金屬噴鍍層的物理機械性質和影響因素

任俊紅　張玉紅

摘要：金屬噴鍍是零件修復方式的一種，影響因素有：噴鍍層與基體結合強度、噴鍍層的硬度和耐磨性及噴鍍層的機械強度。

關鍵詞：噴鍍；結合強度；金屬微粒；壓縮空氣；收縮力

中圖分類號：TG174 文獻標識碼：A doi：10.14031/j.cnki.njwx.2018.06.003

金屬噴鍍在拖拉機修理中是經常被采用的一種零件修復方式。一般分為電噴鍍和氣噴鍍兩種。金屬噴鍍層的顯微結構不是結晶體，而是不規則的金屬微粒堆積層，這種結構有許多微細孔洞，而且包含大量呈薄膜狀、包圍各個微粒的氧化物。

1噴鍍層與基體金屬的結合強度

噴鍍層與基體金屬的結合處是噴鍍后零件強度最弱的地方，其影響因素有：

1.1零件噴鍍表面的處理

預噴鍍金屬表面首先要經過嚴格清洗，去掉表面的油脂、水及其它雜物。以避免這些雜質隔絕噴鍍層與基體之間的結合面，降低附著度甚至出現脫層現象。

噴鍍層與基體金屬之間的結合，主要是靠機械結合力。使噴鍍表面具有較大的粗糙度，這樣就會使噴鍍的金屬微粒嵌入金屬平面的微小凹槽和刻痕內的數量增多，擴大了結合面積，增加了結合強度。當然，基體金屬表面也不能過度粗糙，這樣會降低零件的抗疲勞強度。因此，要根據零件的實際大小將清洗干凈的零件表面進行拉毛處理，以便得到合適的表面粗糙度。

表面處理好后的零件要立即進行噴鍍，否則停放時間過長噴鍍表面被氧化或落上灰塵，也會降低結合強度。

1.2壓縮空氣的清潔度及壓力

噴鍍時所用的壓縮空氣一定要處理干凈并保持干燥。不能含有水、油等雜質，否則會降低結合強度。

壓縮空氣的壓力以0.55～0.60 MPa為宜。壓力過低，霧化的金屬微粒大，噴射速度低，與基體的結合強度小；壓力過高，噴出的金屬微粒過細，保持塑性狀態的時間太短，在噴射過程中很快冷卻凝固，不易在撞擊后產生變形，同樣會降低噴鍍層與基體之間的結合強度。

1.3零件距噴槍口的噴射距離

噴鍍時，噴出的金屬微粒運動速度越高，對工件的撞擊越猛烈，金屬微粒嵌進基體表面凹坑的量越充分，鍍層結合力越好；噴出的金屬微粒的速度和它距離噴槍口的距離有關，在噴槍口處，壓縮空氣的速度雖然很大，但由于慣性作用，金屬微粒的運動速度卻不大；離噴槍口太遠，壓縮空氣射速逐漸減弱，金屬微粒運動速度也逐漸變小。所以噴射距離過大、過小都會使結合強度降低。根據試驗，零件距離噴槍口在100～200mm范圍內比較適合。

1.4金屬絲送絲速度

送絲速度應與電焊機的電流、電壓（或氧乙炔火焰）相適應。送絲速度過快，則在單位時間內熔化金屬量過多，導致金屬霧化不良，結合的不牢固；過慢會導致噴鍍過程連續性不好，也會影響結合強度。

1.5噴鍍層收縮應力對基體零件的影響

當噴鍍層冷卻到周圍空氣溫度時，會產生收縮應力，這個應力會使圓柱形零件外表面的噴鍍層緊緊包裹在基體金屬上，增大了結合強度。而對于圓柱形零件的內表面來說噴鍍應力會使噴鍍層與基體結合強度降低。

2噴鍍層的硬度

噴鍍層的硬度一般高于原來的金屬絲的硬度。其原因一是金屬微粒在猛烈加熱情況下落在噴鍍的零件表面后，很快被壓縮空氣流冷卻起到了淬火效果；二是先堆積的金屬微粒，受到后來高速噴射的微粒撞擊造成表面的冷硬化處理，使噴鍍層的硬度增大。影響噴鍍層硬度的因素有兩個：一是金屬絲的化學成分。一般來說金屬絲的含碳量越高噴鍍層的硬度就越大，但是如果含碳量過高，鍍層會變得硬脆，這也是不可取的。二是噴鍍規范的影響。壓縮空氣壓力越大，噴鍍層的硬度也就越大，但如果這個壓力超過了0.6 MPa時，金屬微粒過細，噴射到零件表面時速度減慢，撞擊力小變形也小，反而會使噴鍍層不緊密，同時帶進的氧化物也增多，導致硬度降低。

零件與噴槍口距離太近，金屬顆粒沒時間冷卻淬火，鍍層硬度會降低；距離太遠，金屬顆粒撞擊速度小，堆積的金屬顆粒之間孔隙大結構疏松不緊密，同樣也會降低硬度。

3噴鍍層的耐磨性

想要提高噴鍍層的耐磨性可以適當提高鍍層硬度。也可以將噴鍍后的零件浸泡于80～150℃的油中1～2 h，使鍍層內的微細孔眼內浸滿油脂。噴鍍層具有許多微小的孔洞，能吸收潤滑劑，吸收能力可達到噴鍍層總體積的5%～11%，很容易在鍍層表面形成油膜，因此在液體潤滑的條件下，金屬噴鍍零件的耐磨性比沒有噴鍍的零件要大很多，但金屬噴鍍零件不適合干摩擦的零件配合。

4噴鍍層的機械強度

噴鍍層抗拉強度低于基體金屬，所以只有零件的基體金屬還具有足夠的機械強度時，才能采用噴鍍法來修復零件。金屬噴鍍法只能恢復磨損零件的尺寸，無法恢復其機械強度。