电弧喷涂丝材的选择与应用

用于电弧喷涂制模的材料，在满足低熔点、低收缩率的情况下，应尽可能具有较好的机械性能和较致密的涂层组织。选择电弧喷涂材料时，既要考虑所得到的涂层具有足够高的硬度，良好的抗压、抗弯等力学性能，可以在实际中应用；又要兼顾涂层材料的熔点不要太高，因为对于铁、铜等高性能、高熔点的材料，在喷涂过程中，由于热收缩的作用，金属涂层与模型界面之间存在很大的剪应力，一方面使模型发生塑性变形，影响电弧喷涂模具的精度，另一方面，削弱金属涂层与模型表面的剪切强度，使金属涂层剥落。涂层与模型表面之间的剪切强度与模型的表面粗糙度有关，模型表面粗糙度较低，则涂层与模型之间的剪切强度较低。实验发现，巨大的内应力致使模型表面根本无法形成厚涂层。采用高熔点材料还有一大缺陷，即容易烧损模型表面，影响模具表面质量。通过对涂层的显微组织分析，对涂层的硬度、抗拉、抗弯强度等机械性能的测试，常采用铝、锌基丝材作为喷涂材料。铝、锌基丝材熔点比较低，喷涂时，涂层温度不高，因而不会烧损塑料基体，另外，铝、锌基金属涂层韧性较好，喷涂过程中，由于热收缩产生的内应力，通过蠕变及产生微裂纹释放，以及模型表面回复收缩抵消，收缩应力大部分得以消除，特别是锌涂层，内应力基本消除。同时，模型的收缩会使涂层微裂纹闭合，从而使涂层不易变形、开裂，能够保证模具的尺寸精度，铝、锌基丝材喷涂工艺性好，喷涂成的涂层组织细密，孔隙率低，涂层表面粗糙度低。这种涂层的显微硬度值在45HV左右，最大抗拉强度约为100MPa。

目前市场提供的电弧喷涂用丝材有铝、锌、铜、镍、不锈钢、铝青铜、巴氏合金、复合丝等许多品种，但高熔点金属，如钢、镍、铜等在喷涂时涂层收缩率、热应力、孔隙率都比较大，涂层容易开裂、翘曲、剥落，所以目前只有低熔点的锌、铝丝材适合用于模具制造。

纯铝喷涂时有飞溅现象，不易在光滑表面沉积，且沉积不均匀、气孔较多，所以尽管铝涂层硬度较高（60～70HV），但在实际模具制造中很少采用。纯锌喷涂工艺性能好，熔滴发散性小、易沉积，能形成平直细密的层状组织，是目前普遍采用的喷涂制模材料。但锌涂层的硬度只有40～50HV，所以用纯锌喷涂制造的模具应用范围受到较大限制。为了获得较高的涂层硬度和较好的喷涂工艺性，采用锌铝合金和锌铝伪合金作为喷涂材料，可取得较好的结果。锌铝合金得到的涂层力学性能接近铝，喷涂工艺性能接近锌，非常适合制作金属喷涂模具。与锌铝合金相比，锌铝伪合金不需制备专门的合金丝材，故成本较低，适宜推广。

表3-25为低、中熔点金属力学性能与物理性能的比较。在电弧喷涂模具制造中常用的锌、铝等低熔点金属，一般力学性能都不高，锌涂层组织最致密，表面质量好，铝涂层较稀松，锌-铝为合金涂层组织，也较致密，铝涂层经喷砂强化，致密程度有所提高。表3-26为锌、铝等涂层的性能比较。

表3-25 金属涂层材料的力学性能与物理性能

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表3-26 电弧喷涂层

国内电弧喷涂中采用的喷涂丝材直径主要有两个系列，一个是2mm系列，另一个为3mm系列。喷涂丝材直径不同，对送丝机构和喷枪设计将有不同要求，同时也将影响到喷涂和涂层性能。

目前国产采用的喷涂丝材大多为3mm系列的，但φ3mm丝材喷涂的缺点是熔滴雾化粗大，大颗粒熔滴沉积将使涂层组织粗大，孔隙率增加，喷涂时热输入量大，涂层表面变得粗糙；涂层温度升高，涂层和基体以及涂层内部残余应力变大，大多数情况下这将使涂层的使用和加工性能变坏。因此φ3mm丝材适用于大面积的电弧喷涂作业。φ2mm丝材喷涂涂层组织致密，涂层残余应力小，表面质量，抛光性能好，因而在电弧喷涂制模以及零件修复等领域显示出很大的优势。

同种材料丝材，φ2mm丝材的喷涂规范要比φ3mm丝材宽，同种规范条件下，φ2mm丝材的表面更致密、更光滑，φ2mm丝材在小电流时仍能正常喷涂，且涂层质量较好。小电流下喷涂，涂层热输入量小，因而涂层残余热应力减小，这正是电弧喷涂制模及零件修复工艺所要求的。φ2mm丝材在喷涂中显示出更大的优势。这是因为丝材越细，丝里面的药粉混合得就越均匀，喷涂时药粉熔化和冶金反应进行得就越充分，涂层质量就越好。相反，φ3mm丝材喷涂工艺规范窄，单位时间熔化的药粉量大，因而容易造成药粉末熔化，形成飞溅且在涂层上留有未熔化的质点，药粉的冶金反应进行得也不充分，这将大大影响涂层的质量，这也是国外电弧喷涂丝材多采用φ2mm的主要原因。