電弧噴涂技術(shù)是熱噴涂技術(shù)家族中的一種。50年代初這個(gè)方法已經(jīng)在很多國(guó)家得到了工業(yè)上的應(yīng)用，并被介紹到我國(guó)來(lái)，在我國(guó)它曾一度被看作落后的技術(shù)而被淘汰。從六十年代末到現(xiàn)在，電弧噴涂在國(guó)外受到越來(lái)越多的人的重視，技術(shù)不斷發(fā)展，應(yīng)用不斷擴(kuò)大。在國(guó)內(nèi)，很多重點(diǎn)院校早期開(kāi)展對(duì)電弧噴涂開(kāi)展了研究工作。電弧噴涂技術(shù)由于其設(shè)備、材料的發(fā)展與更新，使它成為目前熱噴涂技術(shù)中最受重視的技術(shù)之一，在長(zhǎng)效防腐、零件維修和表面改性等方面應(yīng)用廣泛。據(jù)資料統(tǒng)計(jì)，近期內(nèi)，在所有熱噴涂技術(shù)中，電弧噴涂的市場(chǎng)比例將上升到第三位。
一、電弧噴涂的基本原理
電弧噴涂是將兩根彼此絕緣、機(jī)械送進(jìn)的噴涂絲材進(jìn)入霧化氣流區(qū)的某一點(diǎn)，噴涂絲材間通以18~40 V的電壓，引燃的電弧使絲材端部加熱熔化并達(dá)到過(guò)熱狀態(tài)，強(qiáng)烈的壓縮空氣霧化氣流使熔融的金屬噴射、霧化,并以微粒的方式在每秒200~300 m的高速狀態(tài)下沖擊到經(jīng)過(guò)預(yù)先處理的工件表面上，這些溫度很高的粒子在工件表面因高速?zèng)_擊而變形，形成疊層薄片，還會(huì)發(fā)生少量冶金反應(yīng)或出現(xiàn)擴(kuò)散區(qū)，隨即冷卻，最終形成層狀結(jié)構(gòu)的涂層。電弧噴涂原理如圖1-1所示：

 
 
二、噴涂涂層的形成過(guò)程
噴涂時(shí)，首先是噴涂材料被加熱熔化，緊接著是熔滴霧化階段，然后被氣流或熱源射流推動(dòng)向前噴射的飛行階段；最后以一定的動(dòng)能沖擊基體表面，產(chǎn)生強(qiáng)烈碰撞展平成扁平狀涂層并瞬間凝固(圖a)；在凝固冷卻的0.1 s中，此扁平狀涂層繼續(xù)受環(huán)境和熱氣流的影響(圖b)；每隔0.1 s第二層薄片形成，通過(guò)已形成的薄片向基體或涂層進(jìn)行熱傳導(dǎo)(圖c)。


 
 
涂層的形成決定了涂層的結(jié)構(gòu)。噴涂層是由無(wú)數(shù)變形粒子互相交錯(cuò)呈波浪形堆疊在一起的層狀組織結(jié)構(gòu),顆粒之間不可避免存在一部分孔隙或空洞，并有氧化物和夾雜。涂層經(jīng)過(guò)適當(dāng)?shù)奶幚砗螅Y(jié)構(gòu)會(huì)發(fā)生變化，消除氧化物夾雜和孔隙，層狀結(jié)構(gòu)變?yōu)榫|(zhì)結(jié)構(gòu)，與基體表面的結(jié)合狀態(tài)也發(fā)生了變化。
三、涂層與基體的結(jié)合形式
涂層的結(jié)合強(qiáng)度包括涂層與基體表面的結(jié)合的結(jié)合力和涂層內(nèi)部的結(jié)合的內(nèi)聚力。通常認(rèn)為有以下幾種方式：
1、機(jī)械結(jié)合碰撞成扁平狀并隨基體表面起伏的顆粒，由于和凹凸不平的表面互相嵌合，形成機(jī)械釘扎而結(jié)合。一般來(lái)說(shuō)，涂層與基體表面的結(jié)合以機(jī)械結(jié)合為主。
2、冶金化學(xué)結(jié)合當(dāng)涂層和基體表面出現(xiàn)擴(kuò)散合金化時(shí)，其結(jié)合為冶金化學(xué)結(jié)合，包括在結(jié)合面上生成金屬間化合物或固溶體。
3、物理結(jié)合顆粒對(duì)基體表面的結(jié)合，是由范德華力或次價(jià)鍵形成的物理結(jié)合。
當(dāng)熔滴顆粒碰撞基體表面時(shí)，在產(chǎn)生變形的同時(shí)受到激冷而凝固，由于噴涂材料與基體材料物理性質(zhì)的差異，從而產(chǎn)生微觀收縮應(yīng)力，影響到涂層質(zhì)量，限制了涂層厚度。
四、電弧噴涂技術(shù)的新進(jìn)展
近年來(lái)，隨著電弧噴涂設(shè)備和材料的不斷改進(jìn)，噴涂質(zhì)量顯著提高。例如加速技術(shù)的引入，使電弧噴涂的粒子束更加集中，粒子速度提高1.5倍以上，其涂層質(zhì)量可與等離子噴涂技術(shù)相抗衡。就國(guó)內(nèi)而言，全軍裝備維修表面工程研究中心在普通電弧噴涂噴槍的基礎(chǔ)上，根據(jù)空氣動(dòng)力學(xué)的有關(guān)原理，對(duì)霧化氣體流態(tài)作了優(yōu)化設(shè)計(jì)，成功的開(kāi)發(fā)出高速電弧噴槍，使金屬粒子霧化更充分，涂層組織更加致密，且噴槍結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，噴涂性能穩(wěn)定。第二炮兵工程學(xué)院利用計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)優(yōu)化設(shè)計(jì)出拉伐爾噴嘴，不但使氣流的速度達(dá)到超音速，并且使粒子的飛行速度也加速到音速或者超音速，超音速霧化效果好，霧化后的粒子細(xì)小均勻，速度高，能獲得優(yōu)良的噴涂層。（正航儀器撰寫(xiě)）http://www.lmjjj.com