超音速火焰喷涂.doc

超音速火焰喷涂
超音速火焰喷涂系统，工作原理:超音速火焰喷涂又称作高速氧燃料喷涂（HighVelocityOxygenFuel-HVOF）。超音速火焰喷涂是将气态或液态燃料与高压氧气混合后在特定的燃烧室或喷嘴中燃烧，产生的高温、高速的燃烧焰流被用来喷涂。由于燃烧火焰的速度是音速的数倍，目视可见焰流中明亮的“马赫节”，因而一般都称HVOF为超音速火焰喷涂。超音速火焰喷涂是在20世纪80年代研发成功的，与常规火焰喷涂不同的是超音速火焰喷涂采用特殊设计的燃烧室和喷嘴，驱动大流量的燃料并用高压氧气助燃，从而获得了极高速度的燃烧焰流。采用液态燃料的喷枪，又称作高压超音速火焰喷涂（HP-HVOF），其燃烧压力可达8.2巴，火焰速度7倍音速以上。这类产品的代表是以航空煤油为燃料的JP5000型超音速火焰喷涂系统。该设备由美国TAFA公司出品，性能特点如下：1、能量输入巨大，热焓输出相当于普通氧乙炔火焰的20余倍，火焰速度＞７玛赫，温度约2600～3200℃，熔融粉末飞行速度＞720米/秒，涂层性能卓越，适合喷涂碳化钨及部分合金。2、涂层结合强度高，理论研究认为，涂层结合强度与喷涂速度成正比，JP-5000实现了这个热喷涂界多年的追求，且能与基体产生部分微区冶金结合相，克服了碳化钨涂层易脱落的固疾。3、涂层呈压应力状态，熔融粉末高速撞击机件后，粉末颗粒形状改变，在JP-5000条件下近球形颗粒改变后，其长短轴比例可达＞1/20，远大于普通火焰喷涂，这些形状改变后的颗粒的叠加所形成的涂层，具备了涂层应力状态由张应力向压应力转化的先决条件—理论研究认为—颗粒长短轴之比大于1/20时将出现压应力效果。4、综合性能优异，涂层孔隙率更低，硬度更高，耐磨性能更强，使用寿命显著提高。喷涂材料：为了克服WC高温性能欠佳缺点，美国研制了一种改良型WC，即在WC中加入一定量的CrC＋Ｎｉ熔炼再结晶改性，使之在保持WC典型的耐磨粒磨损和硬面磨损性能的基础上，同时具备CrC高温性能优异和耐蚀性强的特点，所以，它比其它碳化钨基材料抗氧化和腐蚀性能优越，耐化学腐蚀性能好，耐磨性能优良，涂层更致密光滑，使用温度高达1400oF(760oC)。尤其是这种粉末材料制造工艺十分讲究，近球形的颗粒和粒度分布特别针对JP5000。我公司依此所喷涂球阀类产品最多开合次数超过５０００次。Plazjet高能等离子喷涂系统（目前在烟台）该设备由美国TAFA公司出品，性能特点如下：1、能量巨大，最大输入功率320KW，最大输出功率270KW，相当于7把普通等离子枪的能量总和，火焰速度＞2900米/秒，温度约13000～15000℃，熔融粉末飞行速度＞700米/秒，涂层性能卓越，适合喷涂氧化物陶瓷和部分合金。2、涂层结合强度高，原理与JP-5000近似，所获得的陶瓷涂层非常值得信赖。3、涂层呈压应力状态，原理与JP-5000近似。4、综合性能优异，孔隙率相当于普通等离子喷涂1/5～1/10，同样材料显微硬度可提高50～100%，据理工大学检测Cr２O３HV最高达1680，而普通等离子喷涂HV950～1000。德国Cr２O３的Plazjet涂层技术曾成功的在四色印刷机械和球阀上应用。喷涂材料氧化铬（Cr２O３）是一种墨绿色粉末，化学性能十分稳定，不溶于酸、碱、盐及各种溶剂，对高温腐蚀气体（SO2、H2S）极稳定，硬度HRC＞70，摩擦系数小，是氧化物陶瓷中最优异的抗腐蚀磨损涂层材料。复合氧化铬是以氧化铬为基础，添加SiO２和TiO２制成，与纯Cr２O３相比，由于SiO２和TiO２加入，喷涂工艺性能改善，涂层更加致密，其抗磨粒磨损能力比纯Cr２O３提高1.5倍。由于其防粘着性能优于碳化钨，摩擦系数比碳化钨小，抗腐蚀能力远优于碳化钨，两者硬度相当，但其使用性能有时甚至优于碳化钨基材料。为了克服氧化铬涂层热膨胀性能和耐冲击性能不如碳化钨的缺陷，复合梯度结构涂层是有效选择。所谓复合—是指将氧化铬与合金按不同比例混合同时送入焰流中形成涂层，在此过程中合金熔粒对陶瓷涂层有孔隙封合作用，两者相互交融，金属基组份使涂层的热胀系数有较大提高，裂纹敏感性降低，致密度和强度提高，兼有合金涂层良好的结合特性和氧化铬陶瓷涂层的高耐磨性，形成独特的“金属陶瓷”涂层。所谓梯度—是指喷涂时，涂层自下而上氧化铬与合金混合比例呈梯度渐变，随厚度增加合金含量由多变少，氧化铬含量由少变多。这样的结构能非常有效地削减涂层应力，使涂层的热胀系数均匀过渡，能最大程度与基体趋于一致，从而克服氧化铬涂层缺陷。梯度结构氧化铬是我公司的保留技术，在对付特殊综合工况的机配件方面有许多成功案例。尽管目前尚未见该技术应用在球阀上的报道，但理论和实践都表明，应用于球阀是完全可行的。若试验成功，必定开此技术球阀应用的先河，相信这种涂层会以其独特的外观和使用性