它的特点是能有机地把金属材料的强韧性、易加工性等和陶瓷材料的耐高温、耐磨和耐腐蚀等特性结合起来。

而且涂层的可加工性好，涂层损坏后可再进行喷涂。

喷涂涂层技术的应用领域十分广泛，主要有：

1）热障涂层。

对于承受温度高达1100的燃气轮机部件，已超过了镍基高温合金使用的温度极限（1075℃），有效的解决办法是涂敷绝热性好的高熔点金属陶瓷涂层，称热障涂层。

热障涂层主要用于航空、舰船及陆用燃气轮机的受热部件以及民用内燃机、增压涡轮、冶金工业用喷氧枪等器件。

2）抗高温黏着磨损涂层。

热处理炉辊、支承辊、烧结炉辊等高温辊子多在800～1200℃高温下运行，采用喷涂技术，在高温炉辊表面喷涂金属陶瓷涂层，具有良好的耐高温、抗氧化、抗黏着、防节瘤和自清理净化功能，既可显著提高炉辊使用寿命，又能生产表面光洁质量优良的钢材。

3）耐磨损耐腐蚀涂层。

化工厂用高压往复式计量泵柱塞，采用喷涂Al2O3，一TiO2复合涂层代替传统的镀铬工艺，其使用寿命提高了6倍。

在低应力滑动磨损和磨蚀工况下，几乎所有原有镀铬的制品都可以用热喷陶瓷涂层代替。

3.2.1纳米陶瓷涂层在活塞环上的应用

如果说内燃机的质量好坏、性能优劣及科技含量的高低影响和制约了汽车工业的发展，那么，完全有理由相信：

内燃机活塞环技术的发展同样深刻地影响着内燃机的生存与发展。

在往复式内燃机中，活塞环既是运动件，又是密封件。

活塞环要在高速的往复运动状态下，在高温、高压燃气的作用下完成对汽缸壁的密封作用。

活塞环与汽缸这对摩擦副的耐磨性能至关重要，它直接影响到内燃机的使用寿命、可靠性和效率。

发动机工作时