一、 概述 
      由于热喷涂涂层与基体的结合主要以物理及机械镶嵌结合为主，涂层与基体的结合质量与基体表面的清洁程度和粗糙度直接相关，因此，表面预处理就成了整个热喷涂作业中非常重要的一个环节。严格遵守表面制备中所采取的工艺规程，是确保热喷涂涂层获得成功应用的前提。为了获得良好的涂层质量，必须采用正确的表面制备方法。进行表面制备时需要考虑的重要因素有两个，其中，第一个因素是基体材料；第二个因素就是喷涂材料。 
      对于承受高应力的机器零件，喷涂前必须采用无损探伤方法进行仔细检查，以确保基体金属内没有缺陷存在。如果零件中存在结构缺陷，那么，在制备的涂层中也会产生类似缺陷，从而严重影响涂层质量。特别是，当工作介质中的气体、液体等渗入缺陷中时，如果在喷涂前不将缺陷消除，在喷涂过程中，由于燃流及喷涂粒子对基体的加热作用，会引起渗入的液体向涂层表面扩散，从而污染涂层表面，影响涂层与基体以及涂层内部变形粒子之间的结合，导致涂层质量下降，有时，甚至会导致形不成涂层。也就是说，不能奢望采用热喷涂来修复基体中存在的裂纹，也不可能通过热喷涂涂层来提高基体的强度。 
       在生产实际中，应根据实际零件的表面状态来选用合适的表面预处理工艺，在保证涂层质量的前提条件下，尽可能采用简化的表面预处理工艺，以降低涂层成本。
       二、表面净化 
      表面净化是实施热喷涂前基体表面制备的第一步，主要用于除去所有喷涂表面的污垢，包括氧化皮、油渍、油脂和油漆等，喷涂过程的热不能除去这些污垢，这些污垢会严重影响涂层与基体的粘结。将这些污垢去除之后，清洁表面要一直保持，所有的喷涂表面都应小心保护，当待喷零件搬运时，要使用清洁工具，以免沾染灰尘和手印，从而导致表面发生二次污染。 
       1．表面除油 
      应用机械和化学的方法除去待喷涂工件表面的油渍。 
     （1）蒸汽除油。通常采用蒸汽法清除零件表面的有机污垢，这是一种经济而有效的方法。工件应烘烤15~30分钟，以除去缝隙中以及表面孔隙中的油污。砂型铸件或灰口铸铁之类的多孔材料，烘烤时间应更长一些。在蒸汽除油或清洗过程中，如果处理的物件太大，可将物件浸泡于热洗涤剂或无油溶剂中由专人进行清洗。工件表面的残余物要用机械方法除净。 
       从安全性及清洗的温度方面来考虑，通常采用的是全氯乙烯:三氯乙烯:三氯乙烷为1:1:1的除油剂。很多的烃类溶剂是危险品，有关其用途、使用场所及处理方法等都应严格遵照厂家的使用说明来进行。 
       生产厂家应考虑溶剂的再循环使用问题。氯化物溶剂会留有轻微的残渣，这可通过浸没洗涤法或用异丙醇及丁酯檫拭掉。 
       因氯气对钛及钛合金材料有诱发裂纹作用，因此，禁止用氯化物溶剂清洗此类材料。这类零件可选用碱洗、蒸汽吹、酸浸或挥发性溶剂洗涤等任何一种方法。或者，如有必要，可采用上述任两种或多种方法进行复合除油。 
       超声波清洗对于污垢积聚在狭窄的区域内的工件，适用于超声波清洗。该装置包括盛清洗液的容器及在容器内的超声波振荡发生器，根据所遇到的具体问题选定清洗液。由于操作中产生热量，对于长时间作业，不推荐使用易燃或易挥发的溶剂。 
      （2）有机溶剂除油。有机溶剂除油是利用有机溶剂对两类油脂的物理溶解作用除油。常用的有机溶剂包括：煤油、汽油、苯类、酮类、某些氯化烷烃、烯烃等。有机溶剂除油速度比较快，对金属无腐蚀（特例除外），但多数情况下除油不彻底，当附着在零件上的有机溶剂挥发后，其中溶解的油仍将残留在零件上。所以，进行有机溶剂除油后，必须再采用化学除油或电化学除油，进行补充除油处理，才能彻底除净残留在工件上的少量油脂。 
有机溶剂除油的另一特点，是有机溶剂易燃或有毒，使用时要加强防护。 
       有机溶剂除油比碱性溶液化学除油贵。但若除油设备好，能对有机溶剂进行反复蒸馏，使其再生并循环使用，则可克服成本高的缺点。如某厂油污严重的轮轴，用破性化学除油需40-260 min，但采用三氯乙烯除油只需3-5 min，就能满足要求。 
       在配方中加人少量乳化剂如硅酸钠、皂粉、OP乳化剂、洗涤剂等表面活性剂可以除去矿物油。在碱液及乳化剂共同作用下除油效果更好。由于碱液除油的乳化作用有限，故对镀层结合力要求高，或需在弱酸或弱碱电解液中进行电镀时，仅采用碱液除油是不够的。特别是零件被矿物油严重污染时，不仅处理时间长，而且除油不彻底、为此这类零件进行碱液除油后，应采用乳化作用强的电解除油来进一步进行处理，才能获得满意的结果。 
常用有机溶剂除油方法包括四种，具体如下： 
      1）浸洗法。此法将零件浸泡在有机溶剂中，并不断搅拌，油脂被溶解并带走不溶解的污物。各种有机溶剂都可用作除油剂。 
      2）喷淋法。将有机溶剂喷淋到零件表面上，使油脂被溶解下来，反复喷淋直到所有油污都除净为止，除沸点低、易挥发丙酮、汽油和二氯甲烷外，其他溶剂都可用于喷淋除油。喷淋除油最好在密封容器内进行。 
      3）蒸气洗法。将有机溶剂装在密闭容器底部，工件悬挂在有机溶剂上面，将溶剂加热，有机溶剂产生的蒸气在工件表面冷凝成液体，将油脂溶解并连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）联合法。可采用浸洗加蒸气洗联合除油、或采用浸洗一喷淋一蒸气联合除油，效果更好。采用三氯乙烯做溶剂的三槽除油工艺除油效果最好。零件在第一槽中经加温浸泡，溶解掉大部分油脂；第二槽中用比较干净的溶剂除去工件上残留的油脂和污物；最后在第三槽中再进行蒸气除油。 
      三氯乙烯蒸气与冷的零件表面接触时，将冷凝成液体，并溶解掉零件表面残留的油脂，然后回流到槽中。如此循环，可除去零件表面的油脂。由于三氯乙烯比重较大，故不易从槽口演出。除油槽上部应有冷却装置，用来冷凝剩余的三氯乙烯蒸气。 
      若在第一槽底部加人超声波，可加速油脂及污物的脱离，特别能将抛光膏迅速除去。若加装喷淋装置，则可快速将大颗粒灰尘、粉末等冲掉。 
      在进行除油时，应注意以下事项：首先，要加强通风、防火、防爆；其次，当有机溶剂中油污的混入量达到25％-3O％时，应更换新溶剂，以免污染零件；最后，要注意防毒，因三氯乙烯在紫外线、热（＞120C）、氧和火作用下，特别是在铝、镁的强烈催化下，会分解出有剧毒的光气和腐蚀性强的氯化氢。因此，采用三氯乙烯除油时，要严防将水带入除油槽内；避免除油槽受日光直射和高温烘烤；尽快捞出掉到槽中的铝、镁工件；安装良好的抽风装置等。 
      （3）电化学除油。将挂在阴极或阳极上的金属零件浸在碱性电解液中，并通人直流电，使油脂与工件分离的工艺过程称为电化学除油。电化学除油速度远远超过化学除油，而且除油彻底，效果良好。 
       电化学除油基本原理是，将金同零件作为一个电极，浸没在碱性电解液中，当通人直流电时，由于极化作用，金属-溶液界面的界面张力降低，溶液很容易渗透到油膜下的零件表面，并析出大量的氢气或氧气。当它们从溶液中浮出时，会产生强烈的搅拌作用，猛烈地撞击和撕裂油膜，使吸附在零件表面的油膜被碎成细小的油珠，迅速与工件脱离，进人溶液后成为乳浊液，从而达到除油的目的。 
       根据零件的极性电化学除油可分为阴极除油与阳极除油两类，工件接阴极叫阴极除油；工件接阳极叫阳极除油。电化学除油是最后的除油工序。 
       影响电化学除油的因素包括氢氧化钠的浓度、乳化剂选择、电流密度、电解液温度以及除油方法。 
       氢氧化钠是强电解质，其水溶液导电能力强，浓度越高，导电能力越强，电流密度大，除油速度快。氢氧化钠对钢铁表面有钝化作用，可以防止钢铁零件在阳极除油时遭受腐蚀。氢氧化钠对铝、锌等金属有强烈的腐蚀作用，一般不用于这些金属的除油。 
       电解除油时，乳化剂的作用已降至次要地位。通常不使用OP－10、烷基硫酸钠、洗净剂6501及6502、肥皂等表面活性剂，因为它们的发泡能力强，若电解液中含上述成分，在工作时，液面会被大量的氢、氧混合气体的泡沫覆盖，遇有电极接触不良产生的火花，就会发生爆炸。因此电化学除油的电解液中通常只加人磷酸三钠、硅酸钠等发泡能力弱的乳化剂。皂化性油脂在除油过程中生成的肥皂，也有很强的发泡能力，当液面上泡沫较多时，应先切断电源，然后再放进或取出零件，以免发生爆炸。 
       提高电流密度，可以提高除油速度和改善深孔内的除油质量。但电流密度过高时，会形成大量的碱雾，污染车间里的空气；还可能腐蚀零件。不仅在阳极除油时会产生腐蚀作用，铝及其合金零件在阴极除油电流密度过大时，也会因阴极区溶液的 pH值升高，遭到腐蚀；而钢质零件则因渗氢作用增大会变脆。合适的电流密度要保证能析出足够的气泡，才能提高除油效果，一般采用 5-10 A／dm2。 
       提高温度可降低电解液的电阻，增加电流密度，促进皂化和乳化作用，加快除油速度，提高除油效率，节约电能。但温度过高，不仅消耗了大量热能、污染车间空气、恶化劳动条件，还有可能腐蚀铝和锌等零件。合适的温度是70-90℃。电化学除油主要是靠电解作用除油，电解液的温度可稍低于化学除油。
       当金属零件接阳极时，其表面进行的是氧化过程，并析出氧气。反应过程如下： 
4OH-－4e＝02↑＋ 4H2O
       因此，采用阳极除油时，零件没有氢脆的危险，能除去零件表面的浸蚀残渣和某些金属的薄膜，如锡、锌、铅、铬等。但阳极除油速度比阴极除油低，且铝、锌、锡、铅、铜及其合金会受到腐蚀。当溶液碱度低、温度低和电流密度高时，特别是电解液中含有氯离子时，钢铁零件也可能遭受斑点腐蚀。 
       当金属零件接阴极时，其表面进行的是还原过程，并析出氢气。反应过程如下： 
4H2O＋4e＝2H2↑＋4OH-
       阴极上析出的氢是阳极上析出氧的2倍。因此，阴极除油速度快，一般不腐蚀零件。但是，阴极上析出的氢容易渗到钢铁零件中，并引起氢脆（特别是高强钢或弹簧钢，受氢脆影响极易损坏）。经阴极除油的零件，因渗氢的影响，电镀时镀层容易起泡；若电解液中含有少量锌、锡、铅等杂质时，会在零件表面产生海棉状析出物，也将影响后续的电镀质量。为了克服以上两种方法的缺点，最好采用联合电化学除油法。 
       （4）超声除油。超声波是频率在16kHZ以上的高频声波，向除油液中发射超声波可以加速除油过程，这种工艺方法叫超声除油。将超声波用于化学除油、电化学除油、有机溶剂除油及酸洗等，都能大大地提高效率。对形状复杂、有细孔、盲孔和除油要求高的制品，除油更有效。 
        超声除油的基本原理是，当向液体中发射超声波时，将使液体产生超声振荡，液体内部某一瞬间压力突然减小，接着的瞬间压力突然增大，如此不断反复。在压力突然减小时，溶液内会产生很多真空的、很小的空穴，溶解在溶液中的气体会被吸人空穴中，形成气泡，小气泡形成后的瞬间，由于压力增大，气泡被压破，并产生冲击波，这种冲击波能使油污脱离工件表面。气泡破裂瞬间，还会产生瞬间高温高压，将加速液体内的搅拌和 流。超声波就是利用冲击波对油膜的破坏作用及空洞现象、高温高压引起的激烈的搅拌作用强化了溶解、皂化和乳化作用，加速了除油过程。此外，超声波在溶液内的反射产生的声压，也会促进搅拌作用。 
       超声除油通常是和有机溶剂除油、化学除油、电化学除油、低温除油等方法联合使用的，除遵守相应的除油方法的工艺参数外，独立的工艺参数有两个，一是超声波发生器的功率，超声发生器的功率越大，除油效果越好。有资料介绍，当超声波场强度达到0.3 w／cm2以上时，在1s内，溶液间将发生数万次强烈碰撞，碰撞力为 5-200 kPa，产生非常大的能量，形成极高的液体加速度，使油污迅速除去；二是超声波加人方式，可以将超声换能器直接装在清洗槽上，也可以把换能器放在清洗槽内。采用前者要求超声功率大，后者功率相对较小，但要通过试验，将换能器放在清洗槽内最有效的部位。 
       采用超声除油时，要合理选择超声波场参数、频率和振幅等参数，参数选择合理，可抑制阴极电化学除油的渗氢作用，防止氢脆。一般形状较复杂的小制品可用高频低振幅的超声波；表面较大的制品则可选用频率较低的超声波（15-30 kHz）。 
超声波是直线传播的，与超声传播方向垂直的表面除油效果最好，为提高工件凹陷部位及背面的除油效果，最好不断旋转或翻动零件。 
      （5）擦拭除油。用毛刷或抹布在上石灰浆、氧化镁、去污物、洗衣粉或金属除油剂在零件表面擦拭叫擦拭除油。擦拭除油不需要除油设备，操作灵活性大，不需要外加能源，成本低，可对任何零件进行除油。其缺点是手工操作，效率低，劳动条件差，故目前主要用于体积大，批量小，形状复杂，用其它方法很难处理的零件除油。 
      2．浸蚀 
       酸浸或稀酸浸蚀，是一种比较强烈的表面净化过程，主要用于除去零件表面的油污、锈蚀产物和氧化膜等。常用浸蚀液大多是各类酸的混合物，包括硫酸、盐酸、硝酸、磷酸、铬酐和氢氟酸。而对于铝、锌等两性金属，则需采用碱性浸蚀剂。其中，氢氟酸有剧毒，且挥发性强，使用时应严防氢氟酸液和氟化氢气体接触人体，浸蚀槽最好能密封并有良好的通风装置，含氟废水不能顺意排放。注意：多数浸蚀液，不仅能溶解金属氧化物，而且还能溶解金属并析出氢，会导致基体过腐蚀并引起氢脆。为了抑制基体腐蚀，并减少氢脆，常常在浸蚀液中加入缓蚀剂。常用的缓蚀剂有：硫化动物蛋白、皂荚浸出液、二磷甲苯硫脲、硫脲、尿素、六次甲基四胺和氯化亚锡等。此外，酸液中的某些杂质，如硫化物、胶体硫、磷等，虽然它们的含量只有万分之几或千分之几，但也会加速氢的扩散过程，所以，浸蚀时应防止有害杂质进入浸蚀溶液中。 
       浸蚀过程应该是工件加工的最后一步，以减少酸所招致的危害或伴随出现的金属晶间腐蚀。酸浸时要求将零件全部浸泡在酸液中。视工件表面污垢的顽固情况及对表面清除的要求，来决定浸泡的时间长短。酸浸之后，用热水冲洗、碱水浸泡，最后再用热水或蒸汽彻底清洗或吹洗。 
       被酸污染的表面，可浸泡在小苏打溶液或热碱溶液中进行中和清洗。相反，被碱污染的表面，可用1%的盐酸溶液，或10%的醋酸溶液进行中和清洗，然后再用清洁的水冲洗，并用压缩空气吹干。 
      3．擦刷 
       当只需进行局部清洗时，可采用手工金属丝刷或电动金属丝刷来完成，主要借助金属丝刷的划痕作用来达到清洁表面的效果。当需要清除零件表面的氧化皮、锈蚀物、油漆层、焊渣、焊接飞溅物等污染物时，需要的切削力较大，常选用刚性大的钢丝刷，并进行干式擦刷；当需要清除零件表面的浮灰时，所需切削力较小，可选用刚性小的黄铜丝、猪棕或纤维丝刷，可干刷，也可湿刷。湿刷时，若只需去除浮灰，可用自来水作为介质；如要除油，则应采用能去除油的清洁剂。 
     4．烘烤 
许多机器零件往往是用多孔材料制造的，例如砂型铸件，这类零件往往容易吸附大量的油脂并渗入组织内部，采用清洗法不易清理干净，喷涂之前应将这些油脂去除。特别是，经过荧光渗透检查的焊接组件，尤其要经过烘烤处理。对于修复件来讲，多数工况条件下都采用油润滑，其疲劳裂纹中都会有油渗入，进行喷涂修复时，其表面净化处理尤为重要。如疲劳裂纹或磨损产生的犁沟较多、较深，应考虑采用机械加工的办法将裂纹部分切除；如没有肉眼明显可见的裂纹，常采用炉内加热或火焰烘烤法进行处理。一般来讲，在315℃的炉中烘烤4小时，即可达到除油效果。一次烘烤温度不易过高，如油污严重，可分多次烘烤。 
强化和修复铸铁零件表面时，由于铸铁组织中含碳量高且以游离态的石墨形式存在，游离态的石墨会吸附在工件表面，如不将其全部清除，将严重影响粘结底层与基体的结合，可能引起局部翘起或脱落。因此，对于铸铁零件的喷涂，应特别注意其表面粗化和预加工后的二次净化处理。
        三、表面机械加工
       表面机械加工是另外一种表面预处理方法，通常是由车削或磨削来完成，其中，采用车削加工可使涂层与基体之间的结合面积增加30%左右，并且能提高涂层的抗剪切能力。表面经过车削或磨削后，还必须采用喷砂粗化或其它粗化方法进行表面处理，以进一步提高涂层与基体之间的结合强度。在热喷涂技术中，经常采用的表面机械加工方法有下切、开槽和平面布钉或切缝三种。
        1．下切
       下切是用车削或磨削的加工方法，将零件表面适当去除，一方面可以去除表面疲劳层，同时也为实施热喷涂涂层提供了空间的一种操作方法。在机械零件需要修复时，通常采用下切法。
为了使精加工涂层获得均匀的厚度，或者为了去除加工硬化的表层、化学污染、氧化物及先前遗留的热喷涂层的工件表面，往往也采用下切。由于下切会减少工件的横截面积，因而会影响到工件的抗拉强度和抗疲劳强度。
在圆柱体工件的每个下切切面端部，都必须在肩部切成方的或小钝角（15o），不推荐采用锐角楔形。每个下切角的半径应为0.38-0.50毫米，下切面不应延伸到轴的端部，而应留出一定的距离。
在下切截面的尽头，任何可能的地方都要留肩。
对于涂层经受来自端部压力的圆柱面（如泵柱塞），在其受压端的外圆周围，推荐采用堆焊层。将这道焊层机加工成3.2毫米的最小的肩，肩的直径应比轴的最后精加工尺寸大一些。在承压工作中，这道堆焊层比热喷涂涂层要好。
值得注意的是，焊接会影响基体金属的性能，在修复与维护中务必对此引起重视。
        2．开槽
        开槽是一种在基体上切出保持一定间距的一条条沟槽。开槽（或车螺纹）主要为了达到以下目的：
      （1）减少收缩应力；
      （2）增大涂层与基体的接触面积；
      （3) 使涂层生成起伏叠层，以限制内应力。
       当涂层遭受冷热循环时，在冷却过程中，因涂层与基体之间存在热物性的差异，会在界面上及涂层内部产生，该应力在涂层内不断累积，会导致涂层与基体发生剥离。这种应力随着涂层厚度的增加而增大，对于硬质金属或陶瓷涂层来讲，这种现象更为严重。由于开槽能使应力分散成很多小的分量，从而有效的减少内应力，对提高结合强度有利。
       由于热喷涂涂层是由很多碰撞后的变形粒子组成的，很像一层有直线纹理的木料，与涂层垂直方向的强度要比其平行方向的强度低。由于变形粒子会随着大的凹槽上下起伏，从而改善了涂层的结合强度，减弱了涂层产生分裂的倾向。
       在存在下列情况之一时，应考虑实施开槽处理：
       1)厚度超过1.27毫米的所有涂层，任何部位有一条棱边的地方。
       2)涂层的收缩性很高，而其厚度又超过0.76毫米，任何部位有一条棱边的地方。
       3)没有棱边的涂层，例如，工作条件苛刻，或由于涂层厚、材料收缩大，因而在圆柱体表面上进行连续喷涂时存在开裂危险的涂层。
      3．平面布钉或切缝
       在平面上喷涂的硬金属涂层会出现特殊的问题。如果基体属于较硬的金属，喷砂所能剥蚀的深度将会减小，导致涂层的结合强度下降。另外，硬金属涂层通常较厚，不像铝或锌等一些软金属涂层那样薄，因此，在冷却过程中涂层产生的总收缩量会大得多。此时，通常要对平面进行