高速火焰喷涂技术

点击数：1886发布时间：2023-10-31 00:00:00　

高速火焰喷涂技术

高速火焰喷涂技术经过多年的发展，已经发展成熟。一般分为高速氧气燃料火焰喷涂(High-Velocity Oxy-Fuel Spraying，简称HVOF)和高速空气燃料火焰喷涂(High-Velocity Air-Fuel Spraying，简称HVAF)2种，分别采用氧气和压缩空气作为助燃剂。 3. 1 HVAF HVAF技术采用空气代替氧气作为燃烧介质，降低了成本，同时降低了焰流温度(约1 300 °C)[22]。在喷涂过程中，由于粉末颗粒温度一般低于熔点，因此不容易产生喷嘴积瘤；粉末颗粒速度高，可到700 ~ 850 m/s；喷涂涂层的氧化和涂层材料分解(如WC颗粒脱碳)情况有很大程度的减少。因此，HVAF喷涂的金属、WC等涂层致密[22](如图7所示)，氧化物含量极低，而且涂层内应力小，可用于喷涂2 mm以上的厚涂层。HVAF设备已经在一定程度上被接受，目前全球有20台以上设备在运行。  7  HVAF Figure 7  Tungsten carbide deposit by high velocity air-fu

V-Gun HVOF喷涂

过程中氧气和燃料在燃烧室内燃烧，火焰温度在3 000 °C左右，因此常见HVOF喷枪如JP5000、K2和Jet Kote等都需要采用冷却水进行冷却，大约1/4的热量被冷却水带走[23]。这样，不仅造成大量的能量浪费，而且使得火焰中加热粉末颗粒能力降低。HVOF喷枪Jet Kote和JP5000的发明人James Browning先生最近研究出了一种称为V-Gun的HVOF喷枪，可用于喷涂粉末和丝材。V-gun喷枪设计利用了类似于龙卷风的原理[23]，如图8a所示。先通入的氧气在喷枪内沿管内径的切向流动，在管中心形成类似于龙卷风暴风眼的低压部分，暴风眼沿整个管长度都自动居中，氧气强制沿管内径流动。如图8b所示，再通入的燃气就能轻易地沿暴风眼达到管出口，而且在管内基本上不会与氧气混合。点燃后，燃烧的火焰直径沿流动方向逐渐变大。只要枪管的长度合适，则刚好可以不用冷却而枪管不会被火焰融化。火焰温度约2 760 °C。显然，V-gun喷涂时绝对不会有堵枪管的情况发生，不使用水冷，也简化了设计，大幅降低了设备成本和使用成本。目前，使用12.7 mm内径的枪管，喷涂铝丝材和不锈钢丝效率最高可到40磅/h [24]。若采用400 mm长枪管，其中200 mm用水冷枪管，则可以将喷涂的铝涂层的孔隙率从1.0%降低到约0.1%，氧化物含量也显著降低[23]

内孔HVOF喷枪

近10年来，用高速火焰喷涂涂层替代电镀硬铬得到了广泛的研究和应用，特别是高速火焰喷涂碳化钨涂层作为替代涂层应用非常成功[24]。但是，用高速火焰喷涂制备内孔涂层，特别是直径500 mm以下的内孔，一直局限于长径比≤1的工况，更深的内孔无法喷涂，限制了碳化钨涂层替代电镀硬铬的应用范围。 最近，Thermico公司开发了商品名为ID CoolFlow的HVOF喷枪(如图9 [25]所示)，喷枪火焰功率从80 ~ 120 kW减少到5 ~ 30 kW，且喷距减小到35 ~ 55 mm，如果配合采用5 ~ 15 μm的碳化钨粉末，能应用于喷涂最小直径为80 mm的内孔，而不会产生基体过热。