摘 要：隨著國家環(huán)保的要求，傳統(tǒng)的液壓支架立柱鍍鉻工藝正在被淘汰，立柱表面處理技術工藝是目前立柱生產廠家和維修企業(yè)面臨的一個重大難題。超音速火焰噴涂技術用于液壓支架立柱的制造與再制造，是替代傳統(tǒng)鍍鉻的最佳技術工藝。本文主要分析了超音速火焰噴涂技術的應用工藝，推動新工藝在煤礦設備檢修中的應用。

關鍵詞：火焰噴涂 超音速 立柱修復 噴涂技術

前言

隨著近年來涂層技術的不斷發(fā)展，已經有一些涂層的使用效果證明比電鍍硬鉻層更清潔、更有效，甚至成本更低。其中超音速火焰噴涂（HVOF）的涂層的成本與電鍍硬鉻鍍層相當，一些粉末材料已經比電鍍成本低，并且仍在不斷降低，而電鍍硬鉻鍍層成本則在不斷上升。國家對于環(huán)境保護非常重視，在這種背景下，國家也大力度鼓勵熱噴涂行業(yè)積極開拓市場，用該工藝取代目前有害環(huán)境的鍍鉻工藝，以噴代鍍將會越來越深入各行各業(yè)。

1 主要研究內容

超音速火焰噴涂是一種新型的HVOF系統(tǒng)，它的基本原理是以高標號煤油為燃料在噴槍中與氧氣完全混合，配以粉末狀的合金材料，通過噴嘴高速燃燒噴出，使合金材料被完全熔化，撞擊在工件表面，形成一個高質量的致密涂層。

電鍍硬鉻工藝會導致嚴重的環(huán)境問題。導致環(huán)境問題的不是鉻本身，而是鍍鉻過程。鉻是不活潑的元素，可以安全地用于日常用品乃至人工關節(jié)等。主要問題是鍍鉻工藝使用的鉻酸溶液，產生含Cr（VI）酸霧和廢水。因此，各國對鍍鉻工藝的限制將會越來越嚴。人們一直努力尋找替代電鍍硬鉻的涂層工藝。技術關鍵是替代電鍍硬鉻鍍層的HVOF涂層的特性必須達要求，特性主要包括：耐磨性、耐蝕性和耐疲勞性。

通過適當?shù)睦鋮s方法和仔細控制噴槍的運動，可以將工件表面的溫度控制在93℃以下，因此許多對溫度敏感的材料也可以噴涂處理。近年來采用熱噴涂代替鍍硬鉻的研究從涂層材料、噴涂工藝、涂層性能、涂層后加工工藝及涂層的應用等方面進行了更為全面和深入的研究。從已經獲得的結果來看，熱噴涂涂層不但能達到鍍鉻層的鏡面光潔度，而且在硬度及耐磨性能等方面還大大超過鍍鉻層。

2 工藝特性及試驗方法

1） 耐磨性

涂層耐磨性是一項非常重要的指標。通過對各種耐磨性的研究，涂層耐磨粒磨損試驗中硬度在HRC55-62之間，是電鍍硬鉻鍍層耐磨性的2.5倍多。涂層的磨損量平均比電鍍硬鉻少80%～90%，涂層的耐磨性要明顯優(yōu)于電鍍硬鉻。

2） 耐蝕性

腐蝕試驗包括ASTMB117鹽霧試驗、GM9540P/B循環(huán)腐蝕試驗以及大氣腐蝕試驗。前兩種試驗在鹽霧腐蝕箱中進行，而大氣腐蝕試驗則靠近海邊進行，并且每周給試樣噴灑鹽水。涂層的耐鹽霧腐蝕能力強于電鍍硬鉻，經過240h的鹽霧腐蝕試驗，涂層表面沒有任何腐蝕跡象。

3）耐疲勞性

對于許多電鍍硬鉻鍍層的應用領域來說，所鍍的部件對疲勞特性非常敏感，特別是對于航空工業(yè)的應用，如飛機起落架和液壓傳動裝置，直接關系到整個系統(tǒng)的安全。因此在用HVOF涂層替代電鍍硬鉻鍍層之前，必須對HVOF涂層對基體的耐疲勞特性的影響研究清楚。眾所周知，電鍍硬鉻鍍層中存在拉應力，因此會對基體的耐疲勞特性有非常不利的影響，在設計疲勞敏感部件時是一個必須加以考慮的重要因素。但是，對于HVOF涂層來說，通過精確控制沉積工藝，可以確保沉積的HVOF涂層處于壓應力狀態(tài)。試驗結果表明，HVOF涂層對于基體的耐疲勞性影響非常小。

3修復工藝流程

（1）準備工作

首先了解被噴涂工件的實際狀況和技術要求并進行分析

1）涂層厚度的確定。一般來講，噴涂后必須進行機械加工，因此涂層厚度就要預留加工余量，還要考慮噴涂時的熱脹冷縮等因素影響。

2）涂層材料的確定。涂層材料應該滿足被噴涂工件的材料、配合要求、技術要求及工作條件等，分別選擇結合層與工作層材料

3）確定參數(shù)：壓力，粉末粒度，噴槍與工件的相對運動速度

（2）表面預處理

1）凹切處理，立柱缸筒表面存在疲勞層和局部嚴重拉傷的溝痕時，可進行車削處理，為熱噴涂提供容納材料的空間。

2）表面清理，清除油污，鐵銹，漆層等，使工件表面潔凈，油污油漆可以用溶劑清洗劑除去。如果油漬已經滲入基體材料，可以用火焰加熱除去，對銹層可以進行酸浸，機械打磨或噴砂除去。

3）表面粗化，目的是為了增強涂層與基體的結合力，消除應力效應，常用的有噴砂、開槽、車螺紋、拉毛。表面粗化后呈現(xiàn)的新鮮表面，應該防止污染，嚴禁用手觸摸，保存在清潔，干燥的環(huán)境中，粗化后盡快噴涂，一般噴涂時間不超過2小時。

4）非噴涂部位的保護

立柱噴涂表面附近的非噴涂需要加以保護，可以用耐熱的玻璃布或石棉屏蔽起來。必要時按零件開關制作相應的夾具保護，但是要注意夾具材料要有一定的強度，且不能使用低熔點的合金，以免污染涂層。對于基體表面上的鍵槽、油孔等不允許噴涂的部位，可以用石墨塊或粉筆堵平或略高于表面。噴后清除時，注意不要碰傷涂層，棱角要倒鈍。

（3）噴涂工藝及參數(shù)

1） 粉末特性

目前粉末供應商提供了品種繁多的碳化物粉末，而粉末特性往往因其制粉工藝方法的不同而表現(xiàn)出較大的差異。粉末特性包括：粉末粒度分布、顆粒形狀、表面粗糙度等。

2）氧-燃料流量和比例

噴涂的焰流溫度及特性取決于氧-燃氣流量和混合比例。噴涂時，首先應按照設備的規(guī)定要求確定氧氣和燃氣的流量，以保證噴槍焰流達到設計的功率水平。實際生產過程中有多種因素可導致氧-燃料比例的波動，而氧-燃料比例對確定最終的涂層組織十分重要.

3）噴涂距離

當粉末粒子在距噴槍出口100mm以內即已達到了其最高溫度，隨著噴距的增加粒子溫度逐漸降低，在150-280mm范圍內，粒子溫度大約降低了60℃，其降低幅度并不大，粒子仍可保持約1775℃的高溫;而粒子速度在距噴槍出口大約320mm內是一個逐漸加速的過程，在距噴槍出口320-380左右達到880m/s以上的最高速度，在320-380mm噴距上，粒子速度基本維持在880m/s以上。考慮到高溫焰流對基體傳熱的不利影響，噴距在可能的情況下應盡量增大，故超音速火焰噴涂系統(tǒng)適宜的噴距應為：320-380mm，以得到綜合性能最好的涂層。

4）送粉量

對任何熱噴涂工藝來說，送粉量都是影響涂層性能的一個重要參數(shù)。某種粉末在某一具體的噴涂工藝條件下，都對應有一適宜的送粉量范圍。

噴涂涂層時，當送粉量在70-100g/min之間變化時，涂層孔隙率在0.3—1%之間，表面粗糙度在1.6-6.4之間，顯微硬度在HV1100-1450，粉末沉積率為45-55%，涂層性能優(yōu)。

4）噴涂后處理

封孔，機械加工等工序。涂層的孔隙率約占體積的1%左右，而且有的孔隙可由表及里。零件為摩擦副時，可在噴后趁熱將零件放在潤滑油中，利用孔隙儲油有利于潤滑。但對于隨液壓的零件，孔隙而容易產生泄露，對于噴涂后，應該用封孔劑進行封孔處理，封孔后涂層就杜絕了孔隙。當立柱缸筒表面噴涂后的尺寸精度與表面粗糙度不能滿足要求時，需要對其進行機械加工，可采用車削或磨削加工。

4 結語

通過以先進的超音速火焰噴涂技術代替電鍍工藝，在煤礦液壓支架立柱修復中，能準確恢復零件尺寸，以達到原有性能，提高表面硬度及耐磨性能，壽命可提高1-3倍，同時具有顯著的節(jié)能環(huán)保特色，為煤礦液壓支架檢修提供了可靠的技術工藝保障。

作者簡介：

李士魁 （1981.8—）男，2009年畢業(yè)于黑龍江科技學院，機械設計及其自動化專業(yè)，本科學歷，工程師，現(xiàn)工作于龍煤集團雙鴨山雙煤機電裝備有限公司，任技檢中心主管。