热喷涂工艺参数 保持冷静，持续向前以控制你的应力水平

为了控制单道厚度（在组件上），我们需要注意喷枪在被涂层零件表面移动时所运行的表面速度（有时反之亦然）。对于任何给定的工艺和固定的喷枪参数设定，都有关于所采用的步长和表面速度的通用初始化参考。

因此，对于圆柱形零部件，我们通常会在枪横贯它时旋转零件（见图4）。为了制备出美观、均匀的涂层（例如，大气等离子喷涂），我们会在工件上横移，每次工件旋转一圈时，以5毫米的间距（LST）移动喷枪。

为了在每道工序中产生受控的厚度，我们需要以75m/min的表面速度（VR1）旋转零件。为了达到我们想要的涂层厚度，需要喷涂多遍。如果您不遵守这些准则，图5显示了可能发生的情况的示例。在这种情况下，当枪以过高的表面速度在表面上移动，同时仍使用指导步长（在这种情况中为建议表面速度的4倍）时，轴上会产生“转花筒”效应。

对于所使用的喷涂过程，表面速度可能是恒定的，但这并不能帮助我计算出我的转速（特别是如果我有很多不同直径的零件要喷涂）。幸运的是，答案就在眼前！利用以下公式将获得与零件直径无关的对应表面速度和步长。

RPM = VR1 ÷ (π · D)

其中:

• RPM - 每分钟转数 (n[min-1])
• VR1 = 表面速度 (m/min)
• D = 直径 (m)

VTR = RPM · (LST ÷ 60)

其中:

• VTR = 横向速度 (mm/s)
• RPM = 每分钟转数
• LST = 步长 (mm)

例如，如果我们想要大气等离子体喷涂一个直径为0.5米的零件，那么我们的初始表面速度应该是75米/分钟，建议步长为5毫米（见图3）。为了设置操纵结构以提供受控的沉积过程，我们应该以：75÷（π·0.5）≅48 RPM的速度旋转零件，并以：48·（5÷60）=4 mm/s的速度在表面上移动枪。

如果数字运算不是你最喜欢的消遣，那么这些结果可以以图表的形式绘制出来，放在喷涂房附近的某个地方。这将作为一个现成的计算器，取决于您所需的工艺控制水平。

如果你有一个平面零部件要加工，那么表面速度需要由枪在零件上的运动来提供，步长和方向变化要避开被涂覆的表面。这通常是通过使用如图6所示的梯形模式来实现的。如果这些零件是使用HVOF-GF喷涂的，那么指南建议VTR最小为75 m/min，LS设置为4mm。

这里描述的旋转和编织图案都是简单几何形状的理想起点。当然，一旦你的第一道工序完成（在受控的操作条件下），你就可以通过一系列工序来制备涂层，直到达到最终厚度。通过管理每道的厚度（结合喷枪喷涂参数），我们可以控制涂层中的整体应力，从而优化涂层的附着力和内聚强度。

然而，我们仍需意识到，所有涂层都存在厚度限制。当涂层中的内应力水平高于与基材的机械结合强度之时，即是涂层脱落之时，厚度限制是有效的！

厚度限制通常是特定于应用的，但一般来说，涂层材料越脆、应力越高，其厚度限制就越低。与操纵程序内在相关的是从喷枪到部件的喷涂距离的设置。因为这也会对涂层的性能产生深远的影响，从而影响所使用的喷涂参数。

使用正确的热喷涂工艺参数平衡流量

那么，我们如何实现所有这些所需的温度控制呢？本质上，这一切都是在我们应用热能的同时，以受控的方式去除热能，即平衡热流。这主要涉及使用定向压缩空气形式的辅助冷却，有时是液态二氧化碳（CO2），偶尔是液氮。

大多数案例将通过使用清洁、干燥的压缩空气进行充分冷却（记住，我们不想在沉积过程中污染我们准备好的表面或涂层）。冷却喷嘴可以是固定的（见图9）或固定于喷枪的（见图10）。在这两种情况下，控制供应压力、冷却射流尺寸和到基材的距离都很重要，因为所有这些因素都会影响热量散失过程。还应注意不要让冷却流撞击喷涂焰流，因为这会对涂层产生（在大多数情况下）负面影响。

固定虹吸冷却喷嘴的使用尤其有益，因为它们可以靠近被喷涂的区域，并可以从周围环境中“吸入”大量空气。

安装在枪上的冷却射流具有与枪一起行进的优点，因此它们可以有效地冷却紧邻喷涂焰流的移动区域。当然，它们不能像固定的冷却喷嘴那样输送那么多的冷却介质。

在喷雾过程中产生大量细粒材料的特殊情况下，可以定位安装在枪上的喷嘴，使冷却介质刚好越过喷涂距离相交（见图10）。这种定位确保了焰流不会受到冷却的负面影响，但当火焰扫过表面时，被涂覆的表面会清除火焰两侧的细小产物。这可以将“粗糙如砂纸”的涂层变成像婴儿臀部一样光滑的涂层。

喷涂工艺越有高能，控制涂层零件所经历的温度状态就越困难。对于HVOF-LF和-GF等工艺，通常需要使用低温冷却方法。更多的热量进入，需要更多的冷却来消除它。

图11显示了Diamond Jet™HVOF GF系统使用枪式CO2喷嘴喷涂轴。在这种情况下，二氧化碳以液体形式供应。当它离开喷嘴时，会变成“固体”雪。当它撞击表面时，从固体到液体再到气体所需的能量提供了一种非常有效的散热方法。

为了正确控制吸热和散热之间的平衡效果，使用某种温度测量装置是很好的做法。根据喷涂作业的类型，这些系统可以是接触式或非接触式系统。在所有情况下，在喷涂过程中定义和监测零件温度分布是有意义的，以确保零件和/或涂层不会受到损坏。

冷却过程应被视为一个关键的过程变量，因为它们对涂层的性能和案例的成功有重大影响。因此，应注意记录气压、冷却喷嘴与工作距离、喷嘴尺寸等变量，以确保可重复性。

热喷涂工艺参数总结

希望本文提供了一些关于热喷涂工艺参数的背景知识，这些参数在力求达到满足您和客户期望的涂层时非常重要。影响热喷涂过程的参数很多。操纵和温度控制只是额外两个需要精细控制的方面。因此，我的主要意见是，它们应该被视为一个过程参数，并正确运用设定值和公差。如果没有这一点，涂层质量可能会受到意想不到的影响，而且很可能代价高昂。

作者后记

亲爱的朋友们同事们，

在这篇文章中，我希望概述那些对热喷涂涂层的受控沉积至关重要的喷涂工艺。操纵方法和温度控制技术会对涂层性能产生重大影响，因此需要在规定的范围内进行设置。本文希望提供控制需求的背景以及实现这一目标的方法。

希望大家对不同的喷涂技术以及提供的提示和技巧感兴趣。我知道这和我之前传达的信息是一样的，但我请你原谅我没有涵盖所有内容，因为这是许多人都有重要知识和不同意见的另一个大型课题。

和以前一样，我想邀请您加入我的讨论，提出问题，并留下您的个人意见。另外，如果你想让我写一个相关主题的概述，请告诉我。我希望这篇文章读起来很有趣，我很乐意收到你的反馈。