超音速火焰噴涂工作原理

2262　 2023-10-08 16:01:09

超音速火焰噴涂是將氣態(tài)或液態(tài)燃料與高壓氧氣混合后在特定的燃燒室或噴嘴中燃燒，產(chǎn)生的高溫、高速的燃燒焰流被用來噴涂，其噴槍由燃燒室（使噴涂材料粒子得到充分加熱加速）、Laval噴嘴（將焰流加速到超音速）和等截面長(zhǎng)噴管（使噴涂材料粒子得到充分加熱加速）三部分組成。由于燃燒火焰的速度是音速的數(shù)倍，目視可見焰流中明亮的“馬赫節(jié)”，因而一般都稱HVOF為超音速火焰噴涂。

超音速火焰噴涂是1981年美國(guó)的Browing發(fā)明的一種新型熱噴涂技術(shù)，與常規(guī)火焰噴涂不同的是超音速火焰噴涂采用特殊設(shè)計(jì)（專業(yè)噴涂線、噴砂房、噴漆房及廢氣治理設(shè)備廠家：樊13141458653微信同）的燃燒室和噴嘴，驅(qū)動(dòng)大流量的燃料并用高壓氧氣助燃，從而獲得了極高速度的燃燒焰流。采用液態(tài)燃料的噴槍，又稱作高壓超音速火焰噴涂（HP-HVOF），其燃燒壓力可達(dá)8.2巴，火焰速度7倍音速以上。

超音速火焰噴涂碳化鎢涂層由于可以快速地沉積硬度較高的耐磨損耐腐蝕涂層，從而被認(rèn)為是有可能替代電鍍硬鉻層，其替代電鍍硬鉻的綜合性包括涂層對(duì)基體疲勞性能的影響、涂層的摩擦磨損和韌性等。

超音速火焰噴涂因?yàn)槟?/span>磨損和腐蝕、表面平滑（近乎噴涂），化學(xué)性質(zhì)均勻，空隙率低，在工業(yè)中得到了廣泛的應(yīng)用，特別是航天航空以及石油工業(yè)等一些對(duì)涂層性能要求較高的領(lǐng)域。

超音速火焰噴涂的工作原理

燃?xì)馀c氧氣的混合氣體在高壓下被送至位于噴槍出口處的點(diǎn)燃區(qū)并點(diǎn)燃。環(huán)狀流動(dòng)的熱氣流受到外圍壓縮空氣流的壓縮，使之加速形成超音速火焰。粉末在載氣的作用下被送到噴槍的出口處，進(jìn)入燃燒火焰中，形成涂層,.超音速火焰噴涂設(shè)備由噴槍、送粉器、控制系統(tǒng)、熱交換系統(tǒng)和各種管路五部分組成，屬緊湊型噴涂設(shè)備，具有操作簡(jiǎn)單、工作穩(wěn)定、燃耗低、涂層性能好的特點(diǎn)。

超聲速火焰噴涂的優(yōu)勢(shì)

1、涂層硬度大、噴涂WC-Co涂層的顯微硬度（HV）最高可達(dá)1600，和燒結(jié)材料相當(dāng)。有效地使用動(dòng)能和控制的熱輸出，致密性好，結(jié)構(gòu)精密均勻，孔隙率很低（小于1% ）。涂層殘留內(nèi)部應(yīng)力小，因此噴涂的厚度是用一般的熱噴涂獲得的涂層的厚度所達(dá)不到的。涂層和基（專業(yè)噴涂線、噴砂房、噴漆房及廢氣治理設(shè)備廠家：樊13141458653微信同）材結(jié)合力強(qiáng)，有些能超過83 MPa（12,000 PSI）。WC-CoCr是在WC-Co上發(fā)展起來的，其特點(diǎn)是具有良好的抗腐蝕性能，具有抗疲勞和耐摩擦磨損性能。

2、超音速火焰噴涂具有工藝性好（噴涂距離150~380mm）、火焰溫度低（一般在2900~3300℃之間）、粒子速度更高的特點(diǎn)，火焰及噴涂粒子速度可達(dá)2000m/s，噴涂粒子可超過650m/s。相比等離子噴涂和電弧噴涂來說溫度較低，粒子與周圍大氣接觸時(shí)間短，粉末氧化、燒損小。適合噴涂碳化物等易氧化粉末材料。

3、超音速火焰噴涂碳化鎢涂層具有良好的抗高溫氧化和耐沖蝕性能。采用HVOF制備的WC-17Co、WC-12Co、NiCrBSi+35WC涂層具有非常良好的抗高溫氧化性能和耐沖蝕性能。其中WC-17Co涂層表現(xiàn)出優(yōu)良的抗沖蝕能力。

4、超音速火焰噴涂碳化鎢涂層具有較高的抗熱疲勞性能。采用HVOF技術(shù)噴涂碳化鎢涂層，并對(duì)涂層的抗熱疲勞行為進(jìn)行研究。試驗(yàn)結(jié)果表明HVOF涂層經(jīng)過熱震試驗(yàn)后涂層均保持完好無損未出現(xiàn)裂紋及剝落等任何缺陷。這充分說明了HVOF涂層具有非常高的抗熱疲勞性能。

5、與爆炸噴涂相比,超聲速火焰噴涂雖然也是采用燃料燃燒形成超聲速氣流,但后者是連續(xù)、均勻的高速焰流，前者則是脈動(dòng)的，還必須同步脈動(dòng)地用惰性氣體清除槍管中的殘余燃?xì)狻?/span>

6、涂層耐磨損、抗腐蝕性能好，通常表面磨光平滑，也可以被磨光和/或超磨光。

7、設(shè)備操作簡(jiǎn)單靈活、易于保養(yǎng)。可噴涂各種規(guī)格和形狀的物體，特別適合于大面積涂層，并可在野外作業(yè)。

采用超音速火焰噴涂工藝，選用陶瓷材料，在導(dǎo)輥表面噴涂陶瓷涂層，加工保證涂層厚度不低于0.6mm，表面粗糙度能達(dá)到Ra0.8，保（專業(yè)噴涂線、噴砂房、噴漆房及廢氣治理設(shè)備廠家：樊13141458653微信同）證涂層結(jié)合良好，無砂眼、氣孔、剝離等現(xiàn)象，有效提高經(jīng)過熱噴涂加工后導(dǎo)輥的表面使用強(qiáng)度。

超聲速火焰噴涂的不足

作為一種表面處理技術(shù)，超聲速火焰噴涂也存在許多不足之處，主要體現(xiàn)在：

1、材料利用率低、浪費(fèi)大；

超聲速火焰噴涂WC-Co粉末時(shí)，沉積效率通常低于45%，而噴涂NiCr-Cr3C2時(shí)，沉積效率僅為30%~40%左右，大大增加了涂層材料的消耗和成本。雖然由于超聲速火焰噴涂形成壓應(yīng)力涂層，因而理論上能噴涂厚涂層，但實(shí)際上，如噴涂第一層WC-Co涂層后，由于涂層硬度高，對(duì)隨后噴涂的WC-Co顆粒的反彈力大，會(huì)使沉積效率進(jìn)一步下降。

2、噴涂層與基板之間的粘結(jié)強(qiáng)度低，不能承受交變載荷和沖擊載荷；

3、基材表面處理必須高；

4、超音速火焰噴涂過程受各種條件的影響，沒有有效的涂層質(zhì)量檢測(cè)方法；

5、適宜噴涂的材料較少；

超聲速火焰噴涂技術(shù)具有高速低溫的特點(diǎn)，在噴涂Co-Wc粉末以及低熔點(diǎn)TiO2陶瓷粉末時(shí)，可以保證粉末在噴涂中更少的氧化和失碳，從而使涂層有更高的硬度和更好的耐磨損性。但其無法熔融高熔點(diǎn)陶瓷粉末材料；噴涂金屬或合金粉末時(shí)，成本太高，體現(xiàn)不出優(yōu)越性。

6、對(duì)噴涂粉末的粒度要求高，噴涂時(shí)顆粒飛行速度很高，火焰溫度又較低，要求粉粒尺寸?。?/span>10~53>um）、分布范圍窄，否則不能熔化。

7、供氣系統(tǒng)龐大，操作不方便，噪音大（大于120dB），需有隔音和防護(hù)裝置。

超聲速火焰噴涂氣體消耗量大（通常大于90m3/h），通常為普通火焰噴涂的數(shù)倍至10倍，即使采用液體燃料如煤油，氧氣用量也很大，需采用“匯流排”管網(wǎng)供氣。若用氣體燃料，供氣裝置就更大了。

8、工件受大流量燃?xì)膺B續(xù)噴射，使工件基體受熱量大。熱效率低，燃料高強(qiáng)度燃燒產(chǎn)生的熱能大量被冷卻水或冷卻用空氣帶走；高速焰流的熱能，因粉末在焰流中停留時(shí)間短，熱交換并不充分，也影響熱能利用率。

9、如果選用的噴涂材料品質(zhì)不好或長(zhǎng)時(shí)間噴涂,它也會(huì)經(jīng)常出現(xiàn)結(jié)瘤。

新發(fā)展的超聲速火焰噴槍，采用壓縮空氣作助燃?xì)怏w，稱為高速空氣燃料噴涂（HVAF），它可以大大減少氧氣消耗和成本，簡(jiǎn)化供氧設(shè)備，不需水冷卻，而且燃燒火焰溫度降低，噴涂WC-Co類易氧化高耐磨涂層時(shí)，碳化物的燒損減少，涂層質(zhì)量更好,但是要配10m³以上的空氣壓縮機(jī)。