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一、 概述
由于熱噴涂涂層與基體的結合主要以物理及機械鑲嵌結合為主，涂層與基體的結合質量與基體表面的清潔程度和粗糙度直接相關，因此，表面預處理就成了整個熱噴涂作業(yè)中非常重要的一個環(huán)節(jié)。嚴格遵守表面制備中所采取的工藝規(guī)程，是確保熱噴涂涂層獲得成功應用的前提。為了獲得良好的涂層質量，必須采用正確的表面制備方法。進行表面制備時需要考慮的重要因素有兩個，其中，第一個因素是基體材料；第二個因素就是噴涂材料。
對于承受高應力的機器零件，噴涂前必須采用無損探傷方法進行仔細檢查，以確保基體金屬內沒有缺陷存在。如果零件中存在結構缺陷，那么，在制備的涂層中也會產生類似缺陷，從而嚴重影響涂層質量。特別是，當工作介質中的氣體、液體等滲入缺陷中時，如果在噴涂前不將缺陷消除，在噴涂過程中，由于燃流及噴涂粒子對基體的加熱作用，會引起滲入的液體向涂層表面擴散，從而污染涂層表面，影響涂層與基體以及涂層內部變形粒子之間的結合，導致涂層質量下降，有時，甚至會導致形不成涂層。也就是說，不能奢望采用熱噴涂來修復基體中存在的裂紋，也不可能通過熱噴涂涂層來提高基體的強度。
在生產實際中，應根據實際零件的表面狀態(tài)來選用合適的表面預處理工藝，在保證涂層質量的前提條件下，盡可能采用簡化的表面預處理工藝，以降低涂層成本。
二、表面凈化
表面凈化是實施熱噴涂前基體表面制備的第一步，主要用于除去所有噴涂表面的污垢，包括氧化皮、油漬、油脂和油漆等，噴涂過程的熱不能除去這些污垢，這些污垢會嚴重影響涂層與基體的粘結。將這些污垢去除之后，清潔表面要一直保持，所有的噴涂表面都應小心保護，當待噴零件搬運時，要使用清潔工具，以免沾染灰塵和手印，從而導致表面發(fā)生二次污染。
1．表面除油
應用機械和化學的方法除去待噴涂工件表面的油漬。
（1）蒸汽除油。通常采用蒸汽法清除零件表面的有機污垢，這是一種經濟而有效的方法。工件應烘烤15~30分鐘，以除去縫隙中以及表面孔隙中的油污。砂型鑄件或灰口鑄鐵之類的多孔材料，烘烤時間應更長一些。在蒸汽除油或清洗過程中，如果處理的物件太大，可將物件浸泡于熱洗滌劑或無油溶劑中由專人進行清洗。工件表面的殘余物要用機械方法除凈。
從安全性及清洗的溫度方面來考慮，通常采用的是全氯乙烯:三氯乙烯:三氯乙烷為1:1:1的除油劑。很多的烴類溶劑是危險品，有關其用途、使用場所及處理方法等都應嚴格遵照廠家的使用說明來進行。
生產廠家應考慮溶劑的再循環(huán)使用問題。氯化物溶劑會留有輕微的殘渣，這可通過浸沒洗滌法或用異丙醇及丁酯檫拭掉。
因氯氣對鈦及鈦合金材料有誘發(fā)裂紋作用，因此，禁止用氯化物溶劑清洗此類材料。這類零件可選用堿洗、蒸汽吹、酸浸或揮發(fā)性溶劑洗滌等任何一種方法。或者，如有必要，可采用上述任兩種或多種方法進行復合除油。
超聲波清洗對于污垢積聚在狹窄的區(qū)域內的工件，適用于超聲波清洗。該裝置包括盛清洗液的容器及在容器內的超聲波振蕩發(fā)生器，根據所遇到的具體問題選定清洗液。由于操作中產生熱量，對于長時間作業(yè)，不推薦使用易燃或易揮發(fā)的溶劑。
（2）有機溶劑除油。有機溶劑除油是利用有機溶劑對兩類油脂的物理溶解作用除油。常用的有機溶劑包括：煤油、汽油、苯類、酮類、某些氯化烷烴、烯烴等。有機溶劑除油速度比較快，對金屬無腐蝕（特例除外），但多數情況下除油不徹底，當附著在零件上的有機溶劑揮發(fā)后，其中溶解的油仍將殘留在零件上。所以，進行有機溶劑除油后，必須再采用化學除油或電化學除油，進行補充除油處理，才能徹底除凈殘留在工件上的少量油脂。
有機溶劑除油的另一特點，是有機溶劑易燃或有毒，使用時要加強防護。
有機溶劑除油比堿性溶液化學除油貴。但若除油設備好，能對有機溶劑進行反復蒸餾，使其再生并循環(huán)使用，則可克服成本高的缺點。如某廠油污嚴重的輪軸，用破性化學除油需40-260 min，但采用三氯乙烯除油只需3-5 min，就能滿足要求。
在配方中加人少量乳化劑如硅酸鈉、皂粉、OP乳化劑、洗滌劑等表面活性劑可以除去礦物油。在堿液及乳化劑共同作用下除油效果更好。由于堿液除油的乳化作用有限，故對鍍層結合力要求高，或需在弱酸或弱堿電解液中進行電鍍時，僅采用堿液除油是不夠的。特別是零件被礦物油嚴重污染時，不僅處理時間長，而且除油不徹底、為此這類零件進行堿液除油后，應采用乳化作用強的電解除油來進一步進行處理，才能獲得滿意的結果。
常用有機溶劑除油方法包括四種，具體如下：
1）浸洗法。此法將零件浸泡在有機溶劑中，并不斷攪拌，油脂被溶解并帶走不溶解的污物。各種有機溶劑都可用作除油劑。
2）噴淋法。將有機溶劑噴淋到零件表面上，使油脂被溶解下來，反復噴淋直到所有油污都除凈為止，除沸點低、易揮發(fā)丙酮、汽油和二氯甲烷外，其他溶劑都可用于噴淋除油。噴淋除油最好在密封容器內進行。
3）蒸氣洗法。將有機溶劑裝在密閉容器底部，工件懸掛在有機溶劑上面，將溶劑加熱，有機溶劑產生的蒸氣在工件表面冷凝成液體，將油脂溶解并連同其它污物一起落回到容器底部，以除去工件表面的油污。
4）聯合法?？刹捎媒醇诱魵庀绰摵铣汀⒒虿捎媒匆粐娏芤徽魵饴摵铣?，效果更好。采用三氯乙烯做溶劑的三槽除油工藝除油效果最好。零件在第一槽中經加溫浸泡，溶解掉大部分油脂；第二槽中用比較干凈的溶劑除去工件上殘留的油脂和污物；最后在第三槽中再進行蒸氣除油。
三氯乙烯蒸氣與冷的零件表面接觸時，將冷凝成液體，并溶解掉零件表面殘留的油脂，然后回流到槽中。如此循環(huán)，可除去零件表面的油脂。由于三氯乙烯比重較大，故不易從槽口演出。除油槽上部應有冷卻裝置，用來冷凝剩余的三氯乙烯蒸氣。
若在第一槽底部加人超聲波，可加速油脂及污物的脫離，特別能將拋光膏迅速除去。若加裝噴淋裝置，則可快速將大顆?；覊m、粉末等沖掉。
在進行除油時，應注意以下事項：首先，要加強通風、防火、防爆；其次，當有機溶劑中油污的混入量達到25％-3O％時，應更換新溶劑，以免污染零件；最后，要注意防毒，因三氯乙烯在紫外線、熱（＞120C）、氧和火作用下，特別是在鋁、鎂的強烈催化下，會分解出有劇毒的光氣和腐蝕性強的氯化氫。因此，采用三氯乙烯除油時，要嚴防將水帶入除油槽內；避免除油槽受日光直射和高溫烘烤；盡快撈出掉到槽中的鋁、鎂工件；安裝良好的抽風裝置等。
（3）電化學除油。將掛在陰極或陽極上的金屬零件浸在堿性電解液中，并通人直流電，使油脂與工件分離的工藝過程稱為電化學除油。電化學除油速度遠遠超過化學除油，而且除油徹底，效果良好。
電化學除油基本原理是，將金同零件作為一個電極，浸沒在堿性電解液中，當通人直流電時，由于極化作用，金屬-溶液界面的界面張力降低，溶液很容易滲透到油膜下的零件表面，并析出大量的氫氣或氧氣。當它們從溶液中浮出時，會產生強烈的攪拌作用，猛烈地撞擊和撕裂油膜，使吸附在零件表面的油膜被碎成細小的油珠，迅速與工件脫離，進人溶液后成為乳濁液，從而達到除油的目的。
根據零件的極性電化學除油可分為陰極除油與陽極除油兩類，工件接陰極叫陰極除油；工件接陽極叫陽極除油。電化學除油是最后的除油工序。
影響電化學除油的因素包括氫氧化鈉的濃度、乳化劑選擇、電流密度、電解液溫度以及除油方法。
氫氧化鈉是強電解質，其水溶液導電能力強，濃度越高，導電能力越強，電流密度大，除油速度快。氫氧化鈉對鋼鐵表面有鈍化作用，可以防止鋼鐵零件在陽極除油時遭受腐蝕。氫氧化鈉對鋁、鋅等金屬有強烈的腐蝕作用，一般不用于這些金屬的除油。
電解除油時，乳化劑的作用已降至次要地位。通常不使用OP－10、烷基硫酸鈉、洗凈劑6501及6502、肥皂等表面活性劑，因為它們的發(fā)泡能力強，若電解液中含上述成分，在工作時，液面會被大量的氫、氧混合氣體的泡沫覆蓋，遇有電極接觸不良產生的火花，就會發(fā)生爆炸。因此電化學除油的電解液中通常只加人磷酸三鈉、硅酸鈉等發(fā)泡能力弱的乳化劑。皂化性油脂在除油過程中生成的肥皂，也有很強的發(fā)泡能力，當液面上泡沫較多時，應先切斷電源，然后再放進或取出零件，以免發(fā)生爆炸。
提高電流密度，可以提高除油速度和改善深孔內的除油質量。但電流密度過高時，會形成大量的堿霧，污染車間里的空氣；還可能腐蝕零件。不僅在陽極除油時會產生腐蝕作用，鋁及其合金零件在陰極除油電流密度過大時，也會因陰極區(qū)溶液的 pH值升高，遭到腐蝕；而鋼質零件則因滲氫作用增大會變脆。合適的電流密度要保證能析出足夠的氣泡，才能提高除油效果，一般采用 5-10 A／dm2。
提高溫度可降低電解液的電阻，增加電流密度，促進皂化和乳化作用，加快除油速度，提高除油效率，節(jié)約電能。但溫度過高，不僅消耗了大量熱能、污染車間空氣、惡化勞動條件，還有可能腐蝕鋁和鋅等零件。合適的溫度是70-90℃。電化學除油主要是靠電解作用除油，電解液的溫度可稍低于化學除油。
當金屬零件接陽極時，其表面進行的是氧化過程，并析出氧氣。反應過程如下：
4OH-－4e＝02↑＋ 4H2O
因此，采用陽極除油時，零件沒有氫脆的危險，能除去零件表面的浸蝕殘渣和某些金屬的薄膜，如錫、鋅、鉛、鉻等。但陽極除油速度比陰極除油低，且鋁、鋅、錫、鉛、銅及其合金會受到腐蝕。當溶液堿度低、溫度低和電流密度高時，特別是電解液中含有氯離子時，鋼鐵零件也可能遭受斑點腐蝕。
當金屬零件接陰極時，其表面進行的是還原過程，并析出氫氣。反應過程如下：
4H2O＋4e＝2H2↑＋4OH-
陰極上析出的氫是陽極上析出氧的2倍。因此，陰極除油速度快，一般不腐蝕零件。但是，陰極上析出的氫容易滲到鋼鐵零件中，并引起氫脆（特別是高強鋼或彈簧鋼，受氫脆影響極易損壞）。經陰極除油的零件，因滲氫的影響，電鍍時鍍層容易起泡；若電解液中含有少量鋅、錫、鉛等雜質時，會在零件表面產生海棉狀析出物，也將影響后續(xù)的電鍍質量。為了克服以上兩種方法的缺點，最好采用聯合電化學除油法。
（4）超聲除油。超聲波是頻率在16kHZ以上的高頻聲波，向除油液中發(fā)射超聲波可以加速除油過程，這種工藝方法叫超聲除油。將超聲波用于化學除油、電化學除油、有機溶劑除油及酸洗等，都能大大地提高效率。對形狀復雜、有細孔、盲孔和除油要求高的制品，除油更有效。
超聲除油的基本原理是，當向液體中發(fā)射超聲波時，將使液體產生超聲振蕩，液體內部某一瞬間壓力突然減小，接著的瞬間壓力突然增大，如此不斷反復。在壓力突然減小時，溶液內會產生很多真空的、很小的空穴，溶解在溶液中的氣體會被吸人空穴中，形成氣泡，小氣泡形成后的瞬間，由于壓力增大，氣泡被壓破，并產生沖擊波，這種沖擊波能使油污脫離工件表面。氣泡破裂瞬間，還會產生瞬間高溫高壓，將加速液體內的攪拌和 流。超聲波就是利用沖擊波對油膜的破壞作用及空洞現象、高溫高壓引起的激烈的攪拌作用強化了溶解、皂化和乳化作用，加速了除油過程。此外，超聲波在溶液內的反射產生的聲壓，也會促進攪拌作用。
超聲除油通常是和有機溶劑除油、化學除油、電化學除油、低溫除油等方法聯合使用的，除遵守相應的除油方法的工藝參數外，獨立的工藝參數有兩個，一是超聲波發(fā)生器的功率，超聲發(fā)生器的功率越大，除油效果越好。有資料介紹，當超聲波場強度達到0.3 w／cm2以上時，在1s內，溶液間將發(fā)生數萬次強烈碰撞，碰撞力為 5-200 kPa，產生非常大的能量，形成極高的液體加速度，使油污迅速除去；二是超聲波加人方式，可以將超聲換能器直接裝在清洗槽上，也可以把換能器放在清洗槽內。采用前者要求超聲功率大，后者功率相對較小，但要通過試驗，將換能器放在清洗槽內最有效的部位。
采用超聲除油時，要合理選擇超聲波場參數、頻率和振幅等參數，參數選擇合理，可抑制陰極電化學除油的滲氫作用，防止氫脆。一般形狀較復雜的小制品可用高頻低振幅的超聲波；表面較大的制品則可選用頻率較低的超聲波（15-30 kHz）。
超聲波是直線傳播的，與超聲傳播方向垂直的表面除油效果最好，為提高工件凹陷部位及背面的除油效果，最好不斷旋轉或翻動零件。
（5）擦拭除油。用毛刷或抹布在上石灰漿、氧化鎂、去污物、洗衣粉或金屬除油劑在零件表面擦拭叫擦拭除油。擦拭除油不需要除油設備，操作靈活性大，不需要外加能源，成本低，可對任何零件進行除油。其缺點是手工操作，效率低，勞動條件差，故目前主要用于體積大，批量小，形狀復雜，用其它方法很難處理的零件除油。
2．浸蝕
酸浸或稀酸浸蝕，是一種比較強烈的表面凈化過程，主要用于除去零件表面的油污、銹蝕產物和氧化膜等。常用浸蝕液大多是各類酸的混合物，包括硫酸、鹽酸、硝酸、磷酸、鉻酐和氫氟酸。而對于鋁、鋅等兩性金屬，則需采用堿性浸蝕劑。其中，氫氟酸有劇毒，且揮發(fā)性強，使用時應嚴防氫氟酸液和氟化氫氣體接觸人體，浸蝕槽最好能密封并有良好的通風裝置，含氟廢水不能順意排放。注意：多數浸蝕液，不僅能溶解金屬氧化物，而且還能溶解金屬并析出氫，會導致基體過腐蝕并引起氫脆。為了抑制基體腐蝕，并減少氫脆，常常在浸蝕液中加入緩蝕劑。常用的緩蝕劑有：硫化動物蛋白、皂莢浸出液、二磷甲苯硫脲、硫脲、尿素、六次甲基四胺和氯化亞錫等。此外，酸液中的某些雜質，如硫化物、膠體硫、磷等，雖然它們的含量只有萬分之幾或千分之幾，但也會加速氫的擴散過程，所以，浸蝕時應防止有害雜質進入浸蝕溶液中。
浸蝕過程應該是工件加工的最后一步，以減少酸所招致的危害或伴隨出現的金屬晶間腐蝕。酸浸時要求將零件全部浸泡在酸液中。視工件表面污垢的頑固情況及對表面清除的要求，來決定浸泡的時間長短。酸浸之后，用熱水沖洗、堿水浸泡，最后再用熱水或蒸汽徹底清洗或吹洗。
被酸污染的表面，可浸泡在小蘇打溶液或熱堿溶液中進行中和清洗。相反，被堿污染的表面，可用1%的鹽酸溶液，或10%的醋酸溶液進行中和清洗，然后再用清潔的水沖洗，并用壓縮空氣吹干。
3．擦刷
當只需進行局部清洗時，可采用手工金屬絲刷或電動金屬絲刷來完成，主要借助金屬絲刷的劃痕作用來達到清潔表面的效果。當需要清除零件表面的氧化皮、銹蝕物、油漆層、焊渣、焊接飛濺物等污染物時，需要的切削力較大，常選用剛性大的鋼絲刷，并進行干式擦刷；當需要清除零件表面的浮灰時，所需切削力較小，可選用剛性小的黃銅絲、豬棕或纖維絲刷，可干刷，也可濕刷。濕刷時，若只需去除浮灰，可用自來水作為介質；如要除油，則應采用能去除油的清潔劑。
4．烘烤
許多機器零件往往是用多孔材料制造的，例如砂型鑄件，這類零件往往容易吸附大量的油脂并滲入組織內部，采用清洗法不易清理干凈，噴涂之前應將這些油脂去除。特別是，經過熒光滲透檢查的焊接組件，尤其要經過烘烤處理。對于修復件來講，多數工況條件下都采用油潤滑，其疲勞裂紋中都會有油滲入，進行噴涂修復時，其表面凈化處理尤為重要。如疲勞裂紋或磨損產生的犁溝較多、較深，應考慮采用機械加工的辦法將裂紋部分切除；如沒有肉眼明顯可見的裂紋，常采用爐內加熱或火焰烘烤法進行處理。一般來講，在315℃的爐中烘烤4小時，即可達到除油效果。一次烘烤溫度不易過高，如油污嚴重，可分多次烘烤。
強化和修復鑄鐵零件表面時，由于鑄鐵組織中含碳量高且以游離態(tài)的石墨形式存在，游離態(tài)的石墨會吸附在工件表面，如不將其全部清除，將嚴重影響粘結底層與基體的結合，可能引起局部翹起或脫落。因此，對于鑄鐵零件的噴涂，應特別注意其表面粗化和預加工后的二次凈化處理。
三、表面機械加工
表面機械加工是另外一種表面預處理方法，通常是由車削或磨削來完成，其中，采用車削加工可使涂層與基體之間的結合面積增加30%左右，并且能提高涂層的抗剪切能力。表面經過車削或磨削后，還必須采用噴砂粗化或其它粗化方法進行表面處理，以進一步提高涂層與基體之間的結合強度。在熱噴涂技術中，經常采用的表面機械加工方法有下切、開槽和平面布釘或切縫三種。
1．下切
下切是用車削或磨削的加工方法，將零件表面適當去除，一方面可以去除表面疲勞層，同時也為實施熱噴涂涂層提供了空間的一種操作方法。在機械零件需要修復時，通常采用下切法。
為了使精加工涂層獲得均勻的厚度，或者為了去除加工硬化的表層、化學污染、氧化物及先前遺留的熱噴涂層的工件表面，往往也采用下切。由于下切會減少工件的橫截面積，因而會影響到工件的抗拉強度和抗疲勞強度。
在圓柱體工件的每個下切切面端部，都必須在肩部切成方的或小鈍角（15o），不推薦采用銳角楔形。每個下切角的半徑應為0.38-0.50毫米，下切面不應延伸到軸的端部，而應留出一定的距離。
在下切截面的盡頭，任何可能的地方都要留肩。
對于涂層經受來自端部壓力的圓柱面（如泵柱塞），在其受壓端的外圓周圍，推薦采用堆焊層。將這道焊層機加工成3.2毫米的最小的肩，肩的直徑應比軸的最后精加工尺寸大一些。在承壓工作中，這道堆焊層比熱噴涂涂層要好。
值得注意的是，焊接會影響基體金屬的性能，在修復與維護中務必對此引起重視。
2．開槽
開槽是一種在基體上切出保持一定間距的一條條溝槽。開槽（或車螺紋）主要為了達到以下目的：
（1）減少收縮應力；
（2）增大涂層與基體的接觸面積；
（3) 使涂層生成起伏疊層，以限制內應力。
當涂層遭受冷熱循環(huán)時，在冷卻過程中，因涂層與基體之間存在熱物性的差異，會在界面上及涂層內部產生，該應力在涂層內不斷累積，會導致涂層與基體發(fā)生剝離。這種應力隨著涂層厚度的增加而增大，對于硬質金屬或陶瓷涂層來講，這種現象更為嚴重。由于開槽能使應力分散成很多小的分量，從而有效的減少內應力，對提高結合強度有利。
由于熱噴涂涂層是由很多碰撞后的變形粒子組成的，很像一層有直線紋理的木料，與涂層垂直方向的強度要比其平行方向的強度低。由于變形粒子會隨著大的凹槽上下起伏，從而改善了涂層的結合強度，減弱了涂層產生分裂的傾向。
在存在下列情況之一時，應考慮實施開槽處理：
1)厚度超過1.27毫米的所有涂層，任何部位有一條棱邊的地方。
2)涂層的收縮性很高，而其厚度又超過0.76毫米，任何部位有一條棱邊的地方。
3)沒有棱邊的涂層，例如，工作條件苛刻，或由于涂層厚、材料收縮大，因而在圓柱體表面上進行連續(xù)噴涂時存在開裂危險的涂層。
3．平面布釘或切縫
在平面上噴涂的硬金屬涂層會出現特殊的問題。如果基體屬于較硬的金屬，噴砂所能剝蝕的深度將會減小，導致涂層的結合強度下降。另外，硬金屬涂層通常較厚，不像鋁或鋅等一些軟金屬涂層那樣薄，因此，在冷卻過程中涂層產生的總收縮量會大得多。此時，通常要對平面進行布釘處理。布釘過程包括鉆孔與攻絲，孔距約為25毫米，孔內插入沒有鍍層的平頭螺釘，其材質應與基體成分相符。螺釘直徑為3?6毫米，固定之后，對表面和螺釘都要進行噴砂處理。
四、 遮蔽處理
為了避免表面粗化過程中對非粗化表面的影響，以及在噴涂過程中保護非噴涂表面，便于噴涂后對非噴涂表面進行清理，特別是對各種自粘結粉末來講，在非粗化表面上也能形成涂層且不容易清理掉，因此，在噴砂粗化和噴涂前均需進行遮蔽處理。根據遮蔽保護的目的不同可將其分為粗化遮蔽保護和噴涂遮蔽保護兩種。
只有硅樹脂和特氟隆（聚四氟乙烯）既可作為粗化處理前的遮蔽保護也可作為噴涂前的遮蔽保護。但是，在熱噴涂過程中，要特別注意使零件表面保持在較低溫度，尤其是采用硅樹脂和特氟?。ň鬯姆蚁┻M行遮蔽保護時，更要謹慎控制基體表面溫度，以防遮蔽物產生過熱，甚至燃燒，從而污染涂層。適于粗化前遮蔽保護的材料主要有織物、橡膠和塑料；適于噴涂前遮蔽保護的材料主要是金屬或玻璃絲遮蔽膠帶，如美科遮蔽膠帶(Flame Spray Masking Tape、HP Flame Spray Masking Tape和MachblocTM)和圣戈班遮蔽膠帶（Saint-Gobain Thermal Tapes），這些遮蔽膠帶可以阻擋噴涂粒子在非粗化表面形成涂層，并且在噴涂完成后可以輕易去除。
在噴涂前對非噴涂表面進行遮蔽處理時，還可采用以下方法完成遮蔽保護。
1．采用保護罩,根據零件特點對非噴涂部位預先做好保護罩，在粗化和噴涂前使用；
2．在非噴涂部位捆扎薄銅皮或薄鐵皮；
3．在噴涂表面附近刷涂涂層防粘材料，如美科防粘劑(Metco Anti-Bond、Metco Masking Compound和Metco Super Spray Mask)和天津市機械涂層研究所生產的JPTK-1型石墨抗粘劑，該法對形狀復雜或不規(guī)則表面尤為適用；
4．采用木塞、石墨棒或其它耐熱非金屬材料堵塞噴涂表面的鍵槽、油孔或螺紋孔，堵塞塊要高出基體表面約1.5mm，以利噴涂完畢后進行清除。
五、表面粗化
清洗之后，可采用多種方法對零件表面進行粗化處理，其中最常用的方法有兩種，即噴砂粗化處理和電火花拉毛粗化處理。
正確的粗化處理與清洗過程同樣重要。在熱噴涂過程中，處于熔融或半熔融狀態(tài)的加熱粒子碰撞到基體表面后，經變形形成薄片，當它們冷卻或硬化時，必然粘附到工件表面。經過粗化處理的表面，有助于涂層的機械結合。
1．粗化目的
由于存在下述原因，對待噴涂零件表面進行粗化處理可使涂層與涂層以及涂層與基體之間的結合得到強化。
(1）使表面處于壓應力狀態(tài)；
(2）使變形粒子之間形成相互鑲嵌聯鎖的疊層（或層次）結構；
(3）增大結合面積；
(4）凈化表面。
2.粗化程度表示法
鑒于不同基體材料、不同涂層對噴涂前基體表面的粗糙度要求不同，要想獲得涂層所需要的理想粗化表面，必須認真分析零件工況使用條件，并謹慎選取粗化所用的材料及粗化方法，并能通過某種方法對粗化表面進行測量。
粗化程度表示法一般借用機械設計中常用的表面粗糙度來表示待噴零件表面的粗化程度，其單位為微米（μm）。表面粗糙度主要反映零件表面的凹凸不平程度。
3．噴砂粗化
噴砂粗化是最主要、最常用的粗化工藝方法,非常適合于大面積大批量零件的表面粗化預處理，也是去除烘烤積垢及表面氧化皮或其它氧化物的有效方法。具體過程是，讓含有砂粒的壓縮空氣流，經過一特制噴嘴直接將砂粒噴向基體表面，零件表面由于受到以一定速度和角度飛行砂粒的沖刷作用而使基體表面得到凈化、粗化和活化。完成該工序時，要采用專門的設備進行操作，所用設備要和其它表面制備設備分開，以防噴砂材料受到污染，同時，要嚴格選擇磨料砂粒的類型及其粒度大小。
（1）砂粒選擇。砂粒的選擇必須經過試驗，要考慮的因素包括：
1）基體材料及其硬度；
2）工件噴砂部位的結構和零件壁厚；
3）工件大?。?
4）良好結合所要求的涂層厚度及表面粗糙度；
5）工作環(huán)境要求；
6）生產率要求；
7）砂粒粗細；
8）噴砂壓力；
9）噴嘴尺寸；
10）使用壽命。
（2）砂粒的類型及尺寸。噴砂粗化效果取決于砂粒的類型及尺寸大小。鋒利、堅硬及有棱角的砂?？商峁┳詈玫拇只Ч?，球形或圓形的砂粒的粗化效果較差，不建議使用。所有砂粒都應保持清潔、干燥，不應含油、長石或其它雜物等。
熱噴涂生產中常用的砂粒特性如表所示。
熱噴涂噴砂粗化常用砂粒的特性
噴砂粒力 | 天然的或 | 主要化學 | 形狀 | 松裝密度 | 砂粒損失① | 硬度 |
激冷鋼砂 | 人造 | 鐵 | 多角狀 | 7.65 | 0 | 100 |
激冷鐵砂 | 人造 | 鐵 | 多角狀 | 7.40 | 8 | 97 |
純氧化鋁 | 人造 | 氧化鋁 | 立方 | 3.80 | 24 | 76 |
再生氧化鋁 | 人造 | 氧化鋁 | 立方 | 3.76 | 34 | 66 |
金剛砂 | 天然 | 鐵石英 | 立方 | 4.09 | 46 | 54 |
礦渣 | 人造 | 硅酸鋁鐵 | 立方 | 2.79 | 61 | 39 |
燧石 | 天然 | 石英 | 有很好的角 | 2.61 | 67 | 33 |
石英砂 | 天然 | 石英 | 立方 | 2.61 | 77 | 23 |
石英砂 | 天然 | 石英 | 角狀 | 2.63 | 90 | 10 |
碳化硅 | 人造 | 碳化硅 | 塊狀 | 3.80 | 57 | 43 |
標準砂 | 天然 | 石英 | 角狀 | 2.62 | 84 | 16 |
注：砂粒破壞到標準噴砂試驗中不符合粒度要求砂粒的占有量。
在上表所列砂粒中，最常用的應用類型包括帶棱角的鋼砂、激冷鐵砂、氧化鋁、金剛砂和碳化硅砂粒。
砂粒種類的選擇主要與基體硬度高低有關。帶有尖銳棱角的耐熔金屬氧化物，如氧化鋁，可用于馬氏體類鋼的硬質基體，若用其粗化鎂及其合金、鋁及其合金等軟基體，顆?？赡鼙昏偳对诨w表面，噴砂后需采用純壓縮空氣噴吹處理，以除去任何可能被鑲嵌的砂粒。而對于硬度低于Rc40-45的大多數基體，最好采用激冷鐵砂，它在碰撞時會變鈍但不會破碎。激冷鐵砂通常比氧化鋁更容易給基體造成較大的應力，因此，為避免工件發(fā)生變形，對薄壁件基體進行噴砂粗化時，不建議采用激冷鐵砂。碳化硅砂粒嵌入基體的傾向性更大，同時比氧化鋁更容易發(fā)生破碎。
由于工件表面粗化后的粗糙度大小與噴砂顆粒大小直接相關，因此，砂粒是按不同粒度分布供應的。要求單位時間內處理較大基體表面時，可選用較小顆粒的砂粒。而粒徑較大的砂?？筛杆俚貜幕w表面除掉不需要的物質，并獲得較粗糙的表面。對于各種金屬基體，推薦采用粒度號為1~60號的砂粒，而對于大多數塑料基體，則應選用60-100號砂粒。對于薄涂層，特別是用于薄基體，則應選用粒度較細的砂粒（粒度號為25~120）；對于厚涂層（大于0.25毫米），為了獲得最好的結合強度，則應選用粒度較粗的砂粒（粒度號為18-25），以便產生較粗糙的表面。
（3）噴砂后的表面粗糙度。根據美國國家腐蝕工程師協(xié)會（NACE）技術委員會T-60制定的熱噴涂表面制備標準，在鋼表面進行噴砂粗化處理時，最適宜的等級是NACE No.1。滿足NACE No.1標準的噴砂處理表面，是一種帶有灰白色均質的金屬表面，這種表面已粗化到能“錨住”涂層，同時又無油、無脂、無污染、無軋制鐵鱗、無銹斑、無腐蝕物、無氧化物、無油漆以及其他外來物（可與SSPC-SP5-63白金屬基體噴砂清理相比）。
在滿足熱噴涂技術粗化要求的前提下，各種噴砂粗化設備與粗化速度之間的關系如表所示。
各種噴砂粗化設備與噴砂速度之間的關系
設 備 | 速度（m2/小時） | |
最?、?/span> | 最大 | |
虹吸式 | 0.929 | 1.86 |
注：最小速度是指在嚴重侵蝕條件下對工件表面進行嚴格噴砂的處理速度；最大速度是指對工件大表面只需輕微侵蝕或噴成半亮的條件下的噴砂處理速度。
通常，隨著表面粗糙度的增大，結合強度也提高，但超過Ra10μm之后，提高結合性能的程度要有所降低。
對于大多數噴涂層來說，當表面粗糙度為Ra2.5μm-13μm時，就能夠滿足噴涂要求；在某些特殊情況下，特別是薄金屬件，可采用粗糙度為Ra1.3μm的表面；而對某些噴涂低熔點材料及合金（如鋅）的工件來講，表面粗糙度最小應為Ra6μm。
（4）噴砂程序。除了磨料類型和尺寸之外，其他重要的工藝變量是空氣壓力、噴砂角度、距離和時間，如表所示。
磨料粒度 | 磨粒材質 | 噴砂壓力 | 噴嘴孔徑 | 設備類型 | 基體材質 | 粗糙度Ra（μm） |
24 | 氧化鋁 | 414 | 7.9 | 壓力式 | 鋼 | 13 |
60 | 碳化硅或 | 414 | 7.9 | 虹吸式 | 不銹鋼 | 6 |
80 | 氧化鋁 | 414 | 7.9 | 壓力式 | 塑料 | 6 |
凡是有可能被噴砂造成損傷的或已噴涂層的所有基體表面，都必須遮蔽保護。粘附在基體表面的塵?；蚰チ希趪娡恐耙脡嚎s空氣吹掉。
噴砂用空氣壓力的大小取決與基體材質、要求的表面光潔度、砂粒的流動性、重量及粒度，以及所用噴嘴和噴砂設備的類型，一般為3.4-8.8Kg/cm2。
對于鋁、銅合金、青銅及塑料一類的基體，宜采用低風壓及軟而細的砂粒，以減少砂粒嵌入的可能。高風壓氣體會產生壓應力，導致薄件基體的變形，也容易使砂粒迅速破碎。
對壓力式噴砂設備，應采用下列噴嘴壓力：
1）采用氧化鋁、碳化硅、燧石或爐渣，最小風壓力為345kPa，最大為414kPa。
2）對砂石、金剛砂或激冷鐵砂，最小為517kPa。
這些壓力值不是風機罐的壓力，而是用壓力探頭在噴嘴處測定的壓力。
采用虹吸式（吸入式）噴砂，最大的噴嘴壓力應為：
1）采用氧化鋁、碳化硅、燧石或爐渣，為517kPa。
2）對砂石、金剛砂或激冷鐵砂，為621kPa。
噴砂束流與基體表面應成75-90o的噴射角。噴砂要從一端移動到另一端進行。
噴嘴到基體表面的距離，取決于磨料的粒度及類型、噴嘴孔徑的大小及噴砂機的處理能力，一般在102-304mm的范圍內波動。
為了取得相當于NACE No.1的噴砂表面，要在較強的光線下對噴砂表面的結構及均勻程度進行目視檢查，以整個噴砂表面呈現漫反射狀、無反射亮斑為合格，從而確定所需要的噴砂時間。過長的噴砂時間會導致不希望的表面結構。
（5）噴砂速度及成本。噴砂速度及成本與下列因素有關：噴砂設備的類型、尺寸、負荷能力以及基體材料。各種噴砂裝置的典型參數如表4-9所示。
大孔徑噴嘴噴砂機比小口徑噴嘴噴砂機單位時間的噴涂面積要大。但噴嘴孔徑大小的選擇，要受到所獲得壓縮空氣量的限制。采用一種連續(xù)壓力式噴砂設備和925鐵砂，空氣壓力為7.03Kg/cm2，對不同鋼基體表面進行噴砂粗化，以表面達到半光亮或輕微侵蝕為標準，其噴砂速度與噴嘴孔徑之間的關系如表所示。
表面狀況 | 被噴砂 | 噴砂速度（ m2/h） | ||
噴嘴直徑（毫米） | ||||
6.4 | 7.9 | 9.5 | ||
1 | 酸洗的 | 7.0 | 109 | 15.6 |
2 | 酸洗的 | 8.9 | 13.9 | 20.1 |
3 | 酸洗的 | 7.9 | 12.4 | 17.8 |
磨料類型及粒度也影響噴砂速度。通常，磨料粒度越大，噴砂速度越低。每平方英尺的噴砂表面，大約需要6.8公斤的氧化鋁或11.3公斤的激冷鐵砂。
（6）砂粒的循環(huán)使用。在車間或生產中所用的噴砂磨料，經過清理和篩分后可循環(huán)使用。帶棱角的激冷鐵砂和氧化鋁，經常要經這種處理而反復使用。當一種磨料重新應用時，要清理其中的灰塵，經過篩分，使之至少其中有80%的量要符合原始粒度的要求。對于那些被污染的磨料或質量有問題的部分，不應再返回使用。要及時從磨料中除去破碎的細砂，否則有損于涂層與基體的正常結合。
在同等條件下，幾種常用砂粒反復使用的次數如表所示。有很多變數會影響這些數據。但由表中列出的數據，可得到不同類型砂粒通過噴砂機可反復使用次數的相對概念。
在生產現場或工地上，可使用一次性磨料。在這種場合對磨料進行回收或重復使用是不經濟的。
不同磨料使用壽命
材料 | 循環(huán)使用次數 |
氧化鋁 | 10 |
（7）壓縮空氣?？諌簷C應提供必須的壓力和風量，以保證正常的噴砂質量。壓縮空氣中應無油、無水及其它的污物。油和水不僅阻塞整個供氣系統(tǒng)，而且還會對表面制備及涂層的結合強度產生不利的影響，因此，必須嚴格控制。
壓縮空氣在進入噴砂槍前，必須經過除油、除水等凈化處理。
4．電火花毛化
對硬度較大，不易采用噴砂或機械加工方法進行粗化的表面，可采用電火花拉毛法進行處理。將工件接電源的一極，鎳條接電源的另一極。將鎳條不斷地與工件表面接觸以產生火花，利用產生的電火花使鎳呈顆粒狀熔化并焊接在零件表面上，將工件表面燒毛，形成凹凸不平的表面，所形成的凹凸度可達0.1~0.75mm，鎳顆粒能深入基體金屬達0.1mm以上。拉毛時應均勻拉動鎳條，防止漏拉或過燒。拉后的正常表面應呈現金黃色魚鱗狀或波浪狀表面，其厚度最好控制在0.2~0.3mm。拉毛后工件表面的碳灰應采用擦刷法使其表面凈化。總之，拉毛后的表面要求凈、毛、新，有利于增加涂層與基體間的結合強度，提高涂層質量。
5．粗化應用舉例
（1）抗腐蝕涂層。在這種場合下，通常采用鋅或鋁涂層。當鋅涂層厚達0.23毫米，鋁涂層厚達0.18毫米時，采用壓力式噴砂設備，用以下所推薦的磨料，可產生Ra0.75μm的錨齒形結構。
1）氧化鋁或碳化硅。
粒度：SAE G-25到SAE G-40。
2）淬火鋼砂。
粒度：SAE G-25到SAE G-40。
3）帶棱角的石英砂、金剛石、燧石或碾碎爐渣。
粒度：SAE G-25到SAE G-50。
當鋅涂層厚度超出0.25毫米或鋁涂層厚度巢礎.20毫米時，推薦采用以下磨料及壓力式噴砂機，可產出Ra13μm的錨齒形結構：
1）氧化鋁或碳化硅。
粒度：SAE G-18到SAE G-25。
2）淬火鋼砂。
粒度：SAE G-18到SAE G-25。
3）帶棱角的石英砂、金剛石、燧石或碾碎爐渣
粒度：SAE G-18到SAE G-25。
（2）重熔涂層。當采用自熔合金時，表面制備一直保持到重熔作業(yè)結束為止。在982-1149℃的溫度區(qū)間進行重熔時，自熔合金涂層受到最大的應力。
在表面制備時，通常采用SAE G-25激冷鐵砂，其粒度可根據基體的硬度等作適當改變。然而，像氧化鋁這樣的磨料，容易嵌入表面，有損于涂層的結合。
對于進行精密加工的圓柱體表面，應進行下切。下切深度依工作條件而定。如果最大允許磨削量為0.5毫米，推薦下切量最小要加0.38毫米。這樣，在磨損到最大量之后，仍能保留一些涂層。
在下切截面一端的留肩，要開40-45o左右的角；當要求涂層厚度大于1.00毫米時，噴砂前對下切面車螺紋是合理的。
（3）不銹鋼涂層。對淬硬鋼基體表面噴不銹鋼涂層，采用SAE G-20氧化鋁磨料噴砂，能得到粗糙度達Ra13μm的錨形結構。在軟鋼或鑄鐵表面噴不銹鋼涂層時，則推薦采用SAE G-25激冷鐵砂。
（4）塑料基體。對于塑料一類的軟基體，要求細粒級的砂料，風壓低一些，采用粒度為SAE G-50到SAE G-80的氧化鋁噴砂，能得到粗糙度為Ra6μm的表面。
六、 粗化后的處理
采用噴砂粗化處理后所暴露的新鮮表面，極易受到外界的污染，要避免用手觸摸、用嘴向已粗化表面吹氣。因為手印、濕氣或油漬都會顯著影響涂層與基體的結合。干凈的粗糙表面會因為吸附濕氣或凝聚物而發(fā)生退化，如果工件放置在空氣過度潮濕的環(huán)境中，容易導致干凈粗糙表面發(fā)生輕微腐蝕，如果條件許可，在噴涂或表面制備過程中，應使工件所處環(huán)境的濕度維持在60%左右或更低。在某些情況下，噴砂前進行輕微預熱有利于提高涂層與基體之間的結合。切記：待噴零件應在新鮮表面沒有被氧化之前完成噴涂作業(yè)！
1．覆蓋
經過制備的新表面，如果不是立刻進行噴涂，可用清潔的塑料膜覆蓋保護。在擱置期間，所有經過制備的零件，都應放入清潔的預熱過的櫥柜或箱內，或置于有干燥劑的封閉包裝袋中，加熱貯藏可減少噴涂預熱的困難。
2．搬動
經過表面制備的工件，在完成噴涂作業(yè)之前，若要進行搬動，應佩戴清潔的不脫絨手套或相類似的物品，以免污染零件表面。
七、 預熱處理
預熱處理是表面預處理工序的最后一道工序，一般在噴涂前進行，以使工件表面獲得具有一定溫度，又新鮮的基體表面，這對提高涂層與基體的結合強度非常有利。
1．預熱的主要作用
（1）驅除工件表面的濕氣和冷凝物（如水蒸汽等）；
（2）提高基體溫度，減小涂層與基體間的溫差，從而減小兩者間熱脹冷縮的差別，從而減少熱應力，有效防止涂層剝落或產生裂紋；
（3）有利于表面產生“熱活化”，可增加噴涂粒子與基體間的接觸溫度，對促進基體表面和涂層之間的物理化學作用有利，同時，可提高粉末的沉積率；
（4）可降低噴涂粒子的冷卻速度，不僅有利于噴涂微粒的變形，而且可減小微粒的收縮應力，從而減少涂層的應力積累。
上述作用均有利于提高涂層與基體之間的結合強度。實踐證明，恰當的預熱處理不僅對提高結合強度有利，而且能明顯提高涂層工作壽命。
2．預熱方法
預熱方法一般有兩種，即爐內預熱和噴槍焰流預熱。但采用噴槍焰流預熱時要注意焰流不能太靠近工件表面，避免工件表面產生驟熱現象，也不應產生加熱不均勻現象，這兩種情況均會導致表面出現過度氧化或引起較大的熱應力，出現這種現象，不僅不會提高涂層結合強度，而且會降低涂層與基體之間的結合強度。
3．預熱注意事項
由于預熱不當可能會引起工件發(fā)生氧化和變形，實施時要特別注意控制預熱溫度和預熱方式。對于不同的基體材料，要選擇不同的預熱溫度和預熱方式。對于普通鋼材，預熱溫度一般控制在80℃-120℃；對于鋁基材，最好采用間接預熱的方法（即從背面或側面預熱，而不能直接在噴涂面預熱，也不推薦烘箱預熱方法），預備熱溫度一般控制在65℃-95℃，如果不能或不方便采用間接預熱，可以不進行預熱，并且在噴涂期間，基材溫度要保持在200℃以下；、對于鎂及其合金基材，由于表面氧化太快，則不應進行預熱處理，因為預熱會在噴涂表面產生氧化物薄膜，這種氧化物薄膜的存在會嚴重影響噴涂層與基體的結合強度。
噴涂部位不同，預熱溫度和預熱方式也應有所差別。噴涂內孔時，其預熱溫度應高于噴涂外圓表面時的預熱溫度。
噴焊時，其表面預熱溫度與噴涂又有不同。應根據基體材料的熱膨脹特性和抗氧化性能以及工件的大小和形狀來進行謹慎選擇，預熱溫度太低時，不僅粉末沉積率低，而且熔化時容易產生脫落；預熱溫度太高時，基體膨脹厲害、氧化嚴重，不僅影響重熔時基體的潤濕和原子的微擴散作用，而且會導致噴焊層中出現明顯夾渣。因此，對于普通碳鋼，預熱溫度常選擇250-350℃；而對抗氧化性好的鋼材，如不銹鋼，可選取350-450℃。對較小零件，預熱溫度要適當降低；對較大零件，則可適當升高一些；對形狀復雜的零件，應注意預熱范圍和部位，以減小變形和開裂傾向；對局部噴涂零件，應采用局部預熱。
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