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超音速火焰噴涂(HVOF)

熱噴涂技術

超音速火焰噴涂(HVOF)

分類:
熱噴涂設備分類
作者:
發布時間:
2011/11/23 00:00

工作原理:

11  超音速火焰噴涂又稱作高速氧燃料噴涂(High Velocity Oxygen Fuel)。超音速火焰噴涂是將氣態或液態燃料與高壓氧氣混合后在特定的燃燒室或噴嘴中燃燒,產生的高溫、高速的燃燒焰流被用來噴涂。由于燃燒火焰的速度是音速的數倍,目視可見焰流中明亮的“馬赫節”,因而一般都稱HVOF為超音速火焰噴涂。超音速火焰噴涂是在20世紀80年代研發成功的,并由美國司太立涂層公司首先推出商品化的Jet Kote HVOF噴涂系統。隨后采用不同燃料和不同構造的HVOF噴槍不斷出現,如Top-Gun、HV-2000、DJ及JP5000等等。與常規火焰噴涂不同的是超音速火焰噴涂采用特殊設計的燃燒室和噴嘴,驅動大流量的燃氣并用高壓氧氣助燃,從而獲得了極高速度的燃燒焰流。采用氣態燃料的噴槍,其燃燒壓力一般為25~60PSI,火焰速度為2~4倍音速。為了獲得更高的速度和燃燒壓力,普萊克斯表面技術公司開發出了以航空煤油為燃料的JP5000和JP8000超音速火焰噴涂裝備,又稱作高壓超音速火焰噴涂(HP-HVOF),其燃燒壓力可達150PSI,火焰速度近7倍音速。

設備組成

  1. 燃料/燃氣的供給系統。此系統應滿足超音速噴槍對燃料/燃氣在壓力和流量上的要求。
  2. 助燃氣體-氧氣的供給系統-采用大流量高壓氧氣,保證助燃氣體的供給。
  3. 噴槍。噴槍是超音速火焰噴涂中最關鍵的裝備。噴槍一般由燃燒室、槍筒、噴嘴、冷卻系統、燃料進口、氧氣進口、送粉口、火花塞以及不同的管路等組成。不同的系統其噴槍結構也不同。
  4. 送粉器。用以向噴槍內輸送粉末材料。
  5. 控制系統??刂葡到y應能控制超音速火焰噴涂所有參數,包括噴槍功率,氧氣和燃料的流量,送粉量和載粉氣體流量以及冷卻水的溫度和流量。一般控制系統可預先設定噴涂參數,工作中系統能控制設備按設定的參數運行??刂葡到y還設有自動點火和自動熄火程序以保證設備的操作安全?,F在先進的控制系統還具備閉環控制功能,除了對氣體的質量流量和送粉器的送粉量進行閉環控制外,還能在噴槍上檢測燃燒室的壓力,自動反饋并閉環控制相關參數以確保燃燒室壓力不變。
  6. 水冷系統。用于對噴槍槍體進行冷卻。它由水箱、制冷機、循環水泵、以及各種閥門和測溫儀表組成。

 

主要特點:

  1. 燃氣速度非常高,一般是音速的2倍以上,有的可達7倍音速。
  2. 噴涂粉末的速度也非常高,最高的可達1000米/秒。
  3. 涂層高度致密,結合強度高,氣孔率能小于1%,結合強度可大于70MPa。
  4. 涂層材料氧化程度低,失碳少,因而涂層硬度高。
  5. 粉末顆粒在高速焰流中獲得了極大的動能,對基材和已沉積顆粒的撞擊效果顯著,而且沉積顆料中只有一小部分粒子存在液/固相凝固和收縮過程,絕大多數為固相變形,涂層中生成有利于提高涂層可靠性的壓應力。
  6. 涂層厚度可大于12.7mm(1/2″)。
  7. 高速的撞擊和強烈的變形使材料的晶格產生畸變,增加了材料的活性,從而增加了與相鄰的顆?;蚧w材料生成物理結合的可能,涂層的可靠性極高。
  8. 噴后涂層的表面光潔。
 

先進技術表征

  • 先進的超音速火焰噴涂設備應該具有以下這些特征的一部分或全部。
  • 噴槍燃燒室壓力高。這是因為:燃燒高壓力=氣體高速度=粒子高速度=涂層高質量。
  • 燃燒氣體的速度高,粉末顆粒的速度也要高。
  • 采用液態燃料。由于HVOF工作時需要消耗大量的燃料。大量易燃易爆氣體的儲存、運輸和使用都存在諸多不安全因素。而液態燃料較易為安全,管理、運輸的成本也低,200升航空煤油的燃燒熱與600立方米的氫氣的燃燒熱相當。
  • 控制系統應能:對氣體實施質量流量控制,送粉速率能精確控制,能閉環控制噴槍燃燒室的壓力。
  • 噴槍的生產效率高。

 

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