通過涂魔師非接觸測厚技術實時高效監(jiān)控熱噴涂工藝質(zhì)量

摘要：涂魔師非接觸測厚技術是能快速且無損測量熱噴涂涂層厚度的國外新型技術，實現(xiàn)在涂裝前期實時有效控制及早發(fā)現(xiàn)工藝偏差并進行參數(shù)調(diào)整，穩(wěn)定產(chǎn)品質(zhì)量。

       涂魔師非接觸式測厚技術能夠快速且無損測量熱噴涂涂層厚度的國外新型技術，實現(xiàn)在涂裝前期實時有效控制及早發(fā)現(xiàn)工藝偏差并進行參數(shù)調(diào)整，穩(wěn)定產(chǎn)品質(zhì)量。

       當把氣缸發(fā)動機曲軸箱內(nèi)的8個傳統(tǒng)灰鑄鐵鑲件換成熱熔噴涂鐵基涂層后，對氣缸孔區(qū)域內(nèi)鋁鑄件的孔隙率和力學性能要求非常高。

       實際生產(chǎn)過程主要包括四個步驟：精密鏜孔（精鏜），粗化，涂層和后處理。在上述的各步驟之間，為了確保質(zhì)量進行測試。要根據(jù)零件數(shù)量、應用程序和關鍵質(zhì)量參數(shù)進行100%的測試。精鏜的目的是在最終加工后根據(jù)所需的涂層厚度將孔對準曲軸軸線以及擴大孔隙。此時需確定形狀和位置公差，并且還產(chǎn)生圓柱度。關于涂層厚度，后續(xù)只可以校正非常有限的位置公差，其厚度為幾百微米。 因此，在粗化和涂層過程之前需要將孔設定在適當位置。

圖 1  把氣缸發(fā)動機曲軸箱內(nèi)的8個傳統(tǒng)灰鑄鐵鑲件換成熱熔噴涂鐵基涂層后，對氣缸孔區(qū)域內(nèi)鋁鑄件的孔隙率和力學性能要求非常高。

        粗化圓柱表面的目的是產(chǎn)生合格的涂層附著力。該步驟可通過噴砂剛玉，高壓或脈沖低壓流體噴射或通過純機械加工來完成。 用于使待涂層表面粗化能在單獨的設備中進行剛玉噴砂和流體噴射工藝。

       通?？梢栽谙嗤瑠A緊中精鏜后進行曲軸箱的機械粗化。因此，可在沒有偏移的情況下引入粗化輪廓。接著使用光學圖像識別技術來檢測表面缺陷并對其再加工進行分類。在剛玉噴砂的情況下，這種表面缺陷可以嵌入剛玉顆粒中; 在流體射流的情況下，主要是剝離相和擴張的孔。

圖 2 > 為了測量涂層厚度，把測量光學元件插入到氣缸孔中(上孔開口)，因此，可以在圓周和缸內(nèi)深度的任何位置可靠測量出涂層厚度。

      當機械粗化時，將凹槽輪廓切入鋁材中。這個輪廓的形狀，凹槽和金屬光澤的表面令它不適合使用相機系統(tǒng)進行檢測。

如何有效提高發(fā)動機的使用壽命

       熱噴涂的工藝特點在于涂層材料通過熱源（例如等離子火焰）熔化，并通過氣流旋轉(zhuǎn)噴涂到部件上。液體顆粒在與表面接觸時突然凝固并出現(xiàn)分層，從而進行噴涂涂層。通過基于粉末的大氣熱噴涂，幾乎可以對所有材料進行加工。該涂層的光譜范圍從熱塑性塑料、金屬和碳化物，到陶瓷層。鐵基涂料具有所需的摩擦學性能，可作為線材或粉末使用。 線電弧噴涂，等離子體轉(zhuǎn)移電?。≒TWA）和旋轉(zhuǎn)單線（RSW）是電線涂層工藝的實際案例。

       基于粉末的大氣等離子噴涂涂層除了金屬以外，還提供了陶瓷材料噴涂的選擇。低合金碳鋼主要用于燃氣和柴油發(fā)動機運行表面的涂層。該涂層是不均勻的，不僅由熔融和凝固的顆粒組成。在涂層內(nèi)部，氧化物和碳化物以及孔洞堆積，使其頻率在1%到4%之間，這取決于工藝參數(shù)和工藝的選擇。這些孔在珩磨后用作潤滑劑儲存器并將潤滑劑固定到指定位置。故此，使活塞環(huán)/活塞與氣缸壁之間的摩擦力降到最低，從而減少了油耗，提高了發(fā)動機的使用壽命。

涂魔師無損測厚技術真正實現(xiàn)一秒測厚

       仍未加工的熱噴涂涂層厚度要符合較小的容差范圍。任何偏離指定容差的情況都可能導致后續(xù)加工工藝中珩磨工具的再次加工和直接銷毀。

       在工藝前期無損測量涂層厚度，可以省去生產(chǎn)線上任何后續(xù)處理步驟，例如涂層厚度過低。對于粗糙的噴涂表面，傳統(tǒng)涂層厚度測量儀器具有低重復性和精度，因此不適合進行質(zhì)量監(jiān)管。通過顯微鏡測厚方法進行抽樣檢查是非常耗時的，并且無法對涂層進行無縫且無損測厚。相反，來自瑞士的涂魔師非接觸式精準測厚技術能快速精準測量熱噴涂涂層厚度。結果顯示，即使在高粗糙度情況下，也能實現(xiàn)1%~2％的高重復精度，測量時間甚至能在一秒內(nèi)。因此，在批量生產(chǎn)中也可以測試每個孔的多個測量點。

      涂魔師無損測厚技術基于光熱法測量原理。涂魔師的測試光源將待測涂層表面短暫加熱，溫度上升約幾攝氏度。它是根據(jù)涂層與基材儲熱系數(shù)的差異準確定量測出熱噴涂層的膜厚。

圖 3 >相對的點（a，b）處從底部到頂部測量油缸工作表面內(nèi)的涂層厚度。測量點1-15為曲軸箱1，測量點16-30為曲軸箱2

涂魔師非接觸式測厚技術的產(chǎn)品優(yōu)勢

       1）涂魔師所使用的測試光源類似照相機的閃光燈，不會對人體或環(huán)境造成任何危害。

       2）每個測量過程分析超過100,000個溫度讀數(shù)，然后精準定量得出干膜涂層厚度。

       3）涂魔師可以在距離最遠1米進行隔空測厚；

       4）單次測量的誤差通常低于1％。涂層厚度可以高達2 Hz的頻率進行記錄。

       5）通過涂魔師的光學測量探頭（圖2），自動測量整個氣缸工作表面分布的各測量點，自動記錄測量厚度。 Oerlikon Metco（歐瑞美康）公司的SumeBore運行表面涂層技術負責人Peter Ernst博士說道。“涂魔師測厚技術能直接在工藝過程中以非破壞性方式對熱噴涂涂層進行精確且快速的涂層厚度測量。可以快速檢測和糾正影響涂層厚度的工藝偏差”。

表面粗糙度的降低

      在最終的珩磨工藝中，需去除噴涂表面上的粗糙結構，因此表面的粗糙度需降低到5微米范圍內(nèi)的平均粗糙度。在圓柱表面的限定位置處的最終涂層厚度測量允許檢查珩磨涂層和精鏜孔的同心度。由于珩磨表面的反射率較高，使用該測量儀器時，涂層厚度測量的標準偏差增加2％至4％。在使用剛性軸進行珩磨時通過調(diào)整珩磨工具，可以輕松校正確定不對稱性（圖3）。