超音速喷涂

点击数：851发布时间：2015-06-22 08:34:45　

为了与美国碳化物公司的爆炸喷涂抗争,上世纪60年代初期,美国人J.Browning发明了超音速火焰喷涂技术,称之为"Jet-Kote",并于1983年获得美国专利。

近些年来,国外超音速火焰喷涂技术发展迅速,许多新型装置出现,在不少领域正在取代传统的等离子喷涂。

在国内,武汉材料保护研究所,北京钢铁研究总院,北京钛得新工艺材料有限公司等也在进行这方面研究,并生产出有自己特色的超音速喷涂装置。图1－6是超音速火焰喷涂枪示意图。

图1－6 超音速火焰喷涂枪

燃料气体(氢气,丙烷,丙烯或乙炔－甲烷-丙烷混合气体等)与助燃剂（O2）以一定的比例导入燃烧室内混合，爆炸式燃烧，因燃烧产生的高温气体以高速通过膨胀管获得超音速。同时通入送粉气（Ar或N2），定量沿燃烧头内碳化钨中心套管送入高温燃气中，一同射出喷涂于工件上形成涂层。

在喷涂机喷嘴出口处产生的焰流速度一般为音速的4倍，即约1520m/s，最高可高达2400m/s（具体与燃烧气体种类，混合比例，流量，粉末质量和粉末流量等有关）。粉末撞击到工件表面的速度估计为550-760m/s，与爆炸喷涂相当。

Jet-Kote法之所以能有这么高的速度，关键在于按流体力学的原理合理设计制造了一个喷嘴，称之为Laval管的膨胀管，其原理如下图1－7。

图1－7  Laval管

由流体力学知：对一维可压缩流体，则有：

ds/s=(M²-1)dv/v

其中： S―管器截面积；　　　Ｍ＝v/v声（马赫数）； V－流体速度

由式中我们看出：

当V>v声，即Ｍ>1时，则dv与ds符号相同,即随管道截面积变大(ds为正)时,流体速度也增大.

当V声，即Ｍ<1时，则dv与ds符号相反,即随管器截面积变小(ds为负）时,流体速度亦增大.

所以,只要管子设计合理,则流体在速度低时,只要经过足够压缩,即可在管器某一截面(如AB)达到声速,过了这一截面后,将获得超音速。

超音速喷涂法具有如下的特点：

①粉粒温度较低,氧比较轻(这主要是由于粉末颗粒在高温中停留时间短,在空气中暴露时间短的缘故，所以涂层中含氧化物量较低,化学成分和相的组成具有较强的稳定性)，但只适于喷涂金属粉末、Co-Wc粉末以及低熔点TiO2陶瓷粉末；

②粉粒运动速度高。

③粉粒尺寸小（10～53>μm）、分布范围窄，否则不能熔化。

④涂层结合强度、致密度高，无分层现象。

⑤涂层表面粗糙度低。

⑥喷涂距离可在较大范围内变动，而不影响喷涂质量。

⑦可得到比爆炸喷涂更厚的涂层，残余应力也得到改善。

⑧喷涂效率高，操作方便。

⑨噪音大（大于120dB），需有隔音和防护装置。