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超音速喷涂原理及特点
浏览: 发布日期:2017-11-24
摘要: 超音速火焰喷涂,它的英文缩写为HVOF(High Velocity Oxygen Fuel的首写字母)。超音速火焰喷涂是在爆炸喷涂的基础上发展起来的一项新的热喷涂技术,是在上世纪八十年代初期,由美国

       超音速火焰喷涂,它的英文缩写为HVOF(High Velocity Oxygen Fuel的首写字母)。超音速火焰喷涂是在爆炸喷涂的基础上发展起来的一项新的热喷涂技术,是在上世纪八十年代初期,由美国Browning公司最先研制成功,并推出名为JET-KOTE的商用喷涂设备。超音速火焰喷涂技术一经问世,就以其超高的焰流速度和相对较低的温度,在喷涂金属碳化物和金属合金等材料方面显现出了明显优势。在世界各大热喷涂公司的积极推动下,该技术发展很快,目前超音速火焰喷涂技术在喷涂金属碳化物、金属合金等方面,已逐步取代了等离子喷涂和其它喷涂工艺,成为热喷涂的一项重要工艺方法。  

        1、超音速火焰喷涂原理  
       超音速火焰喷涂是将助燃气体与燃烧气体在燃烧室中连续燃烧,燃烧的火焰在燃烧室内产生高压并通过与燃烧室出口联接的膨胀喷嘴产生高速焰流,喷涂材料送入高速射流中被加热、加速喷射到经预处理的基体表面上形成涂层的方法。可使用乙炔、丙烷、丙烯、氢气等作为燃气,也可使用柴油或煤油等液体燃料。  
        煤油、氧气通过小孔进入燃烧室后混合,在燃烧室内稳定、均一地燃烧。有监测器用来监控燃烧室内压力,以确保稳定燃烧,喷涂粉末的速度与燃烧室内压力成正比。燃烧室的出口设计使高速气流急剧扩展加速,形成超音速区和低压区。粉末在低压区域沿径向多点注入,粉末均一混合,在气流中加速喷出。高速火焰喷涂焰流速度高达1500m/s-2000m/s,一般可观察到5-8个明显的马赫锥,粒子流速度高达300-650m/s。  
        2、设备构成  
        超音速火焰喷涂设备一般由喷枪、送粉器、控制系统、喷枪冷却系统、气体供应系统五部分构成。目前我国在用的超音速火焰喷涂设备绝大部分是进口的,使用最多的型号为:Sulzer Metco公司的DJ-2700和Praxair公司的JP-5000,JP-5000 是原Hobart Tafa公司研制成功的,后该公司并入了Praxair公司。这两种设备在国外应用也最为广泛,代表了当今世界高速火焰喷涂技术的发展水平。  
      (1) Praxair JP-5000型。该设备以煤油作为燃料,其特点是燃烧室压力高(>10bar),功率大、焰流出口速度高(2100m/s);粉末由燃烧嘴低压区沿径向注入,使得粉末受热均匀、充分。相比其它工艺,其适宜喷涂的粉末粒度较粗,这有利于降低成本。目前为止,JP-5000喷制的WC-Co涂层性能略优于其它HVOF方法,但其氧气和煤油的消耗量十分惊人。  
      (2)Sulzer Metco DJ-2700 。该设备由Sulzer Metco公司生产,以丙烷或丙烯作为燃气,国内大多用丙烷作燃气。该设备分手动控制型和自动控制型两种,手动型设备仅由喷枪、送粉器、流量控制器三部分构成,具有很好的机动性,可用于现场喷涂生产。同JP-5000相比,DJ-2700具有配置简单实用,操作方便、氧-燃气耗量低的特点。  
         3、涂层和工艺特点: 
        超音速火焰喷涂工艺因其鲜明的特点:超高的焰流速度和相对较低的温度,使其涂层性能和喷涂工艺具有许多特点:  
       (1)火焰及喷涂粒子速度高。火焰速度达到1800m/s以上,粒子速度:300-650m/s。  
       (2) 粉粒受热均匀。喷涂粉粒沿轴向或径向注入燃烧室,使粉末在火焰中停留时间相对较长,熔融充分,产生集中的喷射束流。  
       (3)粉粒与周围大气接触时间短,粉末粒子飞行速度高,和周围大气接触时间短,很少与大气发生反应,喷涂材料中活泼元素烧损少。这对碳化物材料尤为有利,可避免分解和脱碳。  
       (4)喷涂粉末细微,涂层光滑用于高速火焰喷涂的粉末粒度一般为:10-45μm,属于细粒度粉末,同时喷涂粒子速度高,熔融充分,形成涂层时变形充分,使得涂层表面粗糙度小。  
       (5)涂层致密,结合强度高一般高速火焰喷涂涂层的孔隙率<2%,结合强度>70MPa。