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[摘 要]概述了油缸活塞杆电弧喷涂技术修理的意义，总结了油缸活塞杆电弧喷涂技术要点，并且分析了电弧喷涂的技术优势和经济性，最后探讨了电弧喷涂技术的新进展。
[关键词]电弧喷涂；喷涂设备；喷涂工艺；喷涂丝材
中图分类号：TG174.44；U269.5 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2018）03-0045-02
引言
电弧喷涂技术是20世纪80年代兴起的热喷涂技术，由一于电弧喷涂设备的发展与更新，使其成为目前热喷涂技术中最受重视的技术之一。电弧喷涂是以电弧为热源，将熔化的金属丝用高速气流雾化，并以高速喷到工件表面形成涂层的一种工艺。电弧喷涂具有热影响小、涂覆材料与母材之间不受限制等优点，其具备效率较高，成本较低等诸多优势。针对喷涂的特点，我们对液压缸的活塞杆镀铬外圆的修复采用喷涂的方法。基于此，研究油缸活塞杆电弧喷涂技术修理具有重要的意义。
1.油缸活塞杆电弧喷涂技术修理的意义
活塞杆是液压缸的重要部件之一，长期在煤矿设备运行过程中受到环境的腐蚀、煤泥煤渣等矿物的冲击摩擦以及长时间压应力的作用，使用一段时间后会在其表面造成划伤、腐蚀坑点、镀铬层脱落等缺陷，使液压缸无法正常工作。目前，活塞杆的修复技术主要为镀铬技术和激光熔敷技术。电镀技术由于环境污染问题已逐步淘汰，激光熔覆技术环保无污染、熔覆层质量好，但其成本高，主要应用于立柱的再制造。因此研究修复质量好、成本低的修理技术已刻不容缓。
本文研究主要针对再制造对象为液压支架小型油缸活塞杆，该类活塞与立柱相比较，其尺寸较小、价值较低，且工况相对较差。
电弧喷涂技术生产过程绿色环保，无粉尘、噪声污染；熔覆层质量优于传统的电镀技术，使用寿命2年，为电镀工艺的2倍；修理成本介于电镀技术和激光熔覆技术两者之间，具有很高的经济效益。
2.油缸活塞杆电弧喷涂技术要点
2.1电弧喷涂技术修理工艺
（1）清洗活塞杆表面固体杂质及油污，清理时不得对工件造成二次损伤。
（2）检测活塞杆无断裂的情况，否则报废；检测活塞杆螺纹损坏情况，修复损坏螺纹至原设计尺寸；检测活塞杆无严重变形，弯曲变形不大于0.8/1000（mm），若大于此值，则标记后进行校正；采用无损检测渗透探伤（PT）方式对活塞杆的关键部位进行探伤检验，将检验结果详细记录并在工件上标记清楚。对活塞杆杆柄与活塞杆杆身结合部位进行探伤检验，探伤发现的裂纹应去除后重新焊接，焊接材料选用高强度焊丝；对活塞杆身进行探伤检测，发现裂纹应去除后补焊修复；检测活塞杆铰接孔尺寸，超差3mm以上的，补焊并修复至设计尺寸。
（3）活塞杆表面镀层退镀处理，活塞杆退镀后基体存在锈蚀、凹坑、麻点等缺陷的部件，车削露出金属本色后补焊或熔覆修复。
（4）采用专业喷涂设备，选用镍铬合金材料对活塞杆电弧喷涂处理。（要求喷涂时对活塞杆螺纹进行防护）
（5）机加工等方法处理活塞杆表面，要求活塞杆表面尺寸、粗糙度达到原设计要求。
（6）活塞杆打压钢印字符，要求明确出厂日期、修理单位等信息，对活塞杆表面尺寸、硬度、粗糙度、铰接孔尺寸等关键指标进行检测，要有对应的检测记录。
（7）对活塞杆做防水、防磕碰保护措施。
2.2电弧喷涂技术修理技术要求
（1）喷涂覆层材料：镍铬合金材料。
（2）喷涂覆层厚度：≥0.5mm。
（3）活塞杆尺寸精度：精度等级达到f9级，尺寸均匀。
（4）活塞杆表面粗糙度：不大于Ra0.4。
（5）活塞杆直线度：不得超过0.2/1000（mm）。
（6）喷涂覆层硬度：表面硬度范围控制在洛氏硬度（HRC）40-50HRC之间。
（7）耐腐蚀性：能很好的承受矿井下的高湿腐蚀环境；在中性盐雾腐蚀试验96h评价达到GB/T6461评级标准5级以上。
（8）结合性能：喷涂覆层表面及喷涂覆层与活塞杆母材必须达到冶金结合，保证工件性能的可靠性，喷涂覆层与工件之间的结合强度不低于400MPa。
（9）温度要求：喷涂覆层制备过程必须为低温工艺，活塞杆基体温度不超过300℃，防止活塞杆变形及内部组织发生变化，喷涂覆层制备后，活塞杆基体力学性能不降低。
（10）其它要求：喷涂覆层组织致密均匀，无缩孔、裂纹，起皮等缺陷，不使用封孔剂的条件下孔隙率不大于0.1%，稀释率不大于5%；喷涂覆层制备后须按照JB4730.4或JB4730.5或等同标准进行NDT探伤检测（PT或MT），检测结果达到1级合格；喷涂生产过程绿色环保，无粉尘和噪声污染。
2.3电弧喷涂技术修理技术标准
（1）GB25974.2-2010《煤矿用液压支架：立柱和千斤顶技术条件》。
（2）JB4730.4（PT）或JB4730.5（MT）或等同标准进行NDT探伤检测规范。
3.电弧喷涂技术优势分析
（1）生产过程绿色环保，无粉尘、噪声污染；
（2）熔覆层质量优于传统的电镀技术，使用寿命2年，为电镀工艺的2倍；
（3）修理成本介于电镀技术和激光熔覆技术两者之间，具有很高的经济效益。
（4）修复能力强，可修复尺寸超差及划伤腐蚀、弯曲等缺陷，功能覆层厚度可控，最佳有效厚度范围为0.5-2.0mm，修复厚度为最大可达5mm；可以做到对柱塞的100%修复。
（5）耐磨性好，表面硬度范围控制在洛氏硬度（HRC）40-50HRC之间，不容易被划伤及磨损；
（6）耐腐蚀性能好，采用的镍铬合金材料能很好的承受礦井下的高湿腐蚀环境；在中性盐雾腐蚀试验96h评价达到GB/T6461评级标准5级以上新型覆层制备后覆层表面及覆层与工件母材达到冶金结合，保证工件性能的可靠性，覆层与工件之间的结合强度不低于400MPa。 4.与当前国内外同类研究、同类技术的综合比较
通过表1得知，以上三种修理工艺均可实现活塞杆防腐修理，其中电镀修理生产成本最低，但是该工艺属高污染行业，且已不能满足液压支架活塞杆修理需求。激光熔覆修理效果好、寿命长，但该工艺成本高、效率低，而且该工艺不能满足直径120mm以下的活塞杆修理任务（热变形大）。电弧喷涂修理效果、寿命、成本介于电镀修理和激光熔覆修理之间，且该工艺修理效率高，可满足小油缸活塞杆修理需求。
5.安全效益和社会效益
电弧喷涂技术修复的活塞杆质量好，使用寿命长，可减少矿井更换小油缸的次数，不仅提高了矿井生产效率，同时减少了更换小油缸带来的安全隐患。
2012年12月国家工信部586号文，提出要在2015年前逐步使用新技术取代电镀技术，电弧喷涂技术可实现代替电镀修理技术，杜绝电镀修理技术带来的环境污染。
6.电弧喷涂技术的新进展
为了进一步拓展电弧喷涂技术的应用范围，人们正在发展和开发各种新型电弧喷涂方法。
6.1保护气体电弧喷涂技术
用保护性气体在涂层的制备过程进行保护，该技术可以降低熔滴材料的热损率、氧化物的含量及涂层的孔隙率等。目前常采用辅助装置将还原性介质，如CO2和CH4等，引入压缩空气中作保护气体，降低涂层含氧量。还可用惰性气体Ar或N2气作为保护气体，减少氧化物夹杂，但是由于雾化气体消耗量大，因此使用惰性气体成本会过分提高。如果保护气体与喷涂金属在高温下发生反应，生成特殊物质，这样还可获得特殊涂层。AirProductsandChemicals公司就使钦丝在喷涂过程中氮化成为氮化钦，从而获得金属陶瓷涂层。
6.2高速喷涂技术
为了减少金属熔滴的氧化，从而改善电弧喷涂涂层的质量，研制和开发高速喷涂技术是主要的发展方向。根据空气动力学原理，将高压气体通过特殊设计的喷嘴加速，作为电弧喷涂的高速雾化气流（高于音速），可用于雾化和加速熔融金属粒子而形成更加致密的电弧喷涂层。高速电弧喷涂技术是电弧喷涂的重要发展方向。
6.3真空电弧喷涂
真空电弧喷涂（VAS）}喷涂工作气氛抽成真空。该技术可以大幅度地降低氧化物的含量，降低孔隙率，提高涂层结合强度。主要用于喷涂活泼金属（如Ti或Ta），制造致密高纯度的耐腐蚀涂层或制造带孔隙表面粗糙的生物植入体（如应用外科手术中带有Ti涂层的植入体），此工艺与低压等离子喷涂相比，具有操作简单，成本低的特点。
6.4电弧喷涂过程的计算机仿真技术
利用流体力学数值模拟（CFD）实现电弧喷涂过程的计算机仿真，从理论上解决喷涂机理的气相和粒子相的动力学及热物理特性问题，优化喷枪结构，大功率、二次雾化是电弧喷枪的未来发展方向。
6.5纳米涂层
近年来，纳米材料的出現使得纳米涂层的制备成为可能，将预先制备的纳米粉末喷涂沉积在基材表面形成纳米涂层。该种复合涂层可以具有耐高温、抗氧化、抗腐蚀、高硬度、高耐磨性和自润滑性，并可具有广泛化的光学性能、优异的电磁等性能，具有十分广泛的潜在功能。目前国内外用热喷涂制备纳米涂层的研究还处于实验阶段，且局限于粉末制备，尚未达到用粉芯丝材获得纳米涂层的高度。从已有的研究结果来看，用热喷涂技术制备的纳米结构涂层性能优异，具有良好的应用前景，但从经济效益考虑，如何降低制作涂层的成本还有待研究。
6.6粉末复合电弧喷涂技术
通过电弧熔化线材，同时加入合金或陶瓷粉末，高速喷到金属表面，获得高耐磨性，高耐蚀性的复合喷涂层。这种方法可用于碳钢、合金钢、铸铁等材料制成的零件或构件，实现表面强化和表面防护的目的。也可用于一些磨损件或腐蚀件的表面修复。为了将金属和陶瓷优越性综合于一体，金属陶瓷、金属颗粒弥散强化陶瓷、金属基复合材料等先后发展起来。近期推出的JCW-T电弧喷涂粉芯丝材，采用低碳钢带包敷TiB2-A1203复合陶瓷，喷涂涂层硬度达57.5HRB，可用于提高锅炉管壁及风机叶片等的高温耐磨性。
结语
采用高速电弧喷涂工艺修复油缸活塞杆，经实践证明，能修复大磨损量活塞杆，修复精度高，喷涂层与基体的结合强度高，生产效率高，能源利用率高，费用低，安全性好。对企业来说可取得很好的经济效益，同时有利于节约能源，节约材料，降低污染，在保护环境和资源以确保可持续发展方面可发挥重要的作用，值得推广。
参考文献
[1]马世宁.现代设备维修技术（第1版）[M].中国计划出版社，2006，6.
[2]杨金晓，李晓玲.磨削裂纹产生机理与防止措施[J].机床与金属加工设备，2004（12）.
[3]王明勇.磨削裂纹产生机理和预防措施[J].机械制造与自动化，2003（4）.
[关键词]电弧喷涂；喷涂设备；喷涂工艺；喷涂丝材
中图分类号：TG174.44；U269.5 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2018）03-0045-02
引言
电弧喷涂技术是20世纪80年代兴起的热喷涂技术，由一于电弧喷涂设备的发展与更新，使其成为目前热喷涂技术中最受重视的技术之一。电弧喷涂是以电弧为热源，将熔化的金属丝用高速气流雾化，并以高速喷到工件表面形成涂层的一种工艺。电弧喷涂具有热影响小、涂覆材料与母材之间不受限制等优点，其具备效率较高，成本较低等诸多优势。针对喷涂的特点，我们对液压缸的活塞杆镀铬外圆的修复采用喷涂的方法。基于此，研究油缸活塞杆电弧喷涂技术修理具有重要的意义。
1.油缸活塞杆电弧喷涂技术修理的意义
活塞杆是液压缸的重要部件之一，长期在煤矿设备运行过程中受到环境的腐蚀、煤泥煤渣等矿物的冲击摩擦以及长时间压应力的作用，使用一段时间后会在其表面造成划伤、腐蚀坑点、镀铬层脱落等缺陷，使液压缸无法正常工作。目前，活塞杆的修复技术主要为镀铬技术和激光熔敷技术。电镀技术由于环境污染问题已逐步淘汰，激光熔覆技术环保无污染、熔覆层质量好，但其成本高，主要应用于立柱的再制造。因此研究修复质量好、成本低的修理技术已刻不容缓。
本文研究主要针对再制造对象为液压支架小型油缸活塞杆，该类活塞与立柱相比较，其尺寸较小、价值较低，且工况相对较差。
电弧喷涂技术生产过程绿色环保，无粉尘、噪声污染；熔覆层质量优于传统的电镀技术，使用寿命2年，为电镀工艺的2倍；修理成本介于电镀技术和激光熔覆技术两者之间，具有很高的经济效益。
2.油缸活塞杆电弧喷涂技术要点
2.1电弧喷涂技术修理工艺
（1）清洗活塞杆表面固体杂质及油污，清理时不得对工件造成二次损伤。
（2）检测活塞杆无断裂的情况，否则报废；检测活塞杆螺纹损坏情况，修复损坏螺纹至原设计尺寸；检测活塞杆无严重变形，弯曲变形不大于0.8/1000（mm），若大于此值，则标记后进行校正；采用无损检测渗透探伤（PT）方式对活塞杆的关键部位进行探伤检验，将检验结果详细记录并在工件上标记清楚。对活塞杆杆柄与活塞杆杆身结合部位进行探伤检验，探伤发现的裂纹应去除后重新焊接，焊接材料选用高强度焊丝；对活塞杆身进行探伤检测，发现裂纹应去除后补焊修复；检测活塞杆铰接孔尺寸，超差3mm以上的，补焊并修复至设计尺寸。
（3）活塞杆表面镀层退镀处理，活塞杆退镀后基体存在锈蚀、凹坑、麻点等缺陷的部件，车削露出金属本色后补焊或熔覆修复。
（4）采用专业喷涂设备，选用镍铬合金材料对活塞杆电弧喷涂处理。（要求喷涂时对活塞杆螺纹进行防护）
（5）机加工等方法处理活塞杆表面，要求活塞杆表面尺寸、粗糙度达到原设计要求。
（6）活塞杆打压钢印字符，要求明确出厂日期、修理单位等信息，对活塞杆表面尺寸、硬度、粗糙度、铰接孔尺寸等关键指标进行检测，要有对应的检测记录。
（7）对活塞杆做防水、防磕碰保护措施。
2.2电弧喷涂技术修理技术要求
（1）喷涂覆层材料：镍铬合金材料。
（2）喷涂覆层厚度：≥0.5mm。
（3）活塞杆尺寸精度：精度等级达到f9级，尺寸均匀。
（4）活塞杆表面粗糙度：不大于Ra0.4。
（5）活塞杆直线度：不得超过0.2/1000（mm）。
（6）喷涂覆层硬度：表面硬度范围控制在洛氏硬度（HRC）40-50HRC之间。
（7）耐腐蚀性：能很好的承受矿井下的高湿腐蚀环境；在中性盐雾腐蚀试验96h评价达到GB/T6461评级标准5级以上。
（8）结合性能：喷涂覆层表面及喷涂覆层与活塞杆母材必须达到冶金结合，保证工件性能的可靠性，喷涂覆层与工件之间的结合强度不低于400MPa。
（9）温度要求：喷涂覆层制备过程必须为低温工艺，活塞杆基体温度不超过300℃，防止活塞杆变形及内部组织发生变化，喷涂覆层制备后，活塞杆基体力学性能不降低。
（10）其它要求：喷涂覆层组织致密均匀，无缩孔、裂纹，起皮等缺陷，不使用封孔剂的条件下孔隙率不大于0.1%，稀释率不大于5%；喷涂覆层制备后须按照JB4730.4或JB4730.5或等同标准进行NDT探伤检测（PT或MT），检测结果达到1级合格；喷涂生产过程绿色环保，无粉尘和噪声污染。
2.3电弧喷涂技术修理技术标准
（1）GB25974.2-2010《煤矿用液压支架：立柱和千斤顶技术条件》。
（2）JB4730.4（PT）或JB4730.5（MT）或等同标准进行NDT探伤检测规范。
3.电弧喷涂技术优势分析
（1）生产过程绿色环保，无粉尘、噪声污染；
（2）熔覆层质量优于传统的电镀技术，使用寿命2年，为电镀工艺的2倍；
（3）修理成本介于电镀技术和激光熔覆技术两者之间，具有很高的经济效益。
（4）修复能力强，可修复尺寸超差及划伤腐蚀、弯曲等缺陷，功能覆层厚度可控，最佳有效厚度范围为0.5-2.0mm，修复厚度为最大可达5mm；可以做到对柱塞的100%修复。
（5）耐磨性好，表面硬度范围控制在洛氏硬度（HRC）40-50HRC之间，不容易被划伤及磨损；
（6）耐腐蚀性能好，采用的镍铬合金材料能很好的承受礦井下的高湿腐蚀环境；在中性盐雾腐蚀试验96h评价达到GB/T6461评级标准5级以上新型覆层制备后覆层表面及覆层与工件母材达到冶金结合，保证工件性能的可靠性，覆层与工件之间的结合强度不低于400MPa。 4.与当前国内外同类研究、同类技术的综合比较
通过表1得知，以上三种修理工艺均可实现活塞杆防腐修理，其中电镀修理生产成本最低，但是该工艺属高污染行业，且已不能满足液压支架活塞杆修理需求。激光熔覆修理效果好、寿命长，但该工艺成本高、效率低，而且该工艺不能满足直径120mm以下的活塞杆修理任务（热变形大）。电弧喷涂修理效果、寿命、成本介于电镀修理和激光熔覆修理之间，且该工艺修理效率高，可满足小油缸活塞杆修理需求。
5.安全效益和社会效益
电弧喷涂技术修复的活塞杆质量好，使用寿命长，可减少矿井更换小油缸的次数，不仅提高了矿井生产效率，同时减少了更换小油缸带来的安全隐患。
2012年12月国家工信部586号文，提出要在2015年前逐步使用新技术取代电镀技术，电弧喷涂技术可实现代替电镀修理技术，杜绝电镀修理技术带来的环境污染。
6.电弧喷涂技术的新进展
为了进一步拓展电弧喷涂技术的应用范围，人们正在发展和开发各种新型电弧喷涂方法。
6.1保护气体电弧喷涂技术
用保护性气体在涂层的制备过程进行保护，该技术可以降低熔滴材料的热损率、氧化物的含量及涂层的孔隙率等。目前常采用辅助装置将还原性介质，如CO2和CH4等，引入压缩空气中作保护气体，降低涂层含氧量。还可用惰性气体Ar或N2气作为保护气体，减少氧化物夹杂，但是由于雾化气体消耗量大，因此使用惰性气体成本会过分提高。如果保护气体与喷涂金属在高温下发生反应，生成特殊物质，这样还可获得特殊涂层。AirProductsandChemicals公司就使钦丝在喷涂过程中氮化成为氮化钦，从而获得金属陶瓷涂层。
6.2高速喷涂技术
为了减少金属熔滴的氧化，从而改善电弧喷涂涂层的质量，研制和开发高速喷涂技术是主要的发展方向。根据空气动力学原理，将高压气体通过特殊设计的喷嘴加速，作为电弧喷涂的高速雾化气流（高于音速），可用于雾化和加速熔融金属粒子而形成更加致密的电弧喷涂层。高速电弧喷涂技术是电弧喷涂的重要发展方向。
6.3真空电弧喷涂
真空电弧喷涂（VAS）}喷涂工作气氛抽成真空。该技术可以大幅度地降低氧化物的含量，降低孔隙率，提高涂层结合强度。主要用于喷涂活泼金属（如Ti或Ta），制造致密高纯度的耐腐蚀涂层或制造带孔隙表面粗糙的生物植入体（如应用外科手术中带有Ti涂层的植入体），此工艺与低压等离子喷涂相比，具有操作简单，成本低的特点。
6.4电弧喷涂过程的计算机仿真技术
利用流体力学数值模拟（CFD）实现电弧喷涂过程的计算机仿真，从理论上解决喷涂机理的气相和粒子相的动力学及热物理特性问题，优化喷枪结构，大功率、二次雾化是电弧喷枪的未来发展方向。
6.5纳米涂层
近年来，纳米材料的出現使得纳米涂层的制备成为可能，将预先制备的纳米粉末喷涂沉积在基材表面形成纳米涂层。该种复合涂层可以具有耐高温、抗氧化、抗腐蚀、高硬度、高耐磨性和自润滑性，并可具有广泛化的光学性能、优异的电磁等性能，具有十分广泛的潜在功能。目前国内外用热喷涂制备纳米涂层的研究还处于实验阶段，且局限于粉末制备，尚未达到用粉芯丝材获得纳米涂层的高度。从已有的研究结果来看，用热喷涂技术制备的纳米结构涂层性能优异，具有良好的应用前景，但从经济效益考虑，如何降低制作涂层的成本还有待研究。
6.6粉末复合电弧喷涂技术
通过电弧熔化线材，同时加入合金或陶瓷粉末，高速喷到金属表面，获得高耐磨性，高耐蚀性的复合喷涂层。这种方法可用于碳钢、合金钢、铸铁等材料制成的零件或构件，实现表面强化和表面防护的目的。也可用于一些磨损件或腐蚀件的表面修复。为了将金属和陶瓷优越性综合于一体，金属陶瓷、金属颗粒弥散强化陶瓷、金属基复合材料等先后发展起来。近期推出的JCW-T电弧喷涂粉芯丝材，采用低碳钢带包敷TiB2-A1203复合陶瓷，喷涂涂层硬度达57.5HRB，可用于提高锅炉管壁及风机叶片等的高温耐磨性。
结语
采用高速电弧喷涂工艺修复油缸活塞杆，经实践证明，能修复大磨损量活塞杆，修复精度高，喷涂层与基体的结合强度高，生产效率高，能源利用率高，费用低，安全性好。对企业来说可取得很好的经济效益，同时有利于节约能源，节约材料，降低污染，在保护环境和资源以确保可持续发展方面可发挥重要的作用，值得推广。
参考文献
[1]马世宁.现代设备维修技术（第1版）[M].中国计划出版社，2006，6.
[2]杨金晓，李晓玲.磨削裂纹产生机理与防止措施[J].机床与金属加工设备，2004（12）.
[3]王明勇.磨削裂纹产生机理和预防措施[J].机械制造与自动化，2003（4）.