超音速喷涂的介绍

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超音速喷涂的介绍
为了与美国碳化物公司的爆炸喷涂抗争,上世纪60年代初期,美国人J.Browning发明了超音速火焰喷涂技术,称之为"Jet-Kote",并于1983年获得美国专利。近些年来,国外超音速火焰喷涂技术发展迅速,许多新型装置出现,在不少领域正在取代传统的等离子喷涂。在国内,武汉材料保护研究所,北京钢铁研究总院,北京钛得新工艺材料有限公司等也在进行这方面研究,并生产出有自己特色的超音速喷涂装置。

 燃料气体(氢气,丙烷,丙烯或乙炔-甲烷-丙烷混合气体等)与助燃剂(O2)以一定的比例导入燃烧室内混合,爆炸式燃烧,因燃烧产生的高温气体以高速通过膨胀管获得超音速。同时通入送粉气(Ar或N2),定量沿燃烧头内碳化钨中心套管送入高温燃气中,一同射出喷涂于工件上形成涂层。

在喷涂机喷嘴出口处产生的焰流速度一般为音速的4倍,即约1520m/s,最高可高达2400m/s(具体与燃烧气体种类,混合比例,流量,粉末质量和粉末流量等有关)。粉末撞击到工件表面的速度估计为550-760m/s,与爆炸喷涂相当。Jet-Kote法之所以能有这么高的速度,关键在于按流体力学的原理合理设计制造了一个喷嘴,称之为Laval管的膨胀管。只要管子设计合理,则流体在速度低时,只要经过足够压缩,即可在管器某一截面(如AB)达到声速,过了这一截面后,将获得超音速。

超音速喷涂法具有如下的特点: ①粉粒温度较低,氧比较轻(这主要是由于粉末颗粒在高温中停留时间短,在空气中暴露时间短的缘故,所以涂层中含氧化物量较低,化学成分和相的组成具有较强的稳定性),但只适于喷涂金属粉末、Co-Wc粉末以及低熔点TiO2陶瓷粉末; ②粉粒运动速度高。 ③粉粒尺寸小(10~53>μm)、分布范围窄,否则不能熔化。 ④涂层结合强度、致密度高,无分层现象。 ⑤涂层表面粗糙度低。 ⑥喷涂距离可在较大范围内变动,而不影响喷涂质量。 ⑦可得到比爆炸喷涂更厚的涂层,残余应力也得到改善。 ⑧喷涂效率高,操作方便。 ⑨噪音大(大于120dB),需有隔音和防护装置。
爆炸喷涂介绍
爆炸喷涂是利用氧气和乙炔气点火燃烧,造成气体膨胀而产生爆炸,释放出热能和冲击波,热能使喷涂粉末熔化,冲击波则使熔融粉末以700~800m/s的速度喷射到工件表面上形成涂层。

爆炸涂层形成的基本特征,一般认为仍然是高速熔融粒子碰撞基体的结果。爆炸喷涂的最大特点是粒子飞行速度高,动能大,所以爆炸喷涂涂层具有:①涂层和基体的结合强度高,②涂层致密,气孔率很低,③涂层表面加工后粗糙度低,④工件表面

温度低。

爆炸喷涂可喷涂金属,金属陶瓷及陶瓷材料,但是由于该设备价格高,噪音大,属氧化性气氛等原因,国内外应用还不广泛。目前世界上应用最成功的爆炸喷涂是美国联合碳化物公司林德分公司1955年取得的专利,其设备及工艺参数至今仍然保密。我国于1985年左右,由中国航天工业部航空材料研究所研制成功爆炸喷涂设备,就Co/WC涂层性能来看,喷涂性能与美国联合碳化物公司的水平接近。

在爆炸喷涂中,当乙炔含量为45%时,氧-乙炔混合气可产生3140℃的自由燃烧温度,但在爆炸条件下可能超出4200℃,所以绝大多数粉末能够熔化。粉末在高速枪中被输运的长度远大于等离子枪,这也是其粒子速度高的原因。



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