超音速噴涂又叫做高速火焰噴涂。高速火焰噴涂技術作為一種新的表面防護和表面強化工藝,在近20年里得到了迅速發展,已成為金屬表面工程領域中一個十分活躍的分支。
利用火焰為熱源,將金屬與非金屬材料加熱到熔融狀態,在高速氣流的推動下形成霧流,噴射到基體上,噴射的微小熔融顆粒撞擊在基體上時,產生塑性變形,成為片狀疊加沉積涂層,這一過程稱為火焰噴涂。在設備維修中,它被用來補償零件表面的磨損和改善性能。
火焰噴涂按噴涂材料的形態可以分為絲材火焰噴涂、粉末火焰噴涂、棒材火焰噴涂等;按噴涂焰流的形態又可分為普通火焰噴涂、超音速火焰噴涂、氣體爆燃式噴涂等。
常用火焰噴涂方法有乙炔一氧焰粉末噴涂、乙炔一氧焰線材噴涂等。乙炔一氧焰粉末噴涂用的設備簡便,可在現場施工,適用于設備維修。
采用超音速火焰噴涂工藝分別制備了WC_12Co、Cr3C2—25NiCr碳化物金屬陶瓷涂層,測定了涂層孔隙率、顯微硬度及磨粒磨損過程中涂層的質量損失,探討了涂層磨損質量損失與涂層種類及結構的關系,利用掃描電鏡對涂層磨損表面形貌進行了觀察,分析了涂層的磨粒磨損失效機制。
結果表明:制備的Cr3C2—25NiCr、WC-12Co涂層組織致密,孔隙率分別為1.36%和2.769/6,涂層與基體結合良好,顯微硬度分別為822HV和1132HV,涂層磨損質量損失與磨損距離呈線性關系,Cr3C2—25NiCr涂層的磨損質量損失約為WC-12Co涂層的3倍;犁溝切削是涂層磨粒磨損初期的主要特征,而碳化物顆粒的斷裂與剝落則是涂層磨損后期失效的主要原因。
超音速火焰是利用丙烷、丙烯等碳氫系燃氣或氫氣與高壓氧氣在燃燒室內,或在特殊的噴嘴中燃燒產生的高溫、高速燃燒焰流,燃燒焰流速度可達五馬赫(1500m/s)以上。
通常被稱作HVOF(High-velocityoxygen-fuel)。將粉末軸向送進該火焰,可以將噴涂粒子加熱至熔化或半熔化狀態,并加速到高達300-500m/s,甚至更高的速度,從而獲得結合強度高、致密的高質量的涂層。
超音速火焰速度很高,但溫度相對較低,對于WC-Co系硬質合金,可以有效地抑制WC在噴涂過程中的分解,涂層不僅結合強度高,且致密,耐磨損性能優越,其耐磨損性能大幅度超過等離子噴涂層,與爆炸噴涂層相當,也超過了電鍍硬鉻層、噴熔層,應用極其廣泛。