超音速火焰噴涂工藝流程

超音速火焰噴涂工藝流程：、外表預處理、噴涂、噴涂后處理四個主要步驟：一〕在編制工藝前首先應當了解被噴涂工件的實際狀況和技術(shù)要求并進展分析慮到噴涂時的熱脹冷縮等。2涂層材料確實定分別選擇結(jié)合層與工作層材料。：壓力，粉末粒度，噴槍與工件的相對運動速度。二〕工件外表的預處理外表制備，是保證涂層與基體結(jié)合強度的重要工序涂供給容納的空間。2、外表清理，去除油污，鐵銹，漆層等，使工件外表干凈，油污油漆可以用溶劑清洗劑除去。假設(shè)油漬已經(jīng)滲入基體材料，可以用火焰加熱除去，對銹層可以進展酸浸，機械打磨或噴砂除去。等。A：噴砂是最常用的，砂料可以選擇石英砂、氧化鋁砂、冷硬鐵砂等。砂料以銳利堅硬為好，必需清潔枯燥，有鋒利棱角。其尺寸，空氣壓力的大小，噴砂角度、距離和時間應當依據(jù)具體狀況確定。B：開槽、車螺紋、輥花。對軸、套類零件外表的粗化處理，可承受開槽、車螺蚊處理，槽與螺紋外表RA6.3—12.5的鎳絲或鋁絲作為電極，在電弧的作用下，電極材料與基體外表局部熔合，產(chǎn)生粗糙的外表。涂，一般噴涂時間不超過二個小時。4、非噴涂部位的保護體外表上的鍵槽、油孔等不允許噴涂的部位，可以用石墨塊或粉筆堵平或略高于外表。三〕噴涂工藝及參數(shù)粉末特性：差異。粉末特性包括：粉末粒度分布、顆粒外形、外表粗糙度等。設(shè)備來說，適宜的粉末粒度為：15μm-40μm。氧-燃氣流量和比例-燃氣流量和混合比例。噴涂時，首先應依據(jù)設(shè)備的規(guī)定要求確定氧氣和燃-燃氣比例的波動，而氧-燃氣比例對確定最終的涂層組織格外重要.理論上，丙烷完全燃燒要求氧與丙烷的比例為5∶1〔8O222，這一燃燒比例產(chǎn)生的是。假設(shè)燃氣比例下降，焰流中未消耗盡的氧分子將產(chǎn)生“氧化”氣是完全可逆的，反響物與反響產(chǎn)物以熱平衡和化學平衡方式共存。ZB-2700型超音速火焰噴涂系統(tǒng)，當氧-燃氣比例在4.2-5.6之間時，可獲得高性能的涂層。噴涂距離：100mm以內(nèi)即已到達了其最高溫度，隨著噴出口190-200mm左右到達580m/s以上的最高速度，在170-230mm噴距上，粒子速度根本維持在ZB-2700190-230mm。能最好的涂層。送粉量：下，都對應有一適宜的送粉量范圍。假設(shè)送粉量過小，可能的不利影響有：被噴涂粉末過熔，粉末燒損，煙霧大，易污染涂層。每一遍噴涂不能完全掩蓋其掃過的路徑，造成涂層孔隙率增大。假設(shè)送粉量過大，可能的不利影響有：1〕粉末熔化不充分，涂層結(jié)合強度降低，孔隙率增大。涂層應力增大，導致涂層開裂。粉末沉積率下降，生產(chǎn)本錢提高。使用ZBWC-Co38-60g/min0.55—1.2%,40-50%CrC-NiCr涂層時：當送之間變化時，可獲得令人滿足的涂層質(zhì)量。四〕噴涂后處理封孔，機械加工等工序。零件為摩擦副時，可在噴后趁熱將零件放在潤滑油中，利用孔隙儲油有利于潤滑。但對于隨液壓的零件，孔隙而簡潔產(chǎn)生泄露，對于噴涂后，應當用封孔劑進展封孔處理。用的有石蠟，環(huán)氧，酚醛等。當噴涂后的尺寸精度與外表粗糙度不能滿足要求時，需要對其進展機械加工，可承受車削或磨削加工。超音速火焰噴涂設(shè)備技術(shù)參數(shù)：ZB-2700超音速火焰噴涂設(shè)備〔HVOF)-技術(shù)性能參數(shù)表：組件特點工程內(nèi)容根本參數(shù)尺寸/重量能夠?qū)崿F(xiàn)噴涂過程的自掌握類型PLC掌握動ZB-2700丙烷壓力/流量0.6～0.7Mpa 65～88L/min60×60×176cm可編程氧氣壓力/流量1.2Mpa 280～307L/min掌握柜空氣壓力/流量0.7～0.8Mpa 350～440L/min130kg統(tǒng)故障馬上作出響應。氫氣壓力0.35Mpa(點火使用〕送粉方式雙筒刮盤式單筒容積2.5升送粉氣氮氣ZB-2700送粉氣壓力1.3Mpa50×28×126cm送粉器氮氣壓力/流量1.2Mpa14～18L/min110kg送粉速度0～150g/min送粉器進入噴槍中。送粉精度±3%噴涂粉末大小5～200μm火焰速度2100m/s火焰溫度2700℃噴槍功率100KW(換算值〕粉末顆粒速度550～650m/sZB-2700最大送分速度150g/min33×23×5cm超音速在整個點火過冷卻方式+氣冷2.7kg火焰噴程中，參加氫氣，使點火冷卻水流量9.5L/min,壓力0.2Mpa槍更易實現(xiàn)涂層氣孔率≤1%涂層結(jié)合強度〉70Mpa噴涂粉末粒度10～45μm制冷量37000W/h電源380v/3Hp/50HzZB-2700可按需要調(diào)整水溫，水水泵流量2023L/H179×90×190cm壓，制冷壓縮機輸入功率9000W熱交換具有自動水溫調(diào)整功能。風機輸入功率550W/臺780kg器額定運行電流26A溫控范圍溫控范圍8℃～35℃電纜、符合安全標準的標準化氣管、水管、電纜管路超音速火焰噴涂涂層評析傳統(tǒng)的火焰噴涂工藝以氧-粉末在空氣中飛行時間長，因而形成的涂層粗糙多孔〔10～15熔顆粒多，涂層的硬度和結(jié)合強度〔多為20～30MPa〕較低而且易產(chǎn)生裂紋和剝落。等離子噴涂工藝以等離子弧作為熱源將粉末熔化，高速噴到零件外表形成涂層。由于等離子弧溫度高〔1500～33000，能量大，粉末粒子飛行速度快，而且承受氬氣作為等離子氣體、氫氣作為關(guān)心氣體，又具有復原氣氛，因而粉末的氧化程度低，所形成的涂層致密，孔隙率〔3%～8%〕和氧化物含量都很低，結(jié)合強度〔40～50MPa〕和硬度較高，但由于剩余應力的存在，涂層不能過厚，否則會產(chǎn)生裂紋和剝落。此外，等離子噴涂還有一個明顯的缺點，就是使用和維護費用較為昂貴。20世紀80年月以來，隨著超音速火焰〔HighVelocityOxygenFlame,HVOF)噴涂工藝的研發(fā)，涂層的性能產(chǎn)生了質(zhì)的飛躍。超音速噴槍的構(gòu)造獨特，在燃燒室的末端即咽喉部位承受了拉瓦爾曲線設(shè)計，使得燃燒室的壓力增加，通過該處的焰流獲得數(shù)倍于音速的速度；而且承受了徑向內(nèi)送粉的方式，使得粉末在10～30cm的槍管內(nèi)得到充分的加熱和加速，雖然溫度不是很高287℃，但由于能量集中，受熱均勻，因此熔化得格外好；此外，由于粉末粒子的動能大，速度快，粒子在空氣中的飛行時間極短，被氧化的時機極少，再加上噴槍系統(tǒng)本身的溫度不高287℃，所以涂層中幾乎沒有氧化物，空隙率也極低〔2，涂層致密，剪切強度和結(jié)合強度都格外高〔60MPa以上，而且涂層內(nèi)的剩余應力幾316不銹鋼涂層的厚度可以到達1.2mm。尤其是WC-Co涂層，HVOF噴涂更具優(yōu)越性。HVOF噴涂3種工藝分別噴涂了WC/12CoWC/17Co、NiCrBSi3種涂層，并對涂層的各項性能進展了分析和爭論。1試驗材料〔粉末〕熱噴涂涂層的性能和微觀構(gòu)造與所使用的粉末有較大的關(guān)系，不同的粉末粒度、化學成分都會對涂層性能造成影響。WC-Co涂層是一種典型的抗磨損涂層，WC-Co粉末有鑄造///燒結(jié)型和鈷包覆型4種形式。試驗承受的粉末是TAFA公司生產(chǎn)的燒結(jié)/粉碎型粉末。NiCrBSi自粘涂層也是一種高質(zhì)量的抗摩擦磨損涂層，試驗承受的是TAFA公司生產(chǎn)的1276NiCrBSi粉末。用GSL-100激光粒度對粉末進展粒度分析，粒度分布格外好，范圍集中，90%在5×10-3～10×10-3mm之間且顆粒均勻，可以確定，這3種粉末具有格外好的流淌性。噴涂工藝吹砂首先對全部的試樣進展吹砂，吹砂用的磨料為白剛玉砂，壓縮空氣壓力0.2～0.3MPa，吹砂距離為100～120mm，吹砂后外表粗糙度為R a3.0～3.5μm。噴涂設(shè)備及參數(shù)承受METCO6P火焰噴涂設(shè)備、METCO-7M等離子噴涂設(shè)備和JP-5000超音速火焰(HVOF)噴涂設(shè)備進展噴涂。涂層性能試驗結(jié)合強度和剪切強度試驗承受膠接法進展結(jié)合強度試驗，試樣尺寸為6.5mm×25.4mm，粘接劑為FM-1000膠，全部試樣的涂層厚度均為0.25～0.30mm；剪切強度試驗設(shè)備為單擺刮削磨損試驗機。剩余應力試驗由于在噴涂過程中具有不同機械性能的材料有著很高的溫度梯度，因此在涂層中會產(chǎn)生剩余應力，這種剩余應力對涂層的性能有很大的影響，最明顯的就是引起涂層裂紋和剝落，它直接限制著噴涂層的厚度。涂層的剩余應力狀況是評價涂層性能的一個極其重要的指標，本課題承受修正的艾爾曼(Almen)法完成對涂層的剩余應力測試。測試用的試片材料為65Mn，規(guī)格為120mm×15mm×1mm；承受BHP-700溫度補償應變片，規(guī)格為16mm×7mm，電阻值為120Ω，應變極限溫度為700℃。δ為涂層厚度,σ c為涂層剩余應力,正值表示拉應力負值表示壓應力從表中可以看出，隨著涂層厚度的增加，應力值也增加。對于NiCrBSi涂層來說，火焰噴涂和等離子噴涂產(chǎn)生的都是拉應力，而HVOF噴涂產(chǎn)生的是壓應力。對于WC-12Co涂層來說，雖然3種噴涂方法產(chǎn)生的都是壓應力，但HVOF噴涂產(chǎn)生的壓應力值要遠遠高于另外兩種噴涂方法。拉應力是造成涂層裂紋和剝落的主要緣由，因此對于涂層來講，剩余應力最好是壓應力，而不是拉應力。通過以上分析可以看出，HVOF噴涂涂層的性能要優(yōu)于另外兩種涂層。涂層的X射線衍射分析對WC-12Co粉末和3種工藝所噴涂的涂層進展了XWC-12Co涂層為例進展說明，可以看出在粉末中WC相為主要相，其余的是雜質(zhì)相。涂層中起主要作用的是WC相，在3種工藝所噴涂的涂層中，HVOF噴涂涂層的WC含量最多，而且占大多數(shù)，等離子噴涂的次之，火焰噴涂的幾乎沒有WC相。WC-12Co涂層的失效可以從以下反響式中看出。2WC→W2C+C，W2C+O→W2(C,O)，W2(C,O)→2W+CO，4Co+4WC+O2→2Co2W2C+2CO，3Co+3WC+O2→Co3W3C+2CO，12Co+12WC+5O2→2Co6W6C+10CO。通過上列反響式可以看出WC-12Co涂層的失效緣由，比照X射線衍射圖，可以說明HVOF噴涂涂層的失效程度最低，等離子噴涂涂層次之，火焰噴涂涂層失效程度最嚴峻。4結(jié)論依據(jù)3種粉末的不同噴涂工藝試驗以及對所得涂層進展的各項性能試驗論：HVOF噴涂工藝與等離子、火焰噴涂工藝一樣操作簡潔，易于掌握，可重復性強；但HVOF噴涂的效率要遠高于等離子噴涂和火焰噴涂。在涂層的抗拉結(jié)合強度和抗剪切強度方面，HVOF噴涂的最高，等離子噴涂次之，火焰噴涂最差。HVOF噴涂后的剩余應力為壓應力，這也是HVOF噴涂結(jié)合強度高的重要緣由之一。(4)HVOF噴涂涂層中主要成分的失效最少，與粉末相比幾乎沒有多大變化，而等離子噴涂和火焰噴涂涂層成分失效較多，因此HVOF噴涂涂層的各項性能優(yōu)于等離子噴涂層和火焰噴涂層。HVOF噴涂最能反映粉末的原始設(shè)計性能。上海業(yè)噴涂機械上海君山外表技術(shù)工程股份上海錦聯(lián)機械設(shè)備修造上海精信熱噴涂密封工程1內(nèi)，或在特別的噴嘴中燃燒產(chǎn)生的高溫高速燃燒焰流，其燃燒焰流速度可達1500m∕s~2023m∕s〔五馬赫〕以上。HVOF(HighVelocityOxy-Fuel300~650m∕s的速度，從而獲得結(jié)合強度高、致密的高質(zhì)量涂層?！?000℃〕WC-COWC在噴涂過程中的分解，涂層不僅結(jié)合強度高、致密，而且可以最大限度地保存粉末中的硬質(zhì)耐磨WC相，因此，涂層耐磨損性能優(yōu)越，與爆炸噴涂層相當，大幅度超過等離子噴涂層，也優(yōu)于電鍍硬鉻層與噴焊層，目前已獲得了廣泛的進展。2HVOF系統(tǒng)的進展狀態(tài)BrowningJET-KOTE為[1]。經(jīng)過多年的應用開發(fā)，其優(yōu)點漸漸被生疏和承受。由此，世界上興旺國家，投入了大量的財力對HVOF進展爭論和開發(fā)。于八十年月末九十年月初，先后又有數(shù)種HVOF噴涂系統(tǒng)研制成功，并投入市場。如金剛石射流〔Diamond-Jet〕[2]，沖鋒槍〔Top-Gun〕[3]，連續(xù)爆炸噴涂〔CDS,ContinuousDetonationSpraying〕[4]，射流槍〔J-Gun〕[5]，高速空氣燃料系統(tǒng)〔HVAF,HighVelocityAir-Fuel〕[6]等。這些系統(tǒng)各有HVOF的開發(fā)與應用，各種噴涂系統(tǒng)也均相應地進展了不斷改進與完善，為此，取代原型的型HVOF噴涂系統(tǒng)不斷涌現(xiàn)，如J-K的改進型Jet-KoteⅡ,Top-Gun的派生型HV-2023型，分別由DJ與J-GunDJ-2600，DJ-2700與JP-5000型[7]。最近又發(fā)表了高頻脈沖HVOF系統(tǒng)，通過掌握可以使爆炸頻率遠高于傳統(tǒng)的爆炸噴涂。Jet-KoteHVOFJP-5000DJ-2023HVOFHVOFHVOFHVOFHVOFWC可以有效地提高涂層的表觀結(jié)合強度[8]。HVIF〔HighVelocityImpactFusion〕[9]，冷噴涂法〔ColdSpraying〕[10]，特別是冷噴工藝，由于可以制備氧化格外有限的金屬涂層，受到了廣泛的關(guān)注，目前進展很快。在國內(nèi)，HVOF噴涂技術(shù)的進展也很受關(guān)注，噴涂系統(tǒng)主要依靠于進口，西安交通大學焊接爭論所于1995年初研制成功了CH-2023〔CH：為ContinuousHypersonic〕HVOF[11][12-21]。1典型HVOF系統(tǒng)的特點系統(tǒng)簡稱 燃料種類 主要特點 相關(guān)初始型Jet-KoteⅡ 氣體 燃燒室與噴嘴垂直 Jet-KoteDJ2600DJ2700 氣體 承受拉伐爾噴管。原DJ系列僅承受特別收DJ縮型噴嘴，用壓縮空氣冷卻槍體 CDS 氣體 燃燒室與噴嘴同軸線HV-2023 氣體 可以使用低壓氣體，如乙炔 Top-GunJP-5000 液體 承受拉伐爾噴管，粉末側(cè)向?qū)ΨQ送入，噴嘴口徑大，耗氧量大 HVAF 液體 用壓縮空氣代替氧氣，并用其冷卻槍體CH-2023 氣體 燃燒室與噴嘴同軸線，氣體壓力流量均可調(diào)cshezhicshezhi2023-09-1614:294HVOFWC-Co4.1HVOFWC-CoWCHVOF文獻[24]文獻[24]HVOFWC-CoWC1CH-2023[17]，說明噴涂條件對涂層耐磨性具有較大的影響。噴涂粉末為自貢硬質(zhì)合金廠生產(chǎn)，磨損試驗承受SUGA〔日本〕試驗機進展，試驗條件與后述的表325圖1WC-17Co涂層磨損量的影響型粉末噴涂后，WCW[26]，4-WCWC[27]，Co-W-C[28]。與3-型聚合粉末相比，由金屬Co將細小WC致密地粘結(jié)在一起的2-型粉末，WC在噴涂過程中更有限[29]。為此，涂層的耐磨粒磨損性能最優(yōu)。另一方WC1-型粉末，通過承受加熱強度低的火焰等適宜的工藝條件可將WCW2C的范圍內(nèi)，可以大幅度提高涂層的耐磨損性能[29]。WC-CoWCWC顆粒細小的粉末。表3HVOF涂層構(gòu)造特點及其磨損量比較粉末類型1-型2-型3-型4-型制造方法燒結(jié)-粉碎燒結(jié)-粉碎聚合制粉包覆型公稱成分WC-12CoWC-12CoWC-17CoWC-18Co粉末構(gòu)造特點粉末致密，WC顆粒細小分布均勻，分布均勻，粘結(jié)在粗大的WC均勻，粘結(jié)相為Co3W3C復合碳化物粉末致密，WCCoCoWC涂層構(gòu)造特點涂層致密,大局部WC分解為W涂層致密,WC分解格外有限涂層致密,WC分解有限致密的CO-W-C非晶合金為磨損量〔mg〕 1461019cshezhicshezhi2023-09-1614:305HVOF涂層與其它方法制備的涂層的性能比較5.1HVOFWC-Co涂層的硬度可以到達1100—1300HvWC-Co涂層的顯微硬度為8001000Hv2[30]2幾種WC-Co涂層與電鍍硬鉻層的硬度[30]涂層HVOFHVOF電鍍硬鉻層爆炸噴涂成分WC-12CoWC-27NiCrCrWC-13Co硬度〔Hv0.3〕1100~12701000~1100800~9001100~1200圖2為HVOFWC-12Co涂層與爆炸噴涂WC-13Co涂層的耐磨料磨損試驗結(jié)果比較[30]。試驗承受SUGA〔日本〕型磨損試驗機，HVOF承受Jet-KoteRa=0.2μmHVOF層的耐磨損性能超過了爆炸噴涂層。圖3為三種方法制備的涂層，即等離子噴涂層、HVOF涂層、爆炸噴涂層的磨粒磨損試驗結(jié)果[31]。磨損試驗承受的干式橡膠輪磨損試驗機，HVOF采CDS其中：1其中：146HVOFWC-12Co235HVOFWC-12%Ni,WC-10%Co-4%Cr,WC∕TiC-15%Ni涂層的試驗結(jié)果。比較WC-Co涂層，說明HVOF涂層與爆炸噴涂相當，而顯著優(yōu)于等離子涂層。從以上結(jié)果可以看出，HVOF5.2HVOF民經(jīng)濟的各領(lǐng)域得到了廣泛的應用，獲得了良好的效果[32]。引起變形，對于要求比較嚴格的近終成形的零件，就難以適用。HVOF圖4HVOFNiCrBSiHVOFDJNi60〕1HVOF5.3HVOF經(jīng)精加工成最終外形的零件外表涂層強化方法，應用格外廣泛。但是，對于尺寸較大的零部件，電鍍加工就難以適用，同時，硬鉻層的最高使用溫度約為350℃，受到限制。此外，由于不行避開地存在著環(huán)境污染問題，隨著對環(huán)境保護的要求越來越嚴，本錢將會越來越高。因此，開發(fā)可以替代電鍍硬鉻層的涂層技術(shù)有著重要的意義。圖5為電鍍硬鉻層與HVOFWC-Co涂層的耐磨料磨損試驗結(jié)果的比較例[30]。HVOF涂層承受Jet-Kote系統(tǒng)噴制。結(jié)果說明HVOF硬質(zhì)合金涂層的耐磨損性能顯著優(yōu)于電鍍硬鉻層。圖4所示結(jié)果也證明白上述結(jié)論。以上結(jié)果充分說明，HVOF涂層完全可以取代電鍍硬鉻層。為此，迄今有很多關(guān)于用HVOF替代硬鉻技術(shù)的爭論報道。cshezhicshezhi2023-09-1614:316HVOF涂層的典型應用實例簡介HVOF涂層由于具有優(yōu)越的性能，其應用已普及從航空發(fā)動機、民用汽輪機、到石油化工、汽車、鋼鐵冶金、造紙、生物醫(yī)學等的各個領(lǐng)域。不僅用于OEM的裝設(shè)備的性能強化。文獻