热喷涂技术在轴承防腐蚀中的应用
王黎峰，王卫东
全 面 腐 蚀 控 制
摘 要：本文介绍了热喷涂技术在轴承防腐蚀中的应用，详细论述了其技术要求、工艺过程和检测方法，解决了轴承在腐蚀、高温、氧化环境中工作的难题，从而延长了轴承的使用寿命。
关键词：热喷涂 轴承 防腐蚀
0 引言
随着现代科学技术的发展与提高，对材料和设备以及机械零部件的使用性能和要求也越来越高。轴承工作的环境日趋多元化，越来越多特殊要求的轴承应运而生。很多行业要求轴承暴露在大气的环境中工作，如风力发电机组、港口机械、石油钻机、雷达等专用轴承。因此，就需要轴承具有耐腐蚀、耐高温、抗氧化等多种功能，以延长轴承的使用寿命。以往轴承为了防止腐蚀，往往采用磷化、电镀、发蓝、刷漆等工艺，其工艺复杂且防腐蚀性能差。而采用热喷涂方法可以有效满足上述要求。
热喷涂是以某种形式的热源将喷涂材料加热，受热的材料形成熔融或半熔融状态的微粒，这些微粒以一定的速度冲击并沉积在基体表面上，形成具有一定特性的喷涂层。热喷涂涂层将大大增加工件的工作性能及使用寿命，给现有的工件以增值的效益。世界上的热喷涂技术已有100年的历史, 中国的热喷涂也有近50年的历史。特别是近20年来，中国的热喷涂技术有了较大的进步和发展，但用于轴承产品还是一种新的尝试。本文以风力发电机组用偏航轴承为例，介绍热喷涂技术在轴承上的应用。
1 防腐涂层的技术要求
风力发电机组用偏航轴承是一种特大型转盘轴承，它安装在风机的偏航舱座底部，是风机中的关键部件。由于其长期工作于野外50～60米的高空，工况条件十分恶劣，暴露在塔体外部的轴承表面极易受到风沙、雨水、酸雾等的侵蚀，影响轴承的使用性能和寿命，因此需要在其表面上喷涂一层防腐涂层。其防腐涂层的主要技术要求为：
(1) 涂层厚度不低于0.2mm。
(2) 防腐层寿命要求不低于20年。
(3) 涂层材料与防腐基体表面应粘结牢固。
(4) 涂层表面必须均匀，不允许有起皮、鼓泡、大熔滴、裂纹、掉块及其它影响涂层使用的缺陷。
2 轴承表面防腐蚀处理的工艺过程
轴承表面防腐处理主要工艺为：轴承表面清洗除油→基体表面喷砂处理→热喷涂施工→涂层后处理→涂层封闭处理。
2.1 轴承表面清洗除油
热喷涂前，轴承表面应该是干燥的，无灰尘、油脂、污垢、锈斑及其他包括可溶性盐类在内的污染。由于轴承在机械加工中会有加工用油浸润在基体中，而油脂的存在会严重影响喷涂质量，因此，需采用溶剂油对基体进行清洗，对于难以清洗的重油污，则采用松香进行热清洗，直到用餐巾纸进行粘试检查无油污为止。
2.2 基体表面的喷砂处理
用空气压缩机将适当的磨料连续喷射到工件表面以充分除锈、清理和粗化，直至呈现出金属本色的外观和均匀的轮廓形貌，达到完全清洁和粗糙，即表面清洁度和粗糙度等级达到Sa 3级。喷砂用磨料选用粒度为0.5~1.5mm的冷硬低磷铸铁砂或刚玉砂。压缩空气压力为：0.63~0.77MPa。
喷砂处理后应尽快喷涂，其间隔时间越短越好，最好在4小时内施工，潮湿或盐雾气氛下不可超过2小时。喷砂后，由于停留时间过长或其它原因，致使基体表面质量下降，严重影响喷涂质量时，应重新做喷砂处理。
2.3 热喷涂施工
喷涂施工必须在如下条件下实施：环境温度高于5℃或基体金属的温度至少比大气露点高3℃，在雨天、潮湿或含盐雾的气氛中，喷涂操作必须在室内或工棚中进行。若喷涂时发现涂层外观有明显的缺陷应立即停止喷涂，对于缺陷部位必须重新进行喷砂处理。喷涂设备采用高速氧—燃气喷枪或丝材电弧喷枪，金属丝采用纯锌或纯铝，其中锌应符合GB/T 470-1997中的Zn99.99的质量要求，Zn≥99.99%；铝应符合GB/T 3190-1996中的1060的质量要求，Al≥99.6%。金属丝的直径一般为φ1.0~3.0mm之间，喷涂之前应对金属丝进行处理，除去表面的油污及污物。涂层厚度应不低于0.2mm。
(1) 采用高速氧—燃气喷枪火焰喷涂时，其气体压力为 ：氧气0.3~0.6 MPa，燃气（乙炔）0.05~0.1MPa，压缩空气0.5~0.6 MPa。
(2) 采用丝材电弧喷枪喷涂时，其工作电压为22~44V，压缩空气压力为0.5~0.7 MPa。
2.4 涂层的后处理
对金属涂层进行后处理，除去表面附着的颗粒，可采用手动砂轮机或砂布进行处理，并用压缩空气吹干净。
2.5 涂层封闭处理
由于热喷涂中涂层颗粒堆积、重叠过程中，颗粒之间必然存在一定程度的孔隙和气孔，同时涂层组织中可能含有少量的氧化物夹杂，喷涂后需对金属涂层进行封孔处理，其目的是尽可能地将涂层孔隙堵住，并填平其凹坑，以延长涂层的使用寿命。
最早的封闭处理采用的材料是具有一定浓度的无机盐溶液，如碳酸盐、铬酸盐或锶盐水溶液，喷洒或刷涂于涂层表面，自然干燥后封闭涂层的孔隙。由于该溶液中含有大量的水分，容易渗入基体表面，形成锈蚀；即使经过充分干燥，由于外界雨水的冲刷，该无机盐封闭涂层很容易受到破坏。经过反复试验、论证，最终采用有机涂料对涂层进行封闭处理，即先喷（或刷）一遍环氧富锌底漆，再喷（或刷）一遍（或两遍）氯化橡胶漆或一遍聚氨酯面漆。该有机漆的组合具有良好的防腐蚀作用及良好的抗紫外线功能，可以使涂层在大气暴露中防护20年以上。对于某些安装配合面和需要导电的表面，可以不进行封闭处理。
由于该轴承的表面防腐蚀处理为局部防腐，喷涂（包括喷砂处理、热喷涂处理和封闭处理）时需用挡板或堵塞对非喷涂表面进行防护，尤其是滚道、齿面、安装孔、密封圈等部位应该覆盖保护好，如图1所示。其中，D、E、F、C、H、I面为防腐表面。由于H、D 面为连接配合面，不需要作封闭处理；I 面由于要传导雷电，也不需要作封闭处理。
喷涂工序一般安排在轴承装配前进行，即不装入钢球、保持架和密封圈。喷涂时，内、外圈可以分别进行，也可将内、外圈套在一起（内、外圈相对位置如图1 所示）。
3 涂层的检测
涂层的检测包括厚度测量、外观检测、涂层与基体的结合强度检测、耐蚀性能检测、孔隙率的检测等。可采用同等喷涂条件下的试样进行检测。
3.1 厚度测量
热喷涂层的厚度由其最小局部厚度确定，使用磁性测厚仪，采用磁性法测量，可以得到有效、准确的检测结果。涂层厚度应不小于0.2mm。
3.2 外观检测
涂层的外观检查主要用肉眼，也可借助25倍的放大镜进行检查。涂层外观应均匀一致，无气孔或底材裸露的斑点，没有未附着或附着不牢固的金属熔融颗粒和影响涂层使用寿命及应用的一切缺陷。
3.3 涂层与基体的结合性能检测
用切割工具将涂层切断至基体，按照 G B / T9793-1997附录A中的栅格试验或拉伸试验方法，如果没有出现涂层从基体上剥离或金属涂层层间分离，则认为结合强度试验合格。
3.4 耐蚀性能检测
涂层的耐腐蚀性能可用中性盐雾试验法或盐水浸渍试验法实施。72小时后，涂层不允许有鼓泡、红锈和剥落现象。
3.5 孔隙率的检查
用浸有10g/L铁氰化钾或20g/L氯化钠溶液的试纸覆盖在喷涂层上约5～10分钟，试纸上出现的兰色斑点不应多于1～3点/cm2为合格。
4 结语
轴承的表面防腐技术，是在轴承的基体表面上采用热喷涂金属并辅以涂料保护的方法进行的。主要用于工作在暴露环境中的轴承，如风力发电机组轴承、港口机械轴承、海上石油钻机轴承、雷达轴承等。由于轴承的表面防腐为局部防腐，喷涂时需用专用的挡板进行防护，尤其是滚道、齿面、安装孔、密封圈等部位应覆盖保护好。经过以上防腐蚀处理过的轴承具有良好的防腐蚀作用及良好的抗紫外线功能，可以使涂层在大气暴露中防护20年以上。该表面防腐蚀处理工艺的运用为轴承的工作环境开辟了新的空间，极大地提高了轴承的使用寿命。
图略
参考文献略
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