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超音速噴涂技術特性有哪些?

返回列表 瀏覽人次：0 發(fā)布時間：2021-04-06

與其他超音速噴涂技術相比，超音速火焰噴涂技術具有更高的噴涂顆粒速度和更低的噴涂溫度的特點。這兩個特性不僅確保了由HVOF制備的耐磨涂層具有較高的粘結強度，而且還確保了更少的熱量輸入至基材，從而防止了涂層與基材之間的界面氧化和基材變形。。超音速火焰流的形成原理是：由于燃燒區(qū)和液滴群中熱量的加熱和蒸發(fā)，使汽化的航空煤油與助燃氣體充分混合，然后點燃燃燒，釋放出大量的熱量并導致燃燒產物的溫度急劇上升高而劇烈的膨脹，形成高溫高壓空氣團。空氣質量通過拉瓦爾噴嘴加速以產生沖擊波，該沖擊波持續(xù)為噴涂的粉末提供熱量和動能。

超音速噴涂的主要技術特點如下：

1）更少的熱量輸入。與等離子噴涂和電弧噴涂等熱噴涂技術相比，HVOF的火焰溫度更低（600K-2200K可調）。較低的火焰溫度可確保涂層在噴涂過程中不會被氧化，并防止納米顆粒的生長。同時，較低的火焰溫度可防止基材變形。

2）更高的粒子速度。噴灑的顆粒通過槍管后，通常會加速到3-5馬赫錐的速度。高速運動的顆粒到達基材并與基材碰撞形成致密涂層。通常情況下，顆粒速度越高，顆粒的扁平化效果越好，粘結強度越高。 HVOF熱噴涂技術顆粒的飛行速度明顯優(yōu)于其他熱噴涂技術。在HVOF技術中，超音速火焰流會加速顆粒，而其他熱噴涂技術則使用壓縮氣體使顆粒到達基材表面。

3）較高的沉積效率。相比電刷鍍、PVD、CVD 和濺射鍍膜等涂層制備技術，在較短的時間內，HVOF 技術就能制備滿足使用要求厚度的涂層，而上面提到的其他噴涂技術通常要幾個小時才能完成。
4）噴涂限制小。HVOF 技術既可以噴涂戶外的大型工件，又可以噴涂小塊的工件，并且噴涂厚度可控。
5）目前該技術的缺點主要集中于：很難適用于復雜零件的噴涂；噴涂環(huán)境惡劣；噴涂成本過高等。

2 鋁基材耐磨涂層的結合機理

耐磨涂層形成的過程一般包括以下幾個過程：噴涂顆粒的加熱融化過程，熔滴在槍管中的加速過程，熔滴在槍管中的飛行過程，熔滴到達基材表面并與基材發(fā)生碰撞變形沉積在基材上面。
不同的噴涂參數(shù)和工藝決定了涂層的結合方式。涂層與基材的結合方式主要有冶金結合、機械結合、擴散結合和物理結合。
1）冶金結合：冶金結合時屬于化學鍵之間的結合，通常有兩種方式。一種是涂層與基材之間形成過渡層化合物，從而實現(xiàn)結合。另外一種是過渡層中形成固溶物形成結合。冶金結合相比其它的結合方式而言，具有最高的結合強度。
2）機械結合：又稱機械鉚合。高速飛行的熔融態(tài)粒子飛行到經粗化處理后的基材表面，與基材發(fā)生撞擊。熔融粒子在撞擊的作用下發(fā)生扁平化，在基材表面鋪展開來。熔融粒子在隨后的冷凝過程中收縮咬住基材表面的凸點，從而形成機械結合。
3）擴散結合：熔融的顆粒與基材發(fā)生激烈的碰撞后，大量的動能轉化為熱能，使得局部接觸點的溫度達到了基材的熔點以上，發(fā)生局部熔化。粒子中的元素和基材的元素在微熔點的部位發(fā)生相互的擴散，從而形成擴散結合。
4）物理結合：高速飛行的粒子與極其干凈的基材表面接觸時，粒子的高速使得其可能飛行到原子晶格常數(shù)的范圍內（<0.5nm），粒子充分潤濕基材，粒子在范德華力的作用下形成物理結合。

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