超音速火焰噴涂

工作原理:
 
超音速火焰噴涂又稱作高速氧燃料噴涂（High Velocity Oxygen Fuel-HVOF）。超音速火焰噴涂是將氣態(tài)或液態(tài)燃料與高壓氧氣混合后在特定的燃燒室或噴嘴中燃燒，產(chǎn)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(shù)倍，目視可見焰流中明亮的“馬赫節(jié)”，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(jì)80年代研發(fā)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(tǒng)。隨后采用不同燃料和不同構(gòu)造的HVOF噴槍不斷出現(xiàn)，如Top-Gun、HV-2000、DJ及JP5000等等。與常規(guī)火焰噴涂不同的是超音速火焰噴涂采用特殊設(shè)計的燃燒室和噴嘴，驅(qū)動大流量的燃?xì)獠⒂酶邏貉鯕庵?，從而獲得了*速度的燃燒焰流。采用氣態(tài)燃料的噴槍，其燃燒壓力一般為2～4巴，火焰速度為2～4倍音速。為了獲得更高的速度和燃燒壓力，開發(fā)出了液態(tài)燃料的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(dá)8.2巴，火焰速度近7倍音速。這類產(chǎn)品的代表是以航空煤油為燃料的JP5000和JP8000。
 
設(shè)備組成
 
超音速火焰噴涂設(shè)備主要由以下幾部分組成：
燃料/燃?xì)獾墓┙o系統(tǒng)。此系統(tǒng)應(yīng)滿足超音速噴槍對燃料/燃?xì)庠趬毫土髁可系囊蟆?
助燃?xì)怏w-氧氣的供給系統(tǒng)－采用大流量高壓氧氣，保證助燃?xì)怏w的供給。
噴槍。噴槍是超音速火焰噴涂中zui關(guān)鍵的裝備。噴槍一般由燃燒室、槍筒、噴嘴、冷卻系統(tǒng)、燃料進(jìn)口、氧氣進(jìn)口、送粉口、火花塞以及不同的管路等組成。不同的系統(tǒng)其噴槍結(jié)構(gòu)也不同。
送粉器。用以向噴槍內(nèi)輸送粉末材料。
控制系統(tǒng)。控制系統(tǒng)應(yīng)能控制超音速火焰噴涂所有參數(shù)，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(tǒng)可預(yù)先設(shè)定噴涂參數(shù)，工作中系統(tǒng)能控制設(shè)備按設(shè)定的參數(shù)運行?？刂葡到y(tǒng)還設(shè)有自動點火和自動熄火程序以保證設(shè)備的操作安全?，F(xiàn)在*的控制系統(tǒng)還具備閉環(huán)控制功能，除了對氣體的質(zhì)量流量和送粉器的送粉量進(jìn)行閉環(huán)控制外，還能在噴槍上檢測燃燒室的壓力，自動反饋并閉環(huán)控制相關(guān)參數(shù)以確保燃燒室壓力不變。
水冷系統(tǒng)。用于對噴槍槍體進(jìn)行冷卻。它由水箱、制冷機、循環(huán)水泵、以及各種閥門和測溫儀表組成。
主要特點：

燃?xì)馑俣确浅８撸话闶且羲俚?倍以上，有的可達(dá)7倍音速。
噴涂粉末的速度也非常高，zui高的可達(dá)1000米/秒。
涂層高度致密，結(jié)合強度高，氣孔率能小于1%，結(jié)合強度可大于70MPa。
涂層材料氧化程度低，失碳少，因而涂層硬度高。
粉末顆粒在高速焰流中獲得了*的動能，對基材和已沉積顆粒的撞擊*，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(shù)為固相變形，涂層中生成有利于提高涂層可靠性的壓應(yīng)力。
涂層厚度可大于12.7mm（1/2″）。
高速的撞擊和強烈的變形使材料的晶格產(chǎn)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(jié)合的可能，涂層的可靠性*。
噴后涂層的表面光潔。
*技術(shù)表征
*的超音速火焰噴涂設(shè)備應(yīng)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(zhì)量。
燃燒氣體的速度高，粉末顆粒的速度也要高。
采用液態(tài)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(tài)燃料較易為安全，管理、運輸?shù)某杀疽驳停?00升航空煤油的燃燒熱與600立方米的氫氣的燃燒熱相當(dāng)。
控制系統(tǒng)應(yīng)能：對氣體實施質(zhì)量流量控制，送粉速率能精確控制，能閉環(huán)控制噴槍燃燒室的壓力。
噴槍的生產(chǎn)效率高。