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超音速火焰喷涂的应用

更新时间  2018-11-02 15:55:36 阅读

超音速火焰喷涂,又称高速氧燃料喷涂(HVOF,HighVelocityOxy-Fuel),是20世纪80年代初在普通火焰喷涂和炸药喷涂的基础上发展起来的一种新的热喷涂技术。利用传统火焰喷涂在提供动能方面的潜在优势,提出了一种高能量、高速度的喷涂方法。


超音速火焰喷涂的热源是可燃气体(如H2、C3H3或C3H6等)。与高压O2混合,或液体燃料,如煤油和酒精混合与高压O2,并在一个特殊的燃烧室点燃。或者是在特殊的喷嘴中燃烧产生的高温高速火焰流,超声速高温火焰流是由水冷喷嘴对强膨胀气体的约束而形成的,燃烧火焰速度可达1500~2000m/s以上。在典型的超音速火焰中可以观察到马赫锥的存在。将粉末从氮气中通过粉末入口输送到燃烧室中心的粉末通道,并将粉末沿轴向或横向输入火焰流中,通过加速火焰流动来达到超音速,即实现粉末颗粒的加热和加速以及涂层的沉积。由于火焰流动速度较高,加热到熔融或半熔融状态时,喷涂粒子可加速到300-650m/s,从而获得高结合强度和致密性的高质量涂层。

超音速火焰喷涂的应用

在超音速火焰喷涂技术中,喷枪是产生稳定高速火焰的必要保证,是保证涂层质量的关键。超音速喷涂喷枪主要由三个部分组成:用于混合空气和燃料的燃烧室,用于加速火焰流动的超音速拉瓦尔喷头,以及用于充分加热和加速喷涂材料颗粒的具有均匀截面的长喷嘴。由于受火焰温度的限制,超音速火焰比等离子体热源温度低(约3000℃),速度高。对于WC-Co硬质合金,可以有效地抑制WC在喷涂过程中的分解该涂层不仅具有较高的结合强度和致密性,而且能最大限度地保持粉末中WC相的硬度和耐磨性。因此,涂层的耐磨性优于爆炸喷涂涂层,大大优于等离子体喷涂涂层。它也优于电镀硬铬涂层和喷焊涂层,目前已得到广泛应用。


世界上第一个超音速火焰喷涂系统是由Browning公司于1982年开发的。经过多年的不断研发和应用,其独特的技术优势逐渐被人们所认可和接受。因此,许多发达国家都投入了大量的人力和物力来研究和开发超音速船。在20世纪80年代末和90年代初,各种HVOF喷涂系统被成功开发并投入市场。如金刚石喷(钻石喷)、冲锋枪(顶炮)、连续爆炸喷涂(CDS、连续喷枪)、喷气炮(J-枪)、高速航空燃油系统(HVAF、高速航空燃料)等,每种系统都有各自的特点。涂层的质量在很大程度上取决于喷涂方法,但也受到特定喷涂系统的影响。随着超VOF技术的发展和应用,各种喷涂系统也得到了相应的改进和完善。为此,出现了许多新的HVOF喷涂系统,如J-K的改进型Jet-Kote2系统和Top-Gun的派生HV-2000系统。DJ-2600,DJ-2700和JP-5000分别来源于DJ和J-枪


近年来,人们研制了一种高频脉冲爆炸超声速系统,使其爆炸频率远远高于传统的爆炸喷涂。根据系统的开发过程和速度特点,Jet-Kote被称为第一代HVOF,JP-5000型,DJ2000系列被称为第三代超VOF系统,其他超VOF系统被称为第二代超VOF。第一代和第二代超音速火焰具有相似的火焰速度特性,因此涂层的沉积特性和性能没有明显的变化。第三代超音速火焰喷管采用速度较高的Laval喷管,在喷涂过程中颗粒的熔化程度受到较大的限制。除了有效地抑制WC在喷涂过程中的分解外,沉积过程中的颗粒也起到了一定的抑制作用。它将产生明显的喷丸效果,使涂层产生残余压应力,从而有效地提高涂层的表观结合强度。根据超声速(HVOF)在金属陶瓷涂层制备中的特点,近年来提出了一种以高速粒子为主体的涂层制备新方法,如HVIF(HighVelocityImpactFusion)喷涂法、冷喷涂法(ColdSpraing),特别是冷喷涂法。由于金属涂层的氧化能力有限,受到了广泛的关注,目前得到了迅速的发展。

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