热喷涂中基体温度的控制及对涂层质量的影响

基体温度的控制对于热喷涂涂层的影响比较大，也是热喷涂的重要参数，主要包括喷涂前基体预热和喷涂过程中基体冷却两个环节。

控制基体温度，较理想的喷涂工艺是在喷涂前把工件预热到喷涂过程中所将达到的温度，然后在喷涂过程中对工件采取冷却措施，使它保持在原来的温度。从而将预热和随后的冷却有效地结合起来。

喷涂过程中如果工件的温升过高，工件会发生变形，且在其表面易产生氧化物，这对涂层与基体以及涂层层间的结合十分不利。所以工件温度必须予以控制。

大多数工件在喷涂开始前，需将它们预热，其目的是为了去潮气和控制基体相对涂层的热膨胀，改善结合。不管喷涂材料与基体材料的热膨胀系数是否相同，都存在热膨胀和热应力及其控制的问题。这是由喷涂工艺本身的特点所决定的。如在喷涂陶瓷粉末(如氧化铝)时，若基体不预热，则涂层在冷却至室温前便破裂的情况也经常出现，而经适当预热(如350℃)后，再喷涂氧化铝，就能承受非常剧烈的热冲击。至于预热温度的选择，若单就涂层与基体的热膨胀和热应力来考虑，可以通过薄片喷涂试验来确定。根据被喷涂薄片(约厚1.5mm)翘曲的程度和方向，定性地研究热膨胀和残余应力的情况。例如，在钢基体上喷氧化铝，常以喷涂后的薄片试样在室温下不翘曲为标准来选定预热温度。预热不足，薄片试样产生凹状翘曲，预热过度产生凸状翘曲。

在喷涂过程中，除了以调节喷枪移动速度来控制工件温度外，常需采取冷却措施，如辅助吹气冷却或水冷等，以保持工件一定的温度。 对于大工件、自然冷却条件好，一般只需通过合适的移枪速度，就可控制整个温度。喷枪在工件表面上较快移动，按所需的涂层厚度多次喷涂，这样，喷枪喷涂的热量将均匀地分布在整个工件上，不致于产生局部热点。工件上局部热点对涂层和基体的不利影响要比工件整体均匀温升还要严重。在特别大的工件喷涂时，要求保持基体在所要求的温度下进行，那么需要的不再是冷却，而是要采取适当的辅助加热措施。这些应在涂层设计和制定工艺规范时预先确定的。当然，在一般工件的喷涂中，多数是希望采用冷却措施的。最简便的是吹风冷却。需要注意的是，吹风时距喷涂点要有一定距离,不能影响到束流。只要有可能，吹风应朝着工件不喷涂的部分。喷涂过程中跟随吹尘时对冷却气体的清洁要求将更严格，以免污染工件表面，而降低结合和层间分离。对于小工件的喷涂，尤其是喷涂陶瓷时，喷涂使用的功率较大，这些材料的导热性很差,有必要采用强迫空冷或水冷。在喷涂较低温度下就会激烈氧化的材料(如钨)时，必须保持较低的表面温度，以免涂层过多氧化。以钨的喷涂为例，刚喷涂后的钨涂层一旦离开等离子焰流气体的保护覆盖，便暴露在空气之中，这时,表面必须冷至300℃以下，才能防止严重的氧化。在喷涂时，可通过观察来调节冷却强度以控制温度。基体和涂层不过热(表面温度小于300℃)时，钨涂层显有金属光泽。若涂层过热一接触空气，则会很快变黑。