通过涂魔师非接触测厚技术实时高效监控热喷涂工艺质量

摘要:涂魔师非接触测厚技术是能快速且无损测量热喷涂涂层厚度的国外新型技术,实现在涂装前期实时有效控制及早发现工艺偏差并进行参数调整,稳定产品质量。

       涂魔师非接触式测厚技术能够快速且无损测量热喷涂涂层厚度的国外新型技术,实现在涂装前期实时有效控制及早发现工艺偏差并进行参数调整,稳定产品质量。

涂魔师在线测厚仪 

       当把气缸发动机曲轴箱内的8个传统灰铸铁镶件换成热熔喷涂铁基涂层后,对气缸孔区域内铝铸件的孔隙率和力学性能要求非常高。

       实际生产过程主要包括四个步骤:精密镗孔(精镗),粗化,涂层和后处理。在上述的各步骤之间,为了确保质量进行测试。要根据零件数量、应用程序和关键质量参数进行100%的测试。精镗的目的是在最终加工后根据所需的涂层厚度将孔对准曲轴轴线以及扩大孔隙。此时需确定形状和位置公差,并且还产生圆柱度。关于涂层厚度,后续只可以校正非常有限的位置公差,其厚度为几百微米。 因此,在粗化和涂层过程之前需要将孔设定在适当位置。

气缸发动机曲轴箱内的8个传统灰铸铁镶件.jpg

图 1  把气缸发动机曲轴箱内的8个传统灰铸铁镶件换成热熔喷涂铁基涂层后,对气缸孔区域内铝铸件的孔隙率和力学性能要求非常高。


        粗化圆柱表面的目的是产生合格的涂层附着力。该步骤可通过喷砂刚玉,高压或脉冲低压流体喷射或通过纯机械加工来完成。 用于使待涂层表面粗化能在单独的设备中进行刚玉喷砂和流体喷射工艺。

       通常可以在相同夹紧中精镗后进行曲轴箱的机械粗化。因此,可在没有偏移的情况下引入粗化轮廓。接着使用光学图像识别技术来检测表面缺陷并对其再加工进行分类。在刚玉喷砂的情况下,这种表面缺陷可以嵌入刚玉颗粒中; 在流体射流的情况下,主要是剥离相和扩张的孔。

把涂魔师测厚系统插入到气缸孔中

图 2 > 为了测量涂层厚度,把测量光学元件插入到气缸孔中(上孔开口),因此,可以在圆周和缸内深度的任何位置可靠测量出涂层厚度。

      当机械粗化时,将凹槽轮廓切入铝材中。这个轮廓的形状,凹槽和金属光泽的表面令它不适合使用相机系统进行检测。

 

如何有效提高发动机的使用寿命

       热喷涂的工艺特点在于涂层材料通过热源(例如等离子火焰)熔化,并通过气流旋转喷涂到部件上。液体颗粒在与表面接触时突然凝固并出现分层,从而进行喷涂涂层。通过基于粉末的大气热喷涂,几乎可以对所有材料进行加工。该涂层的光谱范围从热塑性塑料、金属和碳化物,到陶瓷层。铁基涂料具有所需的摩擦学性能,可作为线材或粉末使用。 线电弧喷涂,等离子体转移电弧(PTWA)和旋转单线(RSW)是电线涂层工艺的实际案例。

       基于粉末的大气等离子喷涂涂层除了金属以外,还提供了陶瓷材料喷涂的选择。低合金碳钢主要用于燃气和柴油发动机运行表面的涂层。该涂层是不均匀的,不仅由熔融和凝固的颗粒组成。在涂层内部,氧化物和碳化物以及孔洞堆积,使其频率在1%到4%之间,这取决于工艺参数和工艺的选择。这些孔在珩磨后用作润滑剂储存器并将润滑剂固定到指定位置。故此,使活塞环/活塞与气缸壁之间的摩擦力降到最低,从而减少了油耗,提高了发动机的使用寿命。


涂魔师无损测厚技术真正实现一秒测厚

       仍未加工的热喷涂涂层厚度要符合较小的容差范围。任何偏离指定容差的情况都可能导致后续加工工艺中珩磨工具的再次加工和直接销毁。

       在工艺前期无损测量涂层厚度,可以省去生产线上任何后续处理步骤,例如涂层厚度过低。对于粗糙的喷涂表面,传统涂层厚度测量仪器具有低重复性和精度,因此不适合进行质量监管。通过显微镜测厚方法进行抽样检查是非常耗时的,并且无法对涂层进行无缝且无损测厚。相反,来自瑞士的涂魔师非接触式精准测厚技术能快速精准测量热喷涂涂层厚度。结果显示,即使在高粗糙度情况下,也能实现1%~2%的高重复精度,测量时间甚至能在一秒内。因此,在批量生产中也可以测试每个孔的多个测量点。

      涂魔师无损测厚技术基于光热法测量原理。涂魔师的测试光源将待测涂层表面短暂加热,温度上升约几摄氏度。它是根据涂层与基材储热系数的差异准确定量测出热喷涂层的膜厚。

刚性轴进行珩磨时通过调整珩磨工具,可以轻松校正确定不对称性

图 3 >相对的点(a,b)处从底部到顶部测量油缸工作表面内的涂层厚度。测量点1-15为曲轴箱1,测量点16-30为曲轴箱2


涂魔师非接触式测厚技术的产品优势

       1)涂魔师所使用的测试光源类似照相机的闪光灯,不会对人体或环境造成任何危害。

       2)每个测量过程分析超过100,000个温度读数,然后精准定量得出干膜涂层厚度。

       3)涂魔师可以在距离最远1米进行隔空测厚;

       4)单次测量的误差通常低于1%。涂层厚度可以高达2 Hz的频率进行记录。

       5)通过涂魔师的光学测量探头(图2),自动测量整个气缸工作表面分布的各测量点,自动记录测量厚度。 Oerlikon Metco(欧瑞美康)公司的SumeBore运行表面涂层技术负责人Peter Ernst博士说道。“涂魔师测厚技术能直接在工艺过程中以非破坏性方式对热喷涂涂层进行精确且快速的涂层厚度测量。可以快速检测和纠正影响涂层厚度的工艺偏差”。

 

表面粗糙度的降低

      在最终的珩磨工艺中,需去除喷涂表面上的粗糙结构,因此表面的粗糙度需降低到5微米范围内的平均粗糙度。在圆柱表面的限定位置处的最终涂层厚度测量允许检查珩磨涂层和精镗孔的同心度。由于珩磨表面的反射率较高,使用该测量仪器时,涂层厚度测量的标准偏差增加2%至4%。在使用刚性轴进行珩磨时通过调整珩磨工具,可以轻松校正确定不对称性(图3)。


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