各種超音速火焰噴涂涂層的技術(shù)參數(shù)及磨加工注意事項(xiàng)

摩擦磨損是自然界的一種普遍現(xiàn)象。摩擦是兩配合表面之間由于 微區(qū)接觸而產(chǎn)生的原子或分子間的相互作用所引起的阻礙其相對運(yùn)動(dòng)的現(xiàn)象；而磨損是指兩配合表面的物質(zhì)由于相對運(yùn)動(dòng)而不斷損失的現(xiàn)象。只要存在物體表面間的 相對運(yùn)動(dòng)就必然會出現(xiàn)摩擦，有摩擦就必然伴隨著磨損，可產(chǎn)生磨損的工作條件包括滑動(dòng)、微振、沖擊、擦傷、侵蝕等。但由于磨損原因的復(fù)雜性和磨損類型的不確 定性，在進(jìn)行耐磨涂層選擇時(shí)，必須分析清楚零部件的工作環(huán)境。采用熱噴涂技術(shù)可以增大軟基體或已經(jīng)發(fā)生磨損的基體的耐磨損性能。

一般來說，與同 類材料的鑄造或鍛造結(jié)構(gòu)相比，熱噴涂涂層結(jié)構(gòu)具有更高的耐磨性能。這是由于在熱噴涂過程中粒子經(jīng)受高速淬火以后，形成了具有一定孔隙的特殊結(jié)構(gòu)，在金屬涂 層中，變形粒子周圍還會形成少量氧化物。涂層所具有的微觀孔隙結(jié)構(gòu)不僅有利于零件表面潤滑膜的保持，而且能夠容納磨損產(chǎn)生的碎屑，對提高零件表面的耐磨性 能有利。
根據(jù)摩擦表面的磨損過程及其破壞機(jī)理，可將磨損分為磨料磨損、粘著磨損、腐蝕磨損、疲勞磨損、微動(dòng)磨損、沖蝕磨損和高溫磨損，高溫磨損實(shí)質(zhì)上是粘著磨損和磨料磨損的綜合。各類磨損的特點(diǎn)及其對涂層材料的性能要求見表所示。
磨損種類、特點(diǎn)及其對涂層性能的要求

磨損類型	在磨損中所占比例	磨損表面特征	涂層性能要求
磨料磨損	50%	擦痕、刮傷、犁溝	較高的加工硬化能力，表面硬度要接近甚至超過磨料硬度
粘著磨損	15%	擦痕、麻點(diǎn)狀魚鱗、錐坑、溝槽	摩擦副材料相容性差，溶解度低，表面能小，不易發(fā)生原子遷移，抗熱軟化能力強(qiáng)
腐蝕磨損	5%	有腐蝕產(chǎn)物（膜或顆粒）	具有耐腐蝕和磨損的綜合性能
疲勞磨損	8%	裂紋、麻點(diǎn)、剝落	高韌性，硬度適中，裂紋傾向小，不含硬質(zhì)非金屬夾雜物
沖蝕磨損	8%	蜂窩狀蝕坑	小角度沖蝕要求高硬度，大角度沖蝕要求韌性好
微動(dòng)磨損	8%	裂紋、麻點(diǎn)	較高的抗頻繁低幅振蕩磨損能力，能形成軟磨削，且與配對面不相容
高溫磨損	5%	粘著、結(jié)瘤、剝落、蝕坑	一定的高溫硬度，能形成致密且韌性好的硬質(zhì)氧化膜，導(dǎo)熱性好，能迅速使熱擴(kuò)散

1．耐磨涂層性能要求
對耐磨涂層的要求取決于耐磨涂層與基體材料的力學(xué)匹配性、化學(xué)匹配性、施加載荷的方向和大小以及涂層本身的性能。根據(jù)耐磨涂層的應(yīng)用不同，涂層硬度、化學(xué)穩(wěn)定性、涂層屈服強(qiáng)度、抗裂紋生核與長大的能力等因素都影響涂層的耐磨性能。
（1）涂層結(jié)合強(qiáng)度要求。對耐磨涂層的首要要求就是確保涂層與基體有足夠的結(jié)合強(qiáng)度，為此，基體材料與涂層材料的選擇與設(shè)計(jì)應(yīng)以確保涂層牢固結(jié)合為前提。
1）基體應(yīng)無變形。當(dāng)耐磨涂層用于高負(fù)荷工況時(shí)，基體應(yīng)有足夠的硬度和屈服強(qiáng)度，以支承涂層不發(fā)生變形。
2）涂層與基體材料的彈性模量匹配性? 在彈性應(yīng)變情況下，如果涂層與基體的彈性模量不匹配，在負(fù)載時(shí)就會在涂層與基體的界面處產(chǎn)生陡變式的應(yīng)力。若涂層的剛性大于基體，涂層中的應(yīng)力就會增大。隨著載荷和涂層與基體的彈性模量差別增大，應(yīng)力增大。
表列出了高速鋼與碳化物的彈性模量。
高速鋼與碳化物的彈性模量

材料	高速鋼	ZrC	VC	TiC	HfC	NbC	TaC	WC＋ 12.2％Co	WC＋ 5.5％Co	WC	金剛石
彈性模量/x106MPa	0.2	0.41	0.43	0.45	0.46	0.51	0.54	0.57	0.61	0.62	0.79

圖（2）采用高溫工藝加工出來的合金涂層，硬度可以達(dá)到HV1100以上，碳化鎢含量是60以上

3）涂層與基體材料的剛性匹配。要使硬質(zhì)耐磨涂層具有較長的使用壽命，涂層與基體材料的剛性應(yīng)有合理的匹配。如果在剛性小的基體材料上沉積剛性高的涂層。由于剛性不匹配，就會使涂層中的拉應(yīng)力增大，導(dǎo)致在涂層中形成裂紋并波及到基體，從而引起涂層發(fā)生早期破壞。
4） 熱膨脹系數(shù)的匹配性。如果涂層與基體材料的熱膨脹系數(shù)不匹配，就會因體積變化而產(chǎn)生應(yīng)力。通常，涂層與基體相比是很薄的，因此，基體的熱膨脹基本上不受涂 層熱膨脹的影響，而涂層的熱膨脹則強(qiáng)烈的受到基體熱膨脹的影響。涂層與基體由于熱膨脹不匹配而產(chǎn)生的熱應(yīng)力基本上都集中在涂層中。熱膨脹系數(shù)差別越大，涂 層中的應(yīng)力就會越大，產(chǎn)生裂紋甚至剝落的傾向性就越大。這就是許多耐磨涂層尚未遭受嚴(yán)重磨損就發(fā)生過早剝落失效的主要原因之一。
表列出了一些碳化物、氮化物涂層材料與鋼的熱膨脹系數(shù)。
碳化物、氮化物涂層材料與鋼的熱膨脹系數(shù)

材 料	碳 化 物				氮 化 物			金屬陶瓷		鋼
	Cr3C2	TiC	TaC	WC	TiN	ZrN	TaN	WC＋ 5.5％Co	WC＋ 12％Co	低合金鋼	高速鋼
熱膨脹 系數(shù)/x10-6K-1	10.3	7.4	6.3	4.2-5.0	10.1	7.24	3.6	5.4	6.1	15	12

當(dāng)基體的熱膨脹系數(shù)大于涂層的熱膨脹系數(shù)時(shí)，在升高溫度時(shí)產(chǎn)生的應(yīng)力為拉應(yīng)力；反之，若涂層的熱膨脹系數(shù)大于基體時(shí)，則為壓應(yīng)力。由表可以看出，大 多數(shù)碳化物、氮化物及金屬陶瓷涂層的熱膨脹系數(shù)均小于鋼，只有TiN、NbN和Cr3C2的熱膨脹系數(shù)比較接近于高速鋼的熱膨脹系數(shù)，但差別仍不小。
5） 涂層與基體材料之間的親和力。涂層與基體之間的親和力即化學(xué)結(jié)合能力直接影響涂層與基體之間的結(jié)合強(qiáng)度。通常，一種化合物在另一種化合物中的固溶度低時(shí)， 它們之間的結(jié)合強(qiáng)度也弱。只有當(dāng)涂層與基體之間具有最大的化學(xué)親和力而又不會產(chǎn)生脆性界面相時(shí)，涂層與基體的結(jié)合強(qiáng)度才最大，才能充分發(fā)揮耐磨涂層的作 用。
（2) 涂層耐磨性要求。在前述必須確保涂層與基體有足夠牢固的結(jié)合條件下，才能進(jìn)一步提出對涂層耐磨性的要求，這主要包括如下一些內(nèi)容。
1） 涂層硬度。提高涂層硬度，有利于增大涂層的屈服強(qiáng)度，防止發(fā)生變形；涂層硬度增高，抗磨料磨損性能增強(qiáng)，涂層的磨料磨損速率與涂層硬度成反比。若涂層硬度 超過磨料顆粒的硬度，磨料磨損速率急劇下降。因此，在磨料磨損的工況下，涂層硬度應(yīng)盡可能的高。而在滑動(dòng)磨損情況下，應(yīng)考慮使用韌性強(qiáng)的具有單相結(jié)構(gòu)的軟 涂層，但不能有第二相硬質(zhì)顆粒存在，否則將引起嚴(yán)重的磨料磨損。
2）耐高溫磨損性能。當(dāng)硬質(zhì)涂層用作耐高溫磨損涂層時(shí)，不僅要求具有良好的高溫紅硬性，即具有高的高溫硬度，而且涂層與對偶摩擦材料之間的化學(xué)溶解度要小。
3）耐腐蝕磨損性能。耐磨涂層在腐蝕性介質(zhì)中的耐磨性能還取決于涂層在化學(xué)介質(zhì)中的耐蝕性能。許多硬質(zhì)涂層都具有優(yōu)異的耐蝕性，特別是氧化物和碳化物等陶瓷涂層是很好的耐腐蝕磨損涂層材料。
4） 涂層顆粒之間的結(jié)合強(qiáng)度高。硬質(zhì)涂層顆粒之間應(yīng)具有高的結(jié)合強(qiáng)度。例如，WC-Co金屬陶瓷涂層是很著名的耐磨涂層材料，鈷對碳化鎢等硬質(zhì)顆粒的潤濕性極 好，因而使碳化鎢顆粒能牢固的粘結(jié)在一起，不會發(fā)生剝落，在這種前提條件下，才能充分發(fā)揮碳化鎢硬質(zhì)相的高耐磨特性。
顯然，耐磨涂層的成功應(yīng)用既取決于涂層本身的耐摩擦磨損特性，還取決于涂層與基體之間性能的合理匹配。
2．耐磨涂層噴涂材料選擇
在 某些情況下，要求涂層既具有良好的耐磨損性能也要具有非常優(yōu)良的耐腐蝕特性，例如，在石油、化工、海洋性氣氛等環(huán)境介質(zhì)中工作的零部件，如果將涂層耐磨損 性能及耐腐蝕性能分為十個(gè)等級進(jìn)行定性評價(jià)的話，其結(jié)果如表所示。其中，1級表示該涂層的耐磨損性能或耐腐蝕性能最差，10級表示該涂層的耐磨損性能或耐 腐蝕性能最優(yōu)。
? 耐磨涂層噴涂材料選擇表

粉末成分	粉末牌號	涂層 硬度 (Rc)	結(jié)合 強(qiáng)度 (PSI)	耐磨 等級 (1-10)	耐蝕 等級 (1-10)	韌性等級 (1-10)	沉積效率 (%)	噴涂 速率 (lbs/hr)
WCrC-CoCr	W-121	69	10,000	7	6	6	60	8-20
CrWC-CoCr	W-124	67	10,000	8	6	6	55	8-20
CrWC-NiCr	W-129	68	10,000	7	7	6	50	8-20
WC-12Co	1342VM	70	10,000	9	2	2	40	8-20
WC-17Co	1343VM	69	10,000	8	5	4	40	8-20
WC-Co-Cr	1350VM	69	10,000	9	6	4	40	8-20
WC-Cr-Ni	1356VM	68	10,000	8	6	2	30	8-15
CrC-25NiCr	1375VM	57	10,000	7	8	5	30	8-10
NiCrBSiFe	1275H	52	9,000+	6	7	5	45	8-20
CrC-30NiCr	CRC-410-1	64	10,000	7	8	7	50	8-15
CrC-40NiCr	CRC-425-1	60	10,000	6	7	7	50	8-15
CrC-65NiCr	CRC-415-1	55	10,000	4	8	7	50	8-15
Stellite 6	CO-106-1	49	9,000+	5	7	7	40	8-20
NiCrB+WC	1334F	63	10,000	7	5	6	45	8-20
WC-10Ni	1310VM	60	10,000	7	6	6	45	8-15

依據(jù)耐磨涂層使用環(huán)境的差異，應(yīng)選擇不同的噴涂材料及噴涂工藝，例如：
（1）軟支承用涂層。這類涂層允許磨粒嵌入，也允許變形以調(diào)整軸承表面。噴涂材料多為有色金屬，如鋁青銅、磷青銅、巴氏合金和錫涂層等。具體應(yīng)用零件如：巴氏合金軸承、水壓機(jī)軸套、止推軸承瓦、壓縮機(jī)十字滑塊等。
（2） 硬支承用涂層。硬支承表面通常在高載荷和低速度工況條件下工作，該類支承一般用于可嵌入性和自動(dòng)調(diào)整性不重要的部位，以及潤滑受限的部位。噴涂材料可選用 鎳基、鐵基自熔合金、氧化物和碳化物陶瓷（如Al2O3-TiO2，Co-WC等）、難熔金屬M(fèi)o以及Mo加自熔合金等。具體應(yīng)用零件如：沖床減震器曲 軸、防擦傷軸套、方向舵軸承、渦輪軸、主動(dòng)齒輪軸頸和活塞環(huán)燃料泵轉(zhuǎn)子等。
（3）耐磨粒磨損涂層。當(dāng)使用溫度低于540℃時(shí)，涂層要能經(jīng)受外來 磨料顆粒的切削和犁溝作用，涂層硬度應(yīng)超過磨粒硬度；涂層材料可選用自熔合金加Mo或Ni/Al混合粉、高鉻不銹鋼、Ni/Al絲、T8鋼以及自熔合金加 Co/WC混合粉。具體應(yīng)用零件如：泥漿泵活塞桿、拋光桿襯套、混凝土攪拌機(jī)的螺旋輸送器、煙草磨碎錘、芯軸、磨光拋光夾具等。
當(dāng)耐磨粒磨損涂 層的使用溫度在538-843℃之間時(shí)，涂層要求在高溫下有超過磨粒的硬度，還必須要有良好的抗氧化性，可采用鐵基、鎳基、鈷基噴涂材料(如鈷基 Cr，Ni，W合金粉，Ni/Al絲，奧氏體低碳不銹鋼，鎳、鈷自熔合金等)以及Cr3C2金屬陶瓷粉；在受沖擊或振動(dòng)負(fù)荷時(shí)，若溫度低于760℃，自熔 合金最好；而當(dāng)侵蝕嚴(yán)重時(shí)，最好采用Cr3C2；如主要用于抗氧化，則可采用鐵、鎳、鈷基涂層。
（4）耐硬面磨損涂層。當(dāng)使用溫度小于538℃ 時(shí)，磨損是由于硬面在較軟表面上滑動(dòng)時(shí)，硬的凸出部分使軟表面開槽而導(dǎo)致刮出碎屑，此碎屑具有同磨粒一樣的作用，這種情況下要求涂層要比配對表面硬，可采 用某些鐵基、鎳基、鉆基噴涂材料、自熔合金、有色金屬(例如加鐵鋁青銅)、氧化物陶瓷、碳化鎢及某些難熔金屬涂層材料。具體應(yīng)用零件如拉絲絞盤、制動(dòng)器套 筒、撥叉、塞規(guī)、軋管定徑穿孔器、擠壓膜、導(dǎo)向桿、漿刀、滾筒、刀片軋碎機(jī)、纖維導(dǎo)向裝置、成型工具和泵密封圈等。 

圖（3）采用碳化鎢涂層制作的拉絲輪，耐磨性提高到10倍以上
當(dāng)耐硬面磨損涂層的使用溫度 在540-815℃時(shí)，雖基本情況與以上相同，但由于磨損在高溫下會加劇進(jìn)行；所以，須采用鉆基自熔合金、Ni/Ai及碳化鉻涂層材料。當(dāng)溫度低于 760℃且有沖擊負(fù)荷時(shí)，宜選用自熔合金；溫度更高時(shí)宜選用Cr3C2涂層；以抗氧化為主則選Ni/Al等。具體應(yīng)用零件如：鍛造工具、熱破碎輥、熱成型 模具等。
（5）耐微振磨損涂層。由于磨損通常是由不可預(yù)計(jì)的微振引起的，所以當(dāng)使用溫度小于540℃時(shí)，應(yīng)選韌性較好的涂層，如自熔合金、氧化 物、碳化物金屬陶瓷、某些Ni，F(xiàn)e，Co基噴涂材料和有色金屬等。具體應(yīng)用零件如，伺服馬達(dá)樞軸、凸輪隨動(dòng)件、搖臂、汽缸襯套、防氣圈、導(dǎo)葉、螺旋槳加 強(qiáng)桿等。
當(dāng)耐微振磨損涂層的工作溫度在538-843℃時(shí)，由于工作溫度較高，可采用特定的鐵基、鎳基、鈷基材料及金屬碳化鉻陶瓷材料。具體應(yīng)用零件如：噴氣式發(fā)動(dòng)機(jī)的渦輪機(jī)氣密圈、氣密環(huán)、氣密墊圈和渦輪葉片等。
（6） 耐氣蝕涂層。因涂層要承受液體流中的氣體沖擊，故要求涂層具有良好的韌性、高的耐磨性、耐流體腐蝕、無脆性�？捎肗i基自熔合金、含Al9.5%、 Fe1%的銅合金、含Ni38%的銅合金、自熔合金加Ni/Al混合粉、316型不銹鋼、超細(xì)的Al2O3及純Cr2O3等，且所有的涂層都應(yīng)該經(jīng)過密封 處理。具體應(yīng)用零件如：水輪機(jī)葉片、耐磨環(huán)、噴頭和柴油機(jī)氣缸襯套等。
（7）耐沖蝕磨損涂層。這些涂層要能經(jīng)受尖銳的、硬顆粒引起的磨損�？刹� 用幾種Ni基自熔合金粉、自熔合金加細(xì)銅混合粉、高Cr不銹鋼粉、超細(xì)Al2O3粉、純Cr2O3粉、Al2O387%+TiO2l3%復(fù)合粉和 Co/WC復(fù)合粉。具體應(yīng)用零件如：抽風(fēng)機(jī)、水電閥和旋風(fēng)除塵器等。 3．耐磨涂層噴涂參數(shù)設(shè)置
采用美國Praxair公司生產(chǎn)的JP5000型超音速火焰噴涂設(shè)備噴涂耐磨涂層時(shí)，其參數(shù)設(shè)置如表所示。
JP5000噴涂各種耐磨涂層參數(shù)選擇表

粉末牌號	粉末名稱	粒度 分布 (μm)	氧氣 流量(SCFH)		煤油 流量 (LPH)	載氣 (SCFH)	送粉量(RPM)	槍管長度 (in)	噴涂距離 (mm)
1278F	NiCrFeNbTaMoTi (Atomized)	-53/+20	2000		21.95	9.9	5	4	355
1166F	Ni(Atomized)	-53/+20	1800		19.30	9.9	5	4	355
1234F	FeCr(Atom)	-53/+20	1800		19.30	9.4	5	4	355
1236F	FeCrNiMo(Atom)	-53/+20	1800		19.30	9.4	5	4	355
1245F	CoCrNiW(Atom)	-53/+20	1700		18.93	10.8	5	6	381
1248T-D	CoMoCrSi(Atom)	-53/+20	1950		21.20	10.8	5	6	355
1256F	CoCrWSiC(Atom)	-53/+20	1850		20.06	11.8	5	6	381
1260F	Ni-50Cr(Atom)	-53/+20	2025		21.95	11.8	5	8	381
1262F-D	Ni-20Cr(Atom)	-53/+20	1950		20.82	11.3	5	4	381
1265F	NiCrMoNb(Atom)	-53/+20	1850		22.71	11.8	5	6	381
1269F-D	NiCrMoW(Atom)	-53/+20	1850		26.50	9.9	5	6	305
1274H	NiCrSiFeB(Atom)	-63/+20	1950		21.95	12.2	5	4	381
1275H	NiCrBSiFe(Atom)	-53/+20	1950		21.95	12.2	5	4	381
CO210-24	CoNiCrAlY(Atom)	-45/+20	2000	18.17		12.2	5	4	254
1375VM	Cr3C2-25NiCr (Agg-Sintered)	-45/+15	1850	22.71		9.9	5	6	355
1376T	Cr3C2-25NiCr (Densified)	-53/+20	1850	22.71		9.9	9	8	355
1356VM	WC-CrC-Ni (Agg-Sintered)	-45/+15	1900	22.71		10.8	5	4	330
1350VM	WC-Co-Cr (Agg-Sintered)	-45/+15	1850	22.71		10.8	5	4	381
1343VM	WC-17Co (Agg-Sintered)	-45/+15	2000	22.71		10.8	5	4	381
1343VF	WC-17Co	-38/+10	1050	14.0		12.3	5	4	178
1342VF	WC-12Co	-38/+10	1050	14.0		12.3	5	4	152
1342VM	WC-12Co (Agg-Sintered)	-45/+15	2000	22.71		10.8	5	4	381
1334F	WC-12Co+50Ni SF (Blended)	-53/+13	1800	24.60		10.8	5	6	355
1310VM	WC-10Ni (Agg-Sintered)	-45/+15	1900	19.30		10.8	5	6	381
1310VF	WC-10Ni (Agg-Sintered)	-38/+10	1900	19.30		10.8	5	4	381

由于超音速火焰噴涂有其自身的特點(diǎn)，在實(shí)際噴涂過程中要注意以下兩點(diǎn)：①因?yàn)槌�音速火焰噴涂輸入到基體的熱量較大，一定要嚴(yán)格控制冷卻措施，以免發(fā) 生基體過熱、變形等導(dǎo)致工件報(bào)廢的現(xiàn)象；②要特別注意不噴涂部位的遮蔽保護(hù)，由于在超音速火焰噴涂工藝中，噴涂粒子并未加熱至完全熔化狀態(tài)，粒子具有一定 的剛性，且飛行速度較高，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過常規(guī)等離子噴涂工藝中的粒子飛行速度，采用常用的防粘涂料及防遮蔽膠帶方法已不能滿足遮蔽要求，而必須采用薄鐵皮或薄銅 皮捆扎遮蔽法。
4．耐磨涂層后加工
對于耐磨涂層來講，磨削是唯一切實(shí)可行的精加工方法。由于涂層顆粒之間的結(jié)合主要依靠機(jī)械鑲嵌結(jié)合， 且含有一定的孔隙，從磨削的觀點(diǎn)看，熱的轉(zhuǎn)移比較緩慢，常規(guī)致密材料的磨削加工方法并不適用于涂層材料的磨削加工。如果磨削壓力過大或速度過快，可能造成 涂層表面顆粒發(fā)生轉(zhuǎn)移或被移動(dòng)，從而導(dǎo)致涂層內(nèi)部顆粒發(fā)生脫落，甚至導(dǎo)致整個(gè)涂層從基體剝離。決定磨削加工工藝方法的因素包括：涂層類型、工件形狀、要求 光潔度和公差等。
一般來講，噴涂粉末越細(xì)、涂層孔隙率越低、涂層越均勻，磨削加工后的光潔度越好。
選擇砂輪時(shí)應(yīng)考慮涂層種類、硬度、工件大小與形狀、磨削量、表面光潔度要求、磨床類型等因素。一般遵循以下原則：
（1） 盡可能選用最銳利的砂輪，這種砂輪切削速度快，不易過熱。砂輪銳利程度與砂輪所用磨粒的類型及粒度有關(guān)。對于磨削耐磨涂層的砂輪來講，常用的磨粒是碳化硅 和金剛石。這是因?yàn)樘蓟�硅磨粒在磨削時(shí)發(fā)生破裂后會呈現(xiàn)新的銳利的切削刃，而金剛石磨粒具有良好的耐久性，能干凈地磨削各種硬質(zhì)耐磨涂層。當(dāng)磨粒粒度較小 時(shí)，不僅具有較小的表面積，而且切削刃較銳利，比粗磨粒更容易陷入涂層內(nèi)部，從而獲得較高的光潔度。一般來講，用于耐磨涂層粗磨的磨粒粒度在 125-150目，用于細(xì)磨的粒度在380-400目。 

圖（4）高速混料器葉片采用高硬度合金涂層
（2）所選砂輪內(nèi)部結(jié)構(gòu)及其硬度級別要能夠提供自由磨削的效果。砂輪內(nèi)部結(jié)構(gòu)是指砂輪內(nèi) 部各個(gè)磨粒之間的間距，具有多孔結(jié)構(gòu)的砂輪，其磨削效果更佳，這是由于顆粒間造成的間隙能夠提供更大的存屑空隙造成的。砂輪硬度不同也會影響耐磨涂層磨削 效果，較硬砂輪比較軟砂輪具有更長的使用壽命。當(dāng)磨削應(yīng)力較小、接觸面積較大及磨削速度較高時(shí)，推薦采用較軟的砂輪；當(dāng)磨削應(yīng)力較大、光潔度要求較高、接 觸面積較小及砂輪較窄時(shí)，推薦采用較硬砂輪。
(3）選擇最適合的砂輪粘結(jié)類型。常用砂輪粘結(jié)劑有兩種，即陶瓷粘結(jié)劑和樹脂粘結(jié)劑。采用陶瓷粘結(jié) 劑的砂輪能夠承受較高的磨削速度和精確的配合公差，且不受水、酸、油及溫度變化的影響，但要求磨床轉(zhuǎn)速要小于砂輪的安全操作速度，一般小于33米/秒。而 采用樹脂粘結(jié)劑的砂輪，可用于更高的磨削速度，并產(chǎn)生更高的光潔度。
針對JP5000噴涂的WC類耐磨涂層，推薦磨削工藝如下：
1) 采用精密、高質(zhì)量的磨削設(shè)備；
2) 選用水溶性冷卻介質(zhì)淋洗；
3) 選用樹脂粘結(jié)金剛石砂輪，當(dāng)工件外徑小于50mm時(shí)，選用φ500的砂輪；當(dāng)工件外徑大于50mm時(shí)，選用φ762的砂輪；
4) 采用兩步法進(jìn)行磨削，第一步：進(jìn)行粗磨，其磨削參數(shù)為：磨粒粒度125-150目；砂輪轉(zhuǎn)速25-30m/s；工件轉(zhuǎn)速0.3m/s；磨削深 度<0.01mm；移動(dòng)速度0.2-0.3m/min，縱向進(jìn)磨量0.025-0.05mm；第二步：進(jìn)行細(xì)磨，其磨削參數(shù)為：磨粒粒度 380-400目；砂輪轉(zhuǎn)速25-30m/s；工件轉(zhuǎn)速0.5m/s；磨削深度<0.005mm；移動(dòng)速度0.05-0.1m/s，縱向進(jìn)磨量 0.025~0.05mm。
在磨削過程中，砂輪磨削面的狀況會發(fā)生變化，使用一段時(shí)間后，不是發(fā)生砂輪面的砂粒被磨損掉，使得磨粒的高度與粘結(jié) 劑高度相等，就是發(fā)生砂輪面被磨削材料所填充，這兩種情況都會削弱砂輪的磨損能力，導(dǎo)致摩擦（擦光）多于磨削，此時(shí)，應(yīng)對砂輪進(jìn)行修整或更換新的砂輪。當(dāng) 采用金剛石工具修整砂輪時(shí)，工具經(jīng)過砂輪表面的橫移速度影響砂輪的最終切削作用，快速橫移能打開砂輪面，使磨粒重新變鋒利，從而提高砂輪磨削能力；與此相 反，當(dāng)橫移較慢時(shí)，會導(dǎo)致砂輪面封閉，使磨粒鈍化并引起砂輪變硬，對熱噴涂耐磨涂層，不推薦使用慢速修整法。所以，在使用金剛石砂輪磨削耐磨涂層時(shí)，保持 砂輪鋒利非常重要，有利于獲得較高的表面光潔度。
對耐磨涂層的磨削一般推薦采用濕式磨削，如果采用適當(dāng)?shù)谋Ｗo(hù)措施，也可采用干磨削。但是，濕磨 削的優(yōu)點(diǎn)要遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于干磨削。濕磨削時(shí)，可以使用較硬的砂輪，且不會增加爆皮或熱裂的發(fā)生率，使表面顆粒的脫出減至最少，并且得到的表面光潔度較好，砂輪不 會很快被填塞，需要的修整次數(shù)也會少。此外，濕磨削還有助于沖洗掉磨屑?xì)堅(jiān)�。磨削液的過濾和合適的濃度對表面光潔度也有影響。
總之，只要在磨削加工過程中仔細(xì)操作，就可以獲得具有良好光潔度的耐磨涂層表面。下面是確定耐磨涂層磨削工藝時(shí)需要考慮的一些因素。
1）使用較軟的、自由磨削的砂輪，可大大減少擦光和磨粒脫出的機(jī)會；
2）保持砂輪面清潔、鋒利；
3）采用正確的砂輪修整工藝；
4）進(jìn)行粗磨時(shí)盡量選用粗粒度砂輪，進(jìn)行精磨時(shí)要選用細(xì)粒度砂輪，如果想用粗砂輪來獲得好的表面光潔度，可能導(dǎo)致磨粒脫出、污染或燒焦；
5）使用輕磨削。耐磨涂層通常較薄，過大的磨削壓力可能引起涂層表面分層或表面顆粒脫出；
6）進(jìn)行最后一道磨削工序時(shí)應(yīng)采用無火花磨削，否則會導(dǎo)致砂輪面鈍化或釉光；
7）始終保持涂層受壓，通過噴涂面向基體下切才能使分層和顆粒脫出限制到最��；
8）磨削工藝優(yōu)化處理。磨削參數(shù)變化對磨削速度和光潔度有較大影響，耐磨涂層表面光潔度在很大程度上取決于所選用的磨削工藝。當(dāng)給定砂輪存在問題時(shí)，應(yīng)進(jìn)行砂輪速度、進(jìn)給速度、工件速度及修整工藝。
三、 可磨耗涂層
為 了在高速旋轉(zhuǎn)機(jī)械（壓氣機(jī)、燃?xì)廨啓C(jī)等）的葉片與殼體之間形成理想的密封狀態(tài)，以獲得最大的流體動(dòng)力壓差，可采用可磨耗涂層技術(shù)來提高整機(jī)效率，降低能 耗，延長整機(jī)使用壽命。在航空發(fā)動(dòng)機(jī)制造中，采用可磨耗涂層能成功減小轉(zhuǎn)子與機(jī)匣的間隙。針對壓氣機(jī)渦輪與外環(huán)之間的間隙控制，其理想結(jié)果是：摩擦不會引 起渦輪或其它壓氣機(jī)部件的損傷，如軸承或齒輪；摩擦后，可磨耗涂層的表面要極其光滑，并且無涂層材料轉(zhuǎn)移至渦輪，如果殘留表面不光滑，將會對氣流導(dǎo)向產(chǎn)生 負(fù)面影響，從而影響機(jī)器效率，如果可磨耗材料轉(zhuǎn)移到渦輪上，可能引起不平衡，同樣會影響壓氣機(jī)的性能。直至目前，針對噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)氣路密封問題，已經(jīng)發(fā)展了 一系列的可磨耗涂層材料，采用可磨耗涂層不僅可用于表面空氣密封部位來減小間隙，而且可用于迷宮式密封來疏導(dǎo)冷卻空氣，減少發(fā)動(dòng)機(jī)壓縮空氣損失，并保持轉(zhuǎn) 子軸的壓力平衡。
除了在早期曾經(jīng)采用火焰噴涂純鋁涂層來用作可磨耗涂層外，目前所用的可磨耗涂層多數(shù)是由兩種材料組成的，分別是金屬本體和非金屬填料，填料的作用是減弱金屬本體的整體性，增強(qiáng)涂層的可磨耗性能�？赡ズ耐繉铀�用噴涂粉末為兩種材料組成的混合粉或團(tuán)聚粉。
采用等離子噴涂或粉末火焰噴涂技術(shù)，在壓氣機(jī)殼體上噴涂質(zhì)軟的可磨耗涂層，在壓氣機(jī)葉片端部噴涂硬質(zhì)耐磨鈷包碳化鎢涂層，可在兩者之間形成理想的控制密封間隙，是20世紀(jì)70年代航空航天部門迅速發(fā)展起來的先進(jìn)制造技術(shù)，是現(xiàn)代熱噴涂技術(shù)的重要應(yīng)用之一。
1.可磨耗涂層的選擇
在實(shí)際應(yīng)用中，選擇可磨耗涂層的依據(jù)主要有兩點(diǎn)，一是環(huán)境工作溫度；二是涂層硬度要求。常用可磨耗涂層的硬度、最高使用溫度及其所用噴涂工藝如表所示。
可磨耗涂層噴涂工藝與性能

	AlSi/聚苯脂	AlSi/石墨	Ni/石墨	NiCuSi/石墨	Ni/硅藻土	金屬/BN	NiCr/硅藻土	金屬/ZrO2
噴涂工藝	等離子	等離子	等離子 火焰	等離子 火焰	等離子 火焰	等離子	等離子 火焰	等離子
涂層硬度 /HR15y	50-80	40-50	40-70	40-70	60-85	60	30-70	40-70
最高使用溫度/℃	350	450	480	650	750-800	800	850	1600

2.可磨耗涂層的制備
制備可磨耗涂層的方法主要包括火焰噴涂和等離子噴涂兩種，在實(shí)際應(yīng)用中選擇何種方法應(yīng)以粉末供應(yīng)商推薦的方法或通過試驗(yàn)確定。采用Praxair公司FP-73火焰粉末噴槍噴涂鎳包石墨可磨耗涂層參數(shù)設(shè)置如表所示。
FP-73火焰粉末噴槍噴涂鎳包石墨參數(shù)設(shè)置

噴涂粉末	氧氣		乙炔		載氣 (SCFH)	送粉量 (RPM)	噴涂距離 (Inch)	噴嘴配置	冷卻空氣 (PSI)
	PSI	流量	PSI	流量
AI-1052-1 (Ni/25石墨)	36	26	7	42	15-20	10	8	USJ-N	17
AI-1052-2 (Ni/15石墨)						8

可磨耗涂層的性質(zhì)不僅與粉末成分密切相關(guān)，而且隨噴涂參數(shù)變化較大，噴涂工藝一經(jīng)確定，就應(yīng)嚴(yán)格控制，這對保證涂層質(zhì)量是非常重要的。對可磨耗涂層來講，硬度是影響涂層性能的重要參數(shù)之一，必須嚴(yán)格控制。
用 于硬度檢測的可磨耗涂層的試樣需要特別制備。首先，要求涂層厚度必須滿足一定要求，若涂層小于2毫米時(shí)，會導(dǎo)致硬度測量值不準(zhǔn)確；其次，測量表面必須平 整，最好用60#碳化硅干砂紙輕輕研磨，太重的研磨壓力會導(dǎo)致硬度測量不準(zhǔn)確，測量表面粗糙度要控制在Ra6-9；第三，硬度測量要采用標(biāo)準(zhǔn)的表面硬度 計(jì)，選擇12.7毫米鋼球和15公斤載荷，硬度讀數(shù)為HR15Y。
在針對一種全齒輪傳動(dòng)的壓氣機(jī)渦輪與外環(huán)的可磨耗涂層研究中發(fā)現(xiàn)，所采用的五 種可磨耗涂層均沒有出現(xiàn)由于摩擦而使機(jī)器負(fù)荷過高的現(xiàn)象。但是，采用火焰噴涂的Ni包石墨（85-15）可磨耗涂層會使渦輪葉輪邊緣受到損壞，局部區(qū)域出 現(xiàn)變色現(xiàn)象，渦輪損害嚴(yán)重；采用等離子噴涂的AlSi/40wt%聚脂、AlSi/50wt%聚脂和AlSi-BN/聚脂可磨耗涂層，發(fā)生涂層材料轉(zhuǎn)移現(xiàn) 象，涂層材料被轉(zhuǎn)移至渦輪葉輪邊緣，并形成結(jié)疤；而采用等離子噴涂的AlSi-BN可磨耗涂層，當(dāng)涂層硬度超過60HR15Y時(shí)，也會發(fā)生可磨耗涂層材料 向渦輪葉輪邊緣轉(zhuǎn)移的現(xiàn)象，而當(dāng)硬度低于60HR15Y時(shí)，轉(zhuǎn)移現(xiàn)象不會發(fā)生，而且摩擦后的外環(huán)涂層表面光滑無暇疵，有利于壓縮氣流的流動(dòng)導(dǎo)向，也不會影 響整機(jī)的動(dòng)平衡，完全能夠滿足壓氣機(jī)渦輪葉輪與外環(huán)之間的間隙控制要求。
在制備可磨耗涂層時(shí)要特別注意，在每一次噴涂零件之前，均應(yīng)進(jìn)行試噴， 并對試片進(jìn)行硬度檢驗(yàn)，若涂層硬度滿足要求，則說明涂層的可磨耗性能也能夠滿足，然后，才能夠?qū)α慵�進(jìn)行噴涂。若涂層硬度不滿足需要，須對噴涂工藝進(jìn)行適 當(dāng)調(diào)整。對火焰噴涂來講，調(diào)整硬度方法之一是在保持氣體流速、噴涂距離和移槍速度不變的條件下改變粉末流速，降低粉末流速會增加涂層硬度，反之，會降低涂 層硬度，逐次改變粉末流速并檢驗(yàn)涂層硬度，直至硬度合格；方法之二是在保持粉末流速、噴涂距離和移槍速度不變時(shí)調(diào)整氧氣和燃燒氣體流速，同時(shí)降低氧氣和燃 燒氣體的流速會導(dǎo)致涂層硬度降低，反之，會增加涂層硬度，逐次改變并檢驗(yàn)涂層硬度，直至硬度合格。
在制備可磨耗涂層時(shí)還要注意嚴(yán)格控制基體溫度，這對獲得正確的涂層硬度非常重要，正式噴涂前應(yīng)將基體預(yù)熱至90-120℃，而在噴涂過程中則要控制基體溫度不超過180℃，基體過熱會導(dǎo)致涂層硬度增加。
此外，在噴涂可磨耗涂層時(shí)，最好將噴涂速率控制在每遍0.1毫米左右。
3.可磨耗涂層的加工
對 于可磨耗涂層來講，它是由金屬或耐熱合金包覆芯核材料形成的復(fù)合材料，由于芯核材料屬松軟、輕質(zhì)、易碎、易刮削的非金屬顆粒，如石墨、硅藻土、膨潤土、六 方氮化硼、ZrO2等，磨削產(chǎn)生的壓力和熱量會改變涂層的性質(zhì)，因此，可磨耗涂層的加工不采用磨削方法，而推薦采用車削方法。在車削加工時(shí)，要嚴(yán)格控制加 工參數(shù)，它與控制噴涂參數(shù)一樣重要。
在車削可磨耗涂層時(shí)，一般采用較小的進(jìn)刀量、較慢的旋轉(zhuǎn)速度和較慢的走刀速度。例如，采用Metco 6P火焰噴槍噴涂的Metco 310NS鋁包石墨可磨耗涂層，推薦采用尖的碳化鎢車刀進(jìn)行干式車削加工，車床線速度控制在2m/s，走刀量控制在0.06mm/pr，進(jìn)刀量控制在 0.25mm/次。車削時(shí)要保證不會刮出涂層中的顆粒，并且，在使用前必須對車削加工表面進(jìn)行徹底清理。