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超音速火焰喷涂技术,也被称为HVOF(High velocity oxygen fuel),是热喷涂领域中的一项*端技术。该技术通过特制的燃烧室和喷嘴,使燃气转化为高温高速的射流,从而将粉末熔化并喷射到基体上,瞬间凝成致密且质量上乘的涂层。
自1982年美国科学家James.A.Browning成功研发出yi代超音速火焰喷涂装置JetKoteI以来,HVOF技术迅猛发展。短短十余年间,其工艺与装置均取得了显著的进步。HVOF技术所制备的涂层质量卓越,且能与自动控制系统完美结合,这无疑为现代热喷涂技术的发展指明了方向。
●超音速火焰喷涂现场实录
技术探秘
超音速火焰喷涂(HVOF)的奥秘在于其独特的工作原理。通过高压水冷反应室与细长的喷射管,将燃料与氧气精准送入反应室进行燃烧,进而产生高压火焰。此火焰在喷射管的作用下得到压缩并加速喷射,实现沿轴向或从喷射管侧面轴向的喷粉操作。
●高速火焰喷涂原理示意图
高速火焰喷涂技术则采用了一种不同的方法。通过高压喷射燃料和氧气,使其在喷嘴外部燃烧,并注入热喷涂粉末。随后,利用高压气体将粉末从喷嘴轴向喷入火焰中。在喷嘴外部的空气罩中,压缩气体进一步压缩燃烧火焰,从而加速熔化热喷涂粉末,并将其有力地喷向基材。
技术特点
高速火焰喷涂工艺以其独特的技术特点脱颖而出。其焰流速度ji高,同时温度相对较低,这赋予了涂层性能和喷涂工艺一系列显著优势:
(1)高速度与高动能。火焰速度超过2200m/s,比常规热喷涂工艺快5至10倍。这使得粉末粒子在击打基体时携带巨大的动能,从而确保涂层具有ji高的致密度,可达98%至8%,远高于其他热喷涂工艺的85%至95%。
(2)高结合强度。在粒子击打基体的瞬间,其动能几乎全部转化为热能,为粒子提供了再次加热的机会,有效弥补了焰流温度的不足,进而提高了结合强度,可达70Mpa至90Mpa。
(3)短接触时间与低氧化。由于粉末粒子的飞行速度ji高,它们与周围大气的接触时间大大缩短,从而减少了与大气的反应。这有助于降低活泼元素的烧损,并有效地防止了粉末涂层材料的氧化和分解,特别适用于碳化类涂层(如钴基碳化钨和镍基碳化钨)的喷涂。
(4)优异的耐磨损与抗腐蚀性。高速火焰喷涂技术产生的涂层具有出色的耐磨损和抗腐蚀性能,表面磨光后平滑度高,同时易于进行磨光和/或超磨光处理。
(5)操作简便与灵活性强。高速火焰喷涂设备的操作简单易懂,同时易于保养。它适用于各种规格和形状的物体,尤其适合大面积涂层的喷涂需求。
实际案例在陶瓷阀的内壁和阀板部分,我们运用了7轴机器人手臂程序联动技术,结合超音速火焰热喷涂工艺,制备了一层耐腐蚀、耐高温的金属基碳化物涂层。该涂层的厚度控制在100-150μm之间,显微硬度达到hv600-1300,且耐磨性能优异,磨损量小于20㎎。此外,该涂层还具备良好的耐酸碱性能,能够承受5%盐酸+5%氯化钠的腐蚀长达168小时,同时也能抵御5%液碱的腐蚀,耐盐雾试验时间不低于4500HR,且耐高温范围达到800-1200摄氏度。
实际案例在高硬度渗碳压力机模块钢表面,我们运用了超音速火焰HVOF技术,热喷涂了一层钴基碳化钨超硬耐磨耐高温冶金涂层。该涂层的厚度控制在200-500μm之间,显微硬度高达hv1100-1300,阿克隆磨耗量小于20㎎。此外,该涂层还展现出优异的耐酸碱性能,能够承受5%盐酸+5%氯化钠的腐蚀长达168小时,同时耐盐雾试验时间不低于4000HRC,耐高温范围达到800-1200o。此外,涂层的结合强度达到90MPA,确保了涂层与基材的紧密结合,进一步增强了耐磨性能。