热喷涂工艺原理（二）

爆炸喷涂

爆炸喷涂：利用氧气和乙炔气点火燃烧，造成气体膨胀而产生爆炸，释放出热能和冲击波，热能使喷涂粉末熔化，冲击波则使熔融粉末以700～800m/s的速度喷射到工件表面上形成涂层。图5为爆炸喷枪示意图。

 爆炸喷涂原理

爆炸涂层形成的基本特征，一般认为仍然是高速熔融粒子碰撞基体的结果。爆炸喷涂的最大特点是粒子飞行速度高，动能大，所以爆炸喷涂涂层具有：①涂层和基体的结合强度高，②涂层致密，气孔率很低，③涂层表面加工后粗糙度低，④工件表面温度低。爆炸喷涂可喷涂金属，金属陶瓷及陶瓷材料，但是由于该设备价格高，噪音大，属氧化性气氛等原因，国内外应用还不广泛。目前世界上应用最成功的爆炸喷涂是 美国联合碳化物公司林德分公司1955年取得的专利，其设备及工艺参数至今仍然保密。中国于1985年左右，由中国航天工业部航空材料研究所研制成功爆炸喷涂设备,就Co/WC涂层性能来看，喷涂性能与美国联合碳化物公司的水平接近。

在爆炸喷涂中，当乙炔含量为45%时，氧-乙炔混合气可产生3140℃的自由燃烧温度，但在爆炸条件下可能超出4200℃，所以绝大多数粉末能够熔化。粉末在高速枪中被输运的长度远大于等离子枪，这也是其粒子速度高的原因。

超音速喷涂

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。

 超音速火焰喷涂枪

燃料航空煤油与助燃剂（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。

 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<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。