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超音速噴涂技術(shù)特性有哪些?

返回列表 瀏覽人次：0 發(fā)布時(shí)間：2021-04-06

與其他超音速噴涂技術(shù)相比，超音速火焰噴涂技術(shù)具有更高的噴涂顆粒速度和更低的噴涂溫度的特點(diǎn)。這兩個(gè)特性不僅確保了由HVOF制備的耐磨涂層具有較高的粘結(jié)強(qiáng)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?xì)怏w充分混合，然后點(diǎn)燃燃燒，釋放出大量的熱量并導(dǎo)致燃燒產(chǎn)物的溫度急劇上升高而劇烈的膨脹，形成高溫高壓空氣團(tuán)。空氣質(zhì)量通過拉瓦爾噴嘴加速以產(chǎn)生沖擊波，該沖擊波持續(xù)為噴涂的粉末提供熱量和動(dòng)能。

超音速噴涂的主要技術(shù)特點(diǎn)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(shù)相比，HVOF的火焰溫度更低（600K-2200K可調(diào)）。較低的火焰溫度可確保涂層在噴涂過程中不會(huì)被氧化，并防止納米顆粒的生長(zhǎng)。同時(shí)，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(huì)加速到3-5馬赫錐的速度。高速運(yùn)動(dòng)的顆粒到達(dá)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(jié)強(qiáng)度越高。 HVOF熱噴涂技術(shù)顆粒的飛行速度明顯優(yōu)于其他熱噴涂技術(shù)。在HVOF技術(shù)中，超音速火焰流會(huì)加速顆粒，而其他熱噴涂技術(shù)則使用壓縮氣體使顆粒到達(dá)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(shù)，在較短的時(shí)間內(nèi)，HVOF 技術(shù)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(shù)通常要幾個(gè)小時(shí)才能完成。
4）噴涂限制小。HVOF 技術(shù)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(shù)的缺點(diǎn)主要集中于：很難適用于復(fù)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(jié)合機(jī)理

耐磨涂層形成的過程一般包括以下幾個(gè)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(dá)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(jié)合方式。涂層與基材的結(jié)合方式主要有冶金結(jié)合、機(jī)械結(jié)合、擴(kuò)散結(jié)合和物理結(jié)合。
1）冶金結(jié)合：冶金結(jié)合時(shí)屬于化學(xué)鍵之間的結(jié)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(shí)現(xiàn)結(jié)合。另外一種是過渡層中形成固溶物形成結(jié)合。冶金結(jié)合相比其它的結(jié)合方式而言，具有最高的結(jié)合強(qiáng)度。
2）機(jī)械結(jié)合：又稱機(jī)械鉚合。高速飛行的熔融態(tài)粒子飛行到經(jīng)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(diǎn)，從而形成機(jī)械結(jié)合。
3）擴(kuò)散結(jié)合：熔融的顆粒與基材發(fā)生激烈的碰撞后，大量的動(dòng)能轉(zhuǎn)化為熱能，使得局部接觸點(diǎn)的溫度達(dá)到了基材的熔點(diǎn)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(diǎn)的部位發(fā)生相互的擴(kuò)散，從而形成擴(kuò)散結(jié)合。
4）物理結(jié)合：高速飛行的粒子與極其干凈的基材表面接觸時(shí)，粒子的高速使得其可能飛行到原子晶格常數(shù)的范圍內(nèi)（<0.5nm），粒子充分潤(rùn)濕基材，粒子在范德華力的作用下形成物理結(jié)合。

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