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1热喷涂技术及其应用
随着现代科技的发展进步，对军事装备、工业生产装备、科研仪器等提出了更高的性能指标，对构成这些仪器的零部件的使用性能要求也越来越高。为满足特殊的使用要求，往往要采用一些贵重金属如钛、镍、钴、钨、锆制造零件，铸、锻造以及焊接方法都有一定困难而且极不经济。利用热喷涂技术在普通材料的表面喷涂一层特殊的涂层，制造一个特殊的工作表面，可以达到节约材料，节约能源的目的。
热喷涂技术是利用热源将喷涂材料加热至熔融或半熔融状态，并以一定的速度喷射到经过预处理的基体表面并通过微小颗粒的沉积形成涂层，从而赋予基体表面特殊功能的方法和技术，是表面工程技术的重要组成部分。采用不同的涂层材料和不同的工艺方法，可以在基体表面制备减磨耐磨、耐腐蚀、抗高温氧化、热障、电磁屏蔽接收、绝缘等功能涂层。
比较常用的热喷涂方法有火焰喷涂、电弧喷涂、等离子喷涂，涂层材料包括金属、金属合金、陶瓷、金属陶瓷、塑料及其它复合材料。热喷涂方法和技术已经被广泛应用于航空航天、冶金、能源、军事装备、石油化工、机械制造、交通运输、生物工程等国民经济各个领域。
目前，通过热喷涂技术制作的各种功能涂层大多用于零部件的防护、强化、修复，直接用热喷涂技术制作零部件的报道很少。本文介绍一种通过热喷涂方式制作滑动轴承的方法和工艺，由于工艺方法特殊，也可以作为热喷涂技术与材料累积工艺相结合制作特殊零件的探索。
2常规滑动轴承的制造方法
滑动轴承是常用的机械零件，由旋转的轴颈和固定的轴承座构成，和轴颈接触的轴承座内表面称轴瓦或轴承衬。由于轴在使用中往往要承受一定的载荷并传递运动和动力，所以一般常用材料为各种钢和铸铁，比较耐磨;轴瓦或轴承衬的常用材料为轴承合金、青铜、铝基合金、锌基合金等，其中轴承合金(主要是锡、铅、锑或其它金属的合金)由于其耐磨性好、塑性高、跑合性能好、导热性好和抗胶合性好及与油的吸附性好，在重载、高速情况下使用较多，但轴承合金的强度较小，价格较贵，一般采用离心浇铸的方式铸造在钢、铁等轴承座的工作表面，形成滑动轴承的工作表面。
3利用热喷涂技术制造滑动轴承内衬的工艺方法
目前介绍通过热喷涂技术修复滑动轴承的资料和文献很多，德国大众汽车公司也有通过等离子喷涂制作内燃机连杆内孔耐磨铝青铜涂层的发明专利。但由于受现有热喷涂设备和操作方法的制约，通过热喷涂技术制备的各种功能涂层大多局限于零件的外表面和较大的内孔表面，一旦孔径小于φ35或孔深较大则施工困难，如果零件型腔表面特殊，则无法施工。
本文就如下滑动轴承零件的制作介绍一种利用热喷涂技术制造滑动轴承内衬的工艺方法，零件如图1中a图所示，其内孔直径为φ20，长30，内孔表面为工作表面，有3mm厚的轴承合金。该零件一般采用离心浇铸方式制作合金层，由于孔径太小，目前还没有一种热喷涂用内孔喷能完成此类任务。
为解决上述零件内孔表面的热喷涂涂层制作问题，笔者提出一种新的热喷涂施工方式。制作一种新的工装，主体结构由心轴、螺母、挡板组成，熔点为183℃的低熔点合金，均匀熔敷在心轴1的表面，最后在低熔点合金的表面涂覆一层耐火涂层，耐火涂层由耐高温的特殊粘结剂和耐火材料配制而成。喷涂时可将此工装装夹在热喷涂用旋转工作台上，对工装预热到100℃左右，然后用电弧喷涂设备喷涂所需轴承合金涂层，达到设计涂层厚度后要对涂层表面进行清理，去除表面浮灰，继续在涂层表面喷涂钢、不锈钢等支撑材料，使其达到所需直径尺寸。最后卸下两端螺母和挡板，加热到低熔点合金的融化温度，撤出心轴，即可获得所需要的内孔表面为轴承合金的滑动轴承毛坯。为增加轴承合金涂层和支撑材料之间的结合力，可在喷涂完合金涂层后采用拉毛、喷砂等粗化工艺进行粗化处理，然后再喷涂支撑材料。
这种通过热喷涂技术制作的滑动轴承内衬为非晶态轴承合金，硬度高于母材并有一定的孔隙率，可容纳一部分油脂，在使用性能上优于铸造方法获得的滑动轴承内衬。另外，由于采用了不同于铸造方法的热喷涂技术制作轴承合金内衬，在零件设计时可以适当减少轴承合金的厚度以节约贵重金属。
4需要注意的相关问题
采用热喷涂技术制作上述滑动轴承及类似零件时，除了要遵守热喷涂操作安全规程外，还应考虑如下相关问题。
(1)应根据工作表面工况选择合适的涂层材料和喷涂工艺。如本文介绍的采用电弧喷涂方法在轴承零件内表面喷涂轴承合金，为防止合金材料在喷涂时过度氧化，可采用氮气作为喷涂介质气体。
(2)如涂层表面有精度和粗糙度要求，需要通过机械加工方式获得所需技术要求，则要合理设计涂层的厚度和工装的尺寸，预留加工量并保证涂层的工作厚度。如本文介绍的滑动轴承在补充机械加工时应以毛坯内孔为粗基准，先加工外柱面;然后以外柱面为精基准加工内孔，保证剩余涂层厚度均匀。
(3)两种涂层间的结合力和残余应力。由于喷涂完工作涂层后要在其上面通过电弧喷涂方法喷涂支撑涂层，并且支撑涂层较厚，如两种涂层间结合不好，可能导致工作涂层在补充加工阶段或使用阶段剥落。为此，应充分考虑两种材料的热膨胀系数和结合力，如有必要可在二者中间喷涂一层过渡涂层，设计复合涂层、梯度涂层，以增加结合强度。在涂层设计阶段要充分考虑两种涂层间能否充分结合的问题，实际应用中要作充分的工艺实验。另外，还要通过控制喷涂前、喷涂中的温度减小残余应力，必要时可在后期安排消除内应力的热处理工序。
(4)工件和工装拆装方便，工装可重复使用。由于喷涂时涂层材料处于熔融、半熔融状态，在高速气流的带动下呈锥柱状射向工件，一些涂层材料不可避免地要粘贴在工装表面，考虑工装和工件拆装方便并能重复使用，喷涂前要在工装表面涂脱模剂。
本文以滑动轴承内衬的制作为例介绍了一种热喷涂技术和材料累积工艺相结合的工艺方法，按照这种思路还可以制造其它复杂零件和其它功能涂层，如内孔带耐磨、耐腐蚀涂层的液压阀阀体、螺旋冷却通道等。必须承认，这种方法目前还不适合产品的大批、大量生产，只能用于有特殊性能要求、特殊结构零件的单件小批生产。
1.铸铁轴承座断裂的原因之一是铸造工艺的问题。如果铸造过程中存在缺陷，如气孔、夹渣或缩孔，这些缺陷可能会导致轴承座在使用过程中出现应力集中，从而引发断裂。
2.另一个原因是制造工艺的不当。如果轴承座的制造过程中温度控制不当，或者冷却速度不均匀，可能会导致组织不均匀，降低材料的力学性能，增加断裂的风险。
3.机加工精度也是影响铸铁轴承座断裂的一个因素。如果轴承座的加工尺寸超差，或者存在表面缺陷，如划痕或凹坑，这些都可能成为应力集中的点，导致轴承座在受到载荷时容易断裂。
4.铸铁轴承座的断裂还可能与材料选择有关。如果选用的材料不适合承受特定的载荷或工作条件，轴承座在使用过程中可能会因为材料疲劳而断裂。
滑动轴承的装配
滑动轴承是一种滑动摩擦性质的轴承，特点是工作平稳、可靠噪声小、能承受重载荷和较大的冲击载荷，根据结构形式不同可分为整体式、剖分式和瓦块式等。
（1）整体式滑动轴承的装配
整体式滑动轴承俗称轴套，也是滑动轴承中最简单的一种形式，主要采用压入和锤击的方法来装配，特殊场合采用热装法，多数轴套是用铜或铸铁制成，装配时应细心，可用木锤或锤子垫木块击打的方法装配，过盈尺寸公差较大时则用压力机压入。无论敲入或压入都必须防止倾斜，装配后，油槽和油孔应处在所要求的位置。
装配后变形的轴承，应进行内孔修整，尺寸较小的可用铰刀削，尺寸较大的则用刮削。同时注意控制与轴的配合间隙在公差范围内，为防止轴套工作时转动，轴套和箱体的接触面上装有定位销或骑缝螺钉。由于箱体和轴套材料硬度不一样钻孔时，很容易使钻头偏向软材料一边，解决方法：一是钻孔前用样冲靠硬材料一边冲孔，二是用短钻头，以增加钻孔时钻头的钢性。
（2）剖分式轴承的装配
剖分式轴承又称对开轴承，具有结构简单，调整和拆卸方便的特点，在轴瓦上镶上两块轴瓦，在接合处用垫片来调整出合理的间隙。
①轴瓦与轴承体的装配
上下两轴瓦与轴承体内孔的接触必须良好，如不符合要求以厚壁轴瓦的轴承体内孔为基准，刮研轴瓦背部，同时应使轴瓦的两端台阶紧靠轴承体两端。薄壁瓦只要使轴瓦的中分面比轴承体的中分面高出0.1mm左右即可，不必修刮。
②轴瓦安装在轴承体中
无论径向或轴向都不允许有位移，通常用轴瓦两端的台阶来止动定位或定位销定位。
③轴瓦的配刮
对开式轴瓦一般都用与其相配的轴研点，一般都是先刮下轴瓦，然后再刮上轴瓦，为了提高效率在刮下轴瓦时可不装上轴承瓦及盖，当下轴瓦的接触点基本符合要求时，再将上轴瓦及上盖压紧，并在刮研上轴瓦时，进一步修正下轴瓦的接触点。配刮时轴的松紧程度可随刮削次数的增加，通过改变垫片厚度调整。当轴承盖紧固后，轴能轻松地转动而无明显间隙，接触点符合要求即配刮完成。
④轴承间隙的测量
轴承间隙的大小可通过中分面处的垫片调整，也可通过直接修刮轴瓦获得。测量轴承间隙通常采用压铅法，取几段直径大于轴承间隙的铅丝，放在轴颈和中分面上，然后拧紧螺母使中分面压紧，再拧下螺母，取下轴承盖，细心取出被压扁铅丝，每取一段使千分尺测出厚度，根据铅丝的平均厚度就可以知道轴承间隙。一般轴承的间隙应为轴直径的1.5‰-2.5‰（mm），直径较大时取较小的间隙值。如轴直径是60mm的轴承间隙应在0.09-0.15mm之间。
滚动轴承的装配
滚动轴承具有摩擦小、轴向尺寸小、更换方便、维护简单等优点。
（1）装配的技术要求
①滚动轴承标有代号的端面应装在可见方向，以便更换时查对。
②轴颈或壳体孔台阶处的圆弧半径应小于轴承上相对应处的圆弧半径。
③轴承装配在轴上和壳体孔中后，应没有歪斜现象。
④在同轴的两个轴承中，必须有一个随轴热胀时产生轴移动。
⑤装配滚动轴承时，必须严格防止污物进入轴承内。
⑥装配后的轴承，须运转灵活、噪声小、工作温度一般不宜超过65℃.
（2）装配方法
装配轴承时，最基本要求是要使加的轴向力，直接作用在所装轴承的套圈的端面上（装在轴上时，使加的轴向力要直接作用在内圈上，装在孔上时使加的作用力要直接作用在外圈上）。尽量不影响滚动体。装配的方法有锤击法、压力机装配法、热装法、冷冻装配法等。
①锤击法
用锤子垫上紫铜棒以及一些比较软的材料后再锤击的方法，要注意不要使铜末等异物落入轴承滚道内，不要直接用锤子或冲筒直接敲打轴承的内外圈，以免影响轴承的配合精度或造成轴承损坏。
②螺旋压力机或液压机装配法
对于过盈公差较大的轴承，可以用螺旋压力机或液压机装配。在压前要将轴和轴承放平，并涂上少许润滑油，压入速度不宜过快，轴承到位后要迅速撤去压力，防止损坏轴承或轴。
③热装法
热装法是将轴承放在油中加热到80℃-100℃，使轴承内孔胀大后套装到轴上，可防止轴和轴承免受损伤。对于带防尘盖和密封圈，内部已充满润滑脂的轴承不适用热装法。
（3）圆锥滚子轴承间隙是装配后调整的，主要方法有用垫片调整、用螺钉调整、用螺母调整等。
（4）装配推力球轴承时，应首先区分出紧环和松环，紧环的内径直径略小点，装配后的紧环与轴在工作时是保持相对静止的，它总是靠在轴的台阶或孔端面处，否则轴承将失去滚动作用而加速磨损。
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