摘要：概述了汽车零部件生产的电弧喷涂工艺，介绍了电弧喷涂工艺的工艺原理和特点，并主要介绍了电弧喷涂工艺的影响因素，为电弧喷涂工艺在汽车零部件的工艺优化和日常过程管理提供参考。
关键词：汽车零部件 热喷涂技术 电弧喷涂
中图分类号：TG174.44 文献标识码：A
汽车零部件的失效，大多是由于在风霜雨雪、严寒酷暑环境下，经历长时间使用导致的磨损、腐蚀、疲劳等耐久问题。因此，目前汽车零部件在加工完毕之后，大都会采取各种方法对零部件进行再处理，对零部件的表面结构和性能进行改造。
热喷涂技术是一种表面处理加工技术，通过热喷涂技术，能够有效提高零件的耐疲劳、耐腐蚀和耐热等性能。而且涂层材料可选范围广，可以是金属、合金、陶瓷、塑料和复合材料。其中，电弧喷涂具有设备易操作、生产效率高、设备成本低、涂层质量高等的特点，是制备大面积钢结构件表面防护的重要手段之一，主要应用于需要满足高温腐蚀、高温磨损工况条件下的汽车零部件，如热交换金属散热板、气门、排气管等。
研究汽车零部件的电弧喷涂工艺，可以为汽车零部件的性能优化、工艺条件设定以及制造过程的日常管理提供支持。本文结合目前人们在汽车零部件电弧喷涂工艺技术方面取得的成果，综述了电弧喷涂工艺技术在汽车零部件上的应用，同时对加工工艺过程中的影响因素进行了探究。
1.电弧喷涂工艺简介
电弧喷涂（Arc Spray）是在喷枪的末端有两根短路的金属丝，产生电弧，电弧产生的热源使金属丝熔化，同时用压缩空气使熔化后的金属雾化成细小的颗粒，然后对雾化后的细小颗粒高速喷射至基体材料表面形成涂层的喷涂技术，其工艺原理如图1所示[1]。
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图1 电弧喷涂工艺原理
2.主要工艺参数
影响电弧喷涂的主要工艺参数有：工作电流、工作电压、喷涂距离和雾化气体压力。
2.1工作电流
一般情况下，电弧喷涂时选择在较大电流进行工作，这是由于电流过小，电弧燃烧不稳定，而且生产效率较低。因此一定条件下，较大工作电流，可以提高生产效率，而且可以通过提高涂层结合率、降低孔隙率，从而提高涂层质量。
Matthews等[2]通过电弧喷涂研究了电流大小对喷涂Ni-43Cr-0.3Ti涂层性能的影响，结果表明，当其他工艺参数一样的情况下（电压25V、雾化压力4.2Bar、喷涂距离150mm），工作电流分别为150A和250A时，喷涂相同时间，最终涂层厚度分别为328μm和672μm，这是由于在喷涂过程中，更高的工作电流，会有更高的送丝速度，从而有更高的生产效率。
2.2工作电压
工作电压是指两根金属丝尖端之间的电弧电压，工作电压对电弧喷涂的涂层质量影响比较大，同时每种喷涂材料都有对应该电弧稳定燃烧的最低工作电压。当工作电压过低时，电弧不稳定，不能保证金属丝的连续接触，从而产生电弧间断，进而导致喷涂过程不连续，可能会将未充分熔融的金属丝段飞向基材表面，产生涂层缺陷。但是工作电压也不能太高，太高可能导致喷涂材料烧损严重，特别是那些容易与氧结合的喷涂材料，可能会发生氧化，从而影响涂层质量。
顾鹏等[3]利用电弧喷涂工艺，以Q345钢作基体材料，以Fe基非晶粉芯丝材为喷涂材料，分别制备了不同工作电压（27.9V、30.6V、32.5V）下Fe非晶涂层，并研究了其耐冲蚀性能。结果表明，随着工作电压升高，涂层耐冲蚀性能提高，这是由于随着工作电压升高，电弧趋于稳定，喷涂过程能够保持连续稳定，因此得到的涂层质量也较高。
2.3喷涂距离
电弧喷枪出口处，喷涂粒子速度低，而雾化气体的压力大，随着喷涂距离的增加，喷涂粒子在雾化气体的带动下，逐渐加速。但是随着喷涂距离继续增加，雾化气体压力逐渐降低，加速效果不明显，而喷涂粒子束在空气阻力作用下开始减速，同时自身温度也开始降低，以及长时间暴露在空气中也可能导致喷涂粒子出现氧化的状况，进而影响涂层质量。因此，常用的喷涂距离范围是60-200mm，但是不同喷涂设备、喷涂工艺，对应的喷涂距离也不尽相同，不同的喷涂设备和喷涂工艺，需要优化出对应的喷涂距离。
王建新等[4]以Ni-Cr-Ti合金丝为原料，采用电弧喷涂技术，分别在喷涂距离为50mm、100mm、150mm、200mm的情况下，制备了镍基涂层材料，研究了喷涂距离对涂层微观结构、硬度和抗腐蚀性能的影响。结果表明，随着喷涂距离的增加，涂层结构的致密性、硬度和抗腐蚀性能均表现出先增强后减弱的现象。
2.4雾化气体压力
喷涂粒子束在喷涂过程中的飞行速度和雾化程度，很大程度上取决于雾化气体压力的大小，即雾化气体压力越大，喷涂粒子束飞行速度越大，雾化越充分，所得到的涂层也越致密，涂层的结合强度也越高。但是雾化气体压力过大的话，气流中的氧含量增加，可能导致涂层氧化严重。
王吉孝[5]通过电弧喷涂工艺，研究了雾化气体压力对Ni-Al合金涂层性能的影响，结果发现，随着雾化气体压力增大，喷涂材料粒子减小，粒子小于50μm，粒子球形度较高。而且随着雾化气体压力增大，喷涂材料粒子速度增大。此外，该文还通过动力学计算和分析发现，喷涂材料粒子在雾化气体作用下，初始加速度较快，随后趋于平衡稳定。
3结语
随着汽车工业的不断发展，汽车零部件的表面处理方式也越来越多，各种热喷涂技术也在汽车零部件的生产过程中得到了应用。但是热喷涂技术工艺过程较为复杂，使用性能受各种工艺参数的影响较大。在最新的研究成果中，可以看到：①引入有限元分析进行工艺参数优化；②引入实时控制系统监控生产过程等。随着研究的不断深入，各种热喷涂工艺影响因素会越来越明确，从而热喷涂工艺技术在汽车零部件得到更好的应用。
参考文献
[1] Li Y J, Liang T Q, Ao R, et al. Oxidation resistance of iron-based coatings by supersonic arc spraying at high temperature [J]. Surface and Coating Technology, 2018(347): 99-112.
[2] Matthews S, Schweizer M. Optimization of Arc-Sprayed Ni-Cr-Ti Coatings for high temperature corrosion applications [J]. Journal of Thermal Spray Technology,2012(22): 538-550.
[3]顾鹏,孙瑜, 纪秀林. 电弧喷涂铁基非晶涂层的制备及其冲蚀磨损性能研究[J]. 材料保护, 2018（6）：1-5.
[4] 王建新, 赵士明,姜庆华,等. 电弧喷涂Ni-Cr-Ti复合涂层材料性能研究[J]. 工业技术与职业教育, 2017(15):4-6.
[5] 王吉孝. 双丝电弧喷涂Ni-Al涂层制备及性能研究[D]. 哈尔滨:哈尔滨工业大学, 2015.