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热喷涂遮蔽- 超级英雄还是反派?

我们为什么需要热喷涂遮蔽

除了喷砂处理外,热喷涂预处理的另一个方面是遮蔽“必要的邪恶”。遮蔽被用作一种保护过程,以防止涂层前的表面粗糙化和沉积过程本身对被涂敷零件造成损坏。实际上,它被用作一种防止涂层在不需要喷涂或客户不允许喷涂的地方沉积的方法

在某种程度上,这是一个非增值过程。你把所有这些钱都花在购买和使用遮蔽胶带、遮蔽化合物、清漆等上,但当你完成时,却把它们撕下来扔进了垃圾桶(遮蔽并不是一个环保的过程)。然而,如果不遮蔽,我们就不能:

  • 精准的定义我们想要的涂层位置
  • 保护组件的易损件
  • 防止在扰流区域堆积低质量沉积物
  • 降低涂层过渡点处的缺口敏感性

因此,考虑到这些,以及我们将在本文中讨论的其他要点,我们真的需要考虑掩蔽是否应该保持匿名,或者是否应该因其英雄能力而得到更广泛的认可。

为工序选择合适的热喷涂遮蔽物

热喷涂时,首先想到的往往是使用遮蔽胶带。这可能是一个合适的选择,但即便如此,哪一种呢?遮蔽会对整个热喷涂过程产生显著的成本影响,因此理想情况下应尽可能有效地使用。胶带遮蔽是一种(字面上)灵活的选择,但也有其他选择。该决定通常取决于以下因素:

  • 工艺能级 - 火焰和颗粒冲击产生的热能和动能传递。
  • 工件几何形状 - 与被涂敷的零件保持一致。
  • 涂层位置的准确性 - 遮蔽物的放置和减少“桥接”效应(稍后详述)

所以,让我们先选择胶带。如果我们为这项工作选择了合适的胶带,我们可以只覆盖一次,以涵盖喷砂和喷涂程序。在图1中,我们可以看到,尽管胶带明显经受住了喷砂过程,但它不太适合在喷涂过程中保护零件。在这种情况下,我们遇到了一个共同的问题,即找不到那种难以捉摸的“金块”,即能够承受HVOF(高速氧燃料)工艺冲击能量的遮蔽胶带。市场上有一些胶带声称可以在这种环境中工作,但它们在不同案例中工作效果肯定是有争议的。

胶带工艺

热喷涂遮蔽胶带通常由硅橡胶、编织玻璃纤维、金属箔和硅胶粘合剂的组合构成。为了确保令人满意的附着力,必须将这些材料抹平并用力压下,以使遮蔽胶带与部件表面形成良好的结合。你在何时会放弃希望而停顿下来?没有什么比花几个小时作准备工作,结果在喷涂过程中看到遮蔽胶带逐渐脱落更糟糕的了。图3显示了正处于遮蔽工序的燃气轮机部件。从胶带表面的印迹就可以评判为达到良好粘结效果而付出的努力程度(请避免使用手术刀手柄按压!)

在图4中,我们可以看到遮蔽定位不当或松脱的影响。涂层在沉积过程中被有效地“遮蔽”。因此,这会产生薄或质量差的沉积区域。这通常意味着必须对零件进行返工(这可能是一个成本高昂且技术要求高的问题)。阴影可以作为一种正面的掩蔽技术。虽然可以使用胶带进行阴影处理,但金属掩模是迄今为止这种方法的最佳推动者(稍后将详细介绍这一主题)。

充分利用热喷涂遮蔽

我们已经提到过一些胶带遮蔽可能出错的例子。除了竭尽全力地抹平胶带外,还有其他值得考虑的步骤来提高我们的成功几率。图5显示了燃气轮机喷嘴上的热障涂层。

在这种情况下,当零部件最初被遮蔽时,粘附了2层胶带。随后,在喷涂操作过程中,外层胶带被烧掉,内层仍留在原位。因此,双层涂层的应用保护了零件免受过喷。

胶带供应公司可以提供已经“双层”的胶带。我个人的偏好是在另一层之上贴一层,因为随机重叠往往会增强遮蔽体系的整体结合。

图4中显示的另一个重要注意点是胶带上陶瓷涂层的堆积。遮蔽物已经完成了保护零件的工作,但在移除时必须非常小心,以确保脆性涂层不会碎裂或脱粘。因此,去除所有遮蔽胶带的常见做法是确保去除方向背离所涂敷的涂层。

在这种特殊应用中,还可以考虑使用类似手术刀的工具在胶带/涂层界面上划刻一条弱化线(必须注意不要适得其反)。这种方法将引入一个优先失效区,可以减少涂层碎裂效应。

不止于胶带!

当然,正如前文所述,胶带并非唯一的解决方案。随着应用变得越来越具有挑战性,零件的几何形状变得越来越成问题,漆和其他液体掩模的应用可能成为一种实用的选择。请注意,他们的表现会有所不同。

优点包括更符合要求的遮蔽,对喷涂焰流的干扰更小。缺点可能包括遮蔽材料可以抵御喷涂,但不能抵抗喷砂(这种说法有一些明显的例外)。这些遮蔽材料是根据手头案例的适用性来选择的,因此很难定义常见的使用规则。

在这里,我们看到了一个例外情况,即所使用的遮蔽材料在对抗喷砂及喷涂方面都表现良好。随着我们在位置传感技术的发展中取得进展,我们可以想象,自动化可以在极为艰巨的遮蔽过程中助力(图6)。例如,在叶片维修时保护冷却孔需要相当长的时间和耐心,因为孔的大小和位置会根据叶片的状况而变化。增强或完全自动化的封堵工艺可以提高质量并降低成本。

图6:机器人涂敷UV固化树脂案例及终端喷涂测试组件。

测试您的金属!

面向遮蔽不那么灵活的一面,我们开始进入一个不同的、更阴暗的世界。当我们需要在遮蔽和未遮蔽表面之间形成非常精确的轮廓时,金属掩膜的使用非常有用。此外,当使用高能沉积工艺,如HVOF或腔室工艺(如真空等离子喷涂)时,金属掩模通常是唯一的选择。

图6展示了通常(但不排除)利用金属掩膜的基本阴影遮蔽原理。在这里,您可以看到,将掩模放置在待涂覆区域的表面上方将在涂层和基材之间产生平滑过渡。这具有减少应力集中的优点,从而提高了涂层的局部附着力,降低了缺口敏感性效应。动态遮蔽与被涂覆部件之间缺乏直接接触也能减少涂层可能的“桥接”,从而减少随后的碎裂效应。

制造金属掩模的成本可能被视为有些高昂,但这必须与案例的必要性以及它可以提供的潜在收益相平衡。例如,图8展示了如何使用这种类型的遮蔽来防止湍流和相邻垂直表面反弹的负面影响。实际上,遮蔽从工艺过程中规避了潜在的不良涂层,并提供了精确的涂层区位。

如果成本是你关心的问题,那么不要忘记简单的螺母和螺栓能为你做什么。许多洞都用这种方法堵住了。别忘了,使用来源正确的螺栓也可以带来阴影遮蔽额外优势,这样才能为客户提供真正专业的零件。归根结底,这就是遮蔽的真正意义所在!

图7:接触与“阴影”遮蔽技术。

图8:使用阴影遮罩减少“喷涂反弹”效应。

热喷涂遮蔽概括

热喷涂掩模是热喷涂工艺中不可或缺的一部分,应按如下妥善处置。须注意所用遮蔽材料的规格、它们在被喷涂零件上的放置方式、并根据相关喷涂工艺作遮蔽技术的设计,最后但并非最不重要的是最终的去遮蔽(确保我们珍贵的涂层在昂贵的工艺接近尾声时不会受损)。

喷涂是一个动态过程。尽管我们回顾了一些基本的掩蔽方法,但总有一些新技术需要学习和优化,以有效保护零部件。有一件事是肯定的,如果没有遮蔽我们就不会有令人满意的表面工程产品。所以,热喷涂遮蔽还是有点超级英雄的意味!

作者后记

亲爱的朋友们及同事们,

在这篇文章中,我希望概述一下所需的遮蔽工艺,以确保我们有价值的涂层在定义的区位了结,并防止它粘在不应该粘的地方(这种类型的沉积物似乎总是出于某种原因而最好粘!)。

希望大家对不同的遮蔽工艺以及呈现的一些提示和技巧感兴趣。像往常一样,我请你原谅我没有涵盖所有内容,但遮蔽是另一个许多人都有重要知识和不同意见的大课题。

像往常一样,我想邀请您加入我的讨论,提出问题,并留下您的个人意见。此外,如果您想让我写一个相关主题的概述,我会很乐于考虑(感谢所有已经收到的建议)。我希望这篇文章读起来很有趣,很乐意收到您的反馈。

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