超音速火(huǒ)焰噴塗工(gōng)作原理

1390　 2023-10-08 16:01:09

超音速火(huǒ)焰噴塗是将氣态或液态燃料與高壓氧氣混合後在特定的燃燒室或噴嘴中(zhōng)燃燒，産生(shēng)的高溫、高速的燃燒焰流被用來噴塗，其噴槍由燃燒室（使噴塗材料粒子得到充分(fēn)加熱加速）、Laval噴嘴（将焰流加速到超音速）和等截面長噴管（使噴塗材料粒子得到充分(fēn)加熱加速）三部分(fēn)組成。由于燃燒火(huǒ)焰的速度是音速的數倍，目視可見焰流中(zhōng)明亮的“馬赫節”，因而一(yī)般都稱HVOF爲超音速火(huǒ)焰噴塗。

超音速火(huǒ)焰噴塗是1981年美國的Browing發明的一(yī)種新型熱噴塗技術，與常規火(huǒ)焰噴塗不同的是超音速火(huǒ)焰噴塗采用特殊設計（專業噴塗線、噴砂房、噴漆房及廢氣治理設備廠家：樊13141458653微信同）的燃燒室和噴嘴，驅動大(dà)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。采用液态燃料的噴槍，又(yòu)稱作高壓超音速火(huǒ)焰噴塗（HP-HVOF），其燃燒壓力可達8.2巴，火(huǒ)焰速度7倍音速以上。

超音速火(huǒ)焰噴塗碳化鎢塗層由于可以快速地沉積硬度較高的耐磨損耐腐蝕塗層，從而被認爲是有可能替代電(diàn)鍍硬鉻層，其替代電(diàn)鍍硬鉻的綜合性包括塗層對基體(tǐ)疲勞性能的影響、塗層的摩擦磨損和韌性等。

超音速火(huǒ)焰噴塗因爲耐磨損和腐蝕、表面平滑（近乎噴塗），化學性質均勻，空隙率低，在工(gōng)業中(zhōng)得到了廣泛的應用，特别是航天航空以及石油工(gōng)業等一(yī)些對塗層性能要求較高的領域。

超音速火(huǒ)焰噴塗的工(gōng)作原理

燃氣與氧氣的混合氣體(tǐ)在高壓下(xià)被送至位于噴槍出口處的點燃區并點燃。環狀流動的熱氣流受到外(wài)圍壓縮空氣流的壓縮，使之加速形成超音速火(huǒ)焰。粉末在載氣的作用下(xià)被送到噴槍的出口處，進入燃燒火(huǒ)焰中(zhōng)，形成塗層,.超音速火(huǒ)焰噴塗設備由噴槍、送粉器、控制系統、熱交換系統和各種管路五部分(fēn)組成，屬緊湊型噴塗設備，具有操作簡單、工(gōng)作穩定、燃耗低、塗層性能好的特點。

超聲速火(huǒ)焰噴塗的優勢

1、塗層硬度大(dà)、噴塗WC-Co塗層的顯微硬度（HV）最高可達1600，和燒結材料相當。有效地使用動能和控制的熱輸出，緻密性好，結構精密均勻，孔隙率很低（小(xiǎo)于1% ）。塗層殘留内部應力小(xiǎo)，因此噴塗的厚度是用一(yī)般的熱噴塗獲得的塗層的厚度所達不到的。塗層和基（專業噴塗線、噴砂房、噴漆房及廢氣治理設備廠家：樊13141458653微信同）材結合力強，有些能超過83 MPa（12,000 PSI）。WC-CoCr是在WC-Co上發展起來的，其特點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(huǒ)焰噴塗具有工(gōng)藝性好（噴塗距離(lí)150~380mm）、火(huǒ)焰溫度低（一(yī)般在2900~3300℃之間）、粒子速度更高的特點，火(huǒ)焰及噴塗粒子速度可達2000m/s，噴塗粒子可超過650m/s。相比等離(lí)子噴塗和電(diàn)弧噴塗來說溫度較低，粒子與周圍大(dà)氣接觸時間短，粉末氧化、燒損小(xiǎo)。适合噴塗碳化物(wù)等易氧化粉末材料。

3、超音速火(huǒ)焰噴塗碳化鎢塗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塗層具有非常良好的抗高溫氧化性能和耐沖蝕性能。其中(zhōng)WC-17Co塗層表現出優良的抗沖蝕能力。

4、超音速火(huǒ)焰噴塗碳化鎢塗層具有較高的抗熱疲勞性能。采用HVOF技術噴塗碳化鎢塗層，并對塗層的抗熱疲勞行爲進行研究。試驗結果表明HVOF塗層經過熱震試驗後塗層均保持完好無損未出現裂紋及剝落等任何缺陷。這充分(fēn)說明了HVOF塗層具有非常高的抗熱疲勞性能。

5、與爆炸噴塗相比,超聲速火(huǒ)焰噴塗雖然也是采用燃料燃燒形成超聲速氣流,但後者是連續、均勻的高速焰流，前者則是脈動的，還必須同步脈動地用惰性氣體(tǐ)清除槍管中(zhōng)的殘餘燃氣。

6、塗層耐磨損、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、設備操作簡單靈活、易于保養。可噴塗各種規格和形狀的物(wù)體(tǐ)，特别适合于大(dà)面積塗層，并可在野外(wài)作業。

采用超音速火(huǒ)焰噴塗工(gōng)藝，選用陶瓷材料，在導輥表面噴塗陶瓷塗層，加工(gōng)保證塗層厚度不低于0.6mm，表面粗糙度能達到Ra0.8，保（專業噴塗線、噴砂房、噴漆房及廢氣治理設備廠家：樊13141458653微信同）證塗層結合良好，無砂眼、氣孔、剝離(lí)等現象，有效提高經過熱噴塗加工(gōng)後導輥的表面使用強度。

超聲速火(huǒ)焰噴塗的不足

作爲一(yī)種表面處理技術，超聲速火(huǒ)焰噴塗也存在許多不足之處，主要體(tǐ)現在：

1、材料利用率低、浪費(fèi)大(dà)；

超聲速火(huǒ)焰噴塗WC-Co粉末時，沉積效率通常低于45%，而噴塗NiCr-Cr3C2時，沉積效率僅爲30%~40%左右，大(dà)大(dà)增加了塗層材料的消耗和成本。雖然由于超聲速火(huǒ)焰噴塗形成壓應力塗層，因而理論上能噴塗厚塗層，但實際上，如噴塗第一(yī)層WC-Co塗層後，由于塗層硬度高，對随後噴塗的WC-Co顆粒的反彈力大(dà)，會使沉積效率進一(yī)步下(xià)降。

2、噴塗層與基闆之間的粘結強度低，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(huǒ)焰噴塗過程受各種條件的影響，沒有有效的塗層質量檢測方法；

5、适宜噴塗的材料較少；

超聲速火(huǒ)焰噴塗技術具有高速低溫的特點，在噴塗Co-Wc粉末以及低熔點TiO2陶瓷粉末時，可以保證粉末在噴塗中(zhōng)更少的氧化和失碳，從而使塗層有更高的硬度和更好的耐磨損性。但其無法熔融高熔點陶瓷粉末材料；噴塗金屬或合金粉末時，成本太高，體(tǐ)現不出優越性。

6、對噴塗粉末的粒度要求高，噴塗時顆粒飛行速度很高，火(huǒ)焰溫度又(yòu)較低，要求粉粒尺寸小(xiǎo)（10~53>um）、分(fēn)布範圍窄，否則不能熔化。

7、供氣系統龐大(dà)，操作不方便，噪音大(dà)（大(dà)于120dB），需有隔音和防護裝置。

超聲速火(huǒ)焰噴塗氣體(tǐ)消耗量大(dà)（通常大(dà)于90m3/h），通常爲普通火(huǒ)焰噴塗的數倍至10倍，即使采用液體(tǐ)燃料如煤油，氧氣用量也很大(dà)，需采用“彙流排”管網供氣。若用氣體(tǐ)燃料，供氣裝置就更大(dà)了。

8、工(gōng)件受大(dà)流量燃氣連續噴射，使工(gōng)件基體(tǐ)受熱量大(dà)。熱效率低，燃料高強度燃燒産生(shēng)的熱能大(dà)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(zhōng)停留時間短，熱交換并不充分(fēn)，也影響熱能利用率。

9、如果選用的噴塗材料品質不好或長時間噴塗,它也會經常出現結瘤。

新發展的超聲速火(huǒ)焰噴槍，采用壓縮空氣作助燃氣體(tǐ)，稱爲高速空氣燃料噴塗（HVAF），它可以大(dà)大(dà)減少氧氣消耗和成本，簡化供氧設備，不需水冷卻，而且燃燒火(huǒ)焰溫度降低，噴塗WC-Co類易氧化高耐磨塗層時，碳化物(wù)的燒損減少，塗層質量更好,但是要配10m³以上的空氣壓縮機。