金属喷镀层的物理机械性质和影响因素

摘要：金属喷镀是零件修复方式的一种，影响因素有：喷镀层与基体结合强度、喷镀层的硬度和耐磨性及喷镀层的机械强度。

关键词：喷镀；结合强度；金属微粒；压缩空气；收缩力

中图分类号：TG174 文献标识码：A doi：10.14031/j.cnki.njwx.2018.06.003

金属喷镀在拖拉机修理中是经常被采用的一种零件修复方式。一般分为电喷镀和气喷镀两种。金属喷镀层的显微结构不是结晶体，而是不规则的金属微粒堆积层，这种结构有许多微细孔洞，而且包含大量呈薄膜狀、包围各个微粒的氧化物。

1喷镀层与基体金属的结合强度

喷镀层与基体金属的结合处是喷镀后零件强度最弱的地方，其影响因素有：

1.1零件喷镀表面的处理

预喷镀金属表面首先要经过严格清洗，去掉表面的油脂、水及其它杂物。以避免这些杂质隔绝喷镀层与基体之间的结合面，降低附着度甚至出现脱层现象。

喷镀层与基体金属之间的结合，主要是靠机械结合力。使喷镀表面具有较大的粗糙度，这样就会使喷镀的金属微粒嵌入金属平面的微小凹槽和刻痕内的数量增多，扩大了结合面积，增加了结合强度。当然，基体金属表面也不能过度粗糙，这样会降低零件的抗疲劳强度。因此，要根据零件的实际大小将清洗干净的零件表面进行拉毛处理，以便得到合适的表面粗糙度。

表面处理好后的零件要立即进行喷镀，否则停放时间过长喷镀表面被氧化或落上灰尘，也会降低结合强度。

1.2压缩空气的清洁度及压力

喷镀时所用的压缩空气一定要处理干净并保持干燥。不能含有水、油等杂质，否则会降低结合强度。

压缩空气的压力以0.55～0.60 MPa为宜。压力过低，雾化的金属微粒大，喷射速度低，与基体的结合强度小；压力过高，喷出的金属微粒过细，保持塑性状态的时间太短，在喷射过程中很快冷却凝固，不易在撞击后产生变形，同样会降低喷镀层与基体之间的结合强度。

1.3零件距喷枪口的喷射距离

喷镀时，喷出的金属微粒运动速度越高，对工件的撞击越猛烈，金属微粒嵌进基体表面凹坑的量越充分，镀层结合力越好；喷出的金属微粒的速度和它距离喷枪口的距离有关，在喷枪口处，压缩空气的速度虽然很大，但由于惯性作用，金属微粒的运动速度却不大；离喷枪口太远，压缩空气射速逐渐减弱，金属微粒运动速度也逐渐变小。所以喷射距离过大、过小都会使结合强度降低。根据试验，零件距离喷枪口在100～200mm范围内比较适合。

1.4金属丝送丝速度

送丝速度应与电焊机的电流、电压（或氧乙炔火焰）相适应。送丝速度过快，则在单位时间内熔化金属量过多，导致金属雾化不良，结合的不牢固；过慢会导致喷镀过程连续性不好，也会影响结合强度。

1.5喷镀层收缩应力对基体零件的影响

当喷镀层冷却到周围空气温度时，会产生收缩应力，这个应力会使圆柱形零件外表面的喷镀层紧紧包裹在基体金属上，增大了结合强度。而对于圆柱形零件的内表面来说喷镀应力会使喷镀层与基体结合强度降低。

2喷镀层的硬度

喷镀层的硬度一般高于原来的金属丝的硬度。其原因一是金属微粒在猛烈加热情况下落在喷镀的零件表面后，很快被压缩空气流冷却起到了淬火效果；二是先堆积的金属微粒，受到后来高速喷射的微粒撞击造成表面的冷硬化处理，使喷镀层的硬度增大。影响喷镀层硬度的因素有两个：一是金属丝的化学成分。一般来说金属丝的含碳量越高喷镀层的硬度就越大，但是如果含碳量过高，镀层会变得硬脆，这也是不可取的。二是喷镀规范的影响。压缩空气压力越大，喷镀层的硬度也就越大，但如果这个压力超过了0.6 MPa时，金属微粒过细，喷射到零件表面时速度减慢，撞击力小变形也小，反而会使喷镀层不紧密，同时带进的氧化物也增多，导致硬度降低。

零件与喷枪口距离太近，金属颗粒没时间冷却淬火，镀层硬度会降低；距离太远，金属颗粒撞击速度小，堆积的金属颗粒之间孔隙大结构疏松不紧密，同样也会降低硬度。

3喷镀层的耐磨性

想要提高喷镀层的耐磨性可以适当提高镀层硬度。也可以将喷镀后的零件浸泡于80～150℃的油中1～2 h，使镀层内的微细孔眼内浸满油脂。喷镀层具有许多微小的孔洞，能吸收润滑剂，吸收能力可达到喷镀层总体积的5%～11%，很容易在镀层表面形成油膜，因此在液体润滑的条件下，金属喷镀零件的耐磨性比没有喷镀的零件要大很多，但金属喷镀零件不适合干摩擦的零件配合。

4喷镀层的机械强度

喷镀层抗拉强度低于基体金属，所以只有零件的基体金属还具有足够的机械强度时，才能采用喷镀法来修复零件。金属喷镀法只能恢复磨损零件的尺寸，无法恢复其机械强度。

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