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超音速喷涂技术特性有哪些?

返回列表 浏览人次：0 发布时间：2021-04-06

与其他超音速喷涂技术相比，超音速火焰喷涂技术具有更高的喷涂颗粒速度和更低的喷涂温度的特点。这两个特性不仅确保了由HVOF制备的耐磨涂层具有较高的粘结强度，而且还确保了更少的热量输入至基材，从而防止了涂层与基材之间的界面氧化和基材变形。。超音速火焰流的形成原理是：由于燃烧区和液滴群中热量的加热和蒸发，使汽化的航空煤油与助燃气体充分混合，然后点燃燃烧，释放出大量的热量并导致燃烧产物的温度急剧上升高而剧烈的膨胀，形成高温高压空气团。空气质量通过拉瓦尔喷嘴加速以产生冲击波，该冲击波持续为喷涂的粉末提供热量和动能。

超音速喷涂的主要技术特点如下：

1）更少的热量输入。与等离子喷涂和电弧喷涂等热喷涂技术相比，HVOF的火焰温度更低（600K-2200K可调）。较低的火焰温度可确保涂层在喷涂过程中不会被氧化，并防止纳米颗粒的生长。同时，较低的火焰温度可防止基材变形。

2）更高的粒子速度。喷洒的颗粒通过枪管后，通常会加速到3-5马赫锥的速度。高速运动的颗粒到达基材并与基材碰撞形成致密涂层。通常情况下，颗粒速度越高，颗粒的扁平化效果越好，粘结强度越高。 HVOF热喷涂技术颗粒的飞行速度明显优于其他热喷涂技术。在HVOF技术中，超音速火焰流会加速颗粒，而其他热喷涂技术则使用压缩气体使颗粒到达基材表面。

3）较高的沉积效率。相比电刷镀、PVD、CVD 和溅射镀膜等涂层制备技术，在较短的时间内，HVOF 技术就能制备满足使用要求厚度的涂层，而上面提到的其他喷涂技术通常要几个小时才能完成。
4）喷涂限制小。HVOF 技术既可以喷涂户外的大型工件，又可以喷涂小块的工件，并且喷涂厚度可控。
5）目前该技术的缺点主要集中于：很难适用于复杂零件的喷涂；喷涂环境恶劣；喷涂成本过高等。

2 铝基材耐磨涂层的结合机理

耐磨涂层形成的过程一般包括以下几个过程：喷涂颗粒的加热融化过程，熔滴在枪管中的加速过程，熔滴在枪管中的飞行过程，熔滴到达基材表面并与基材发生碰撞变形沉积在基材上面。
不同的喷涂参数和工艺决定了涂层的结合方式。涂层与基材的结合方式主要有冶金结合、机械结合、扩散结合和物理结合。
1）冶金结合：冶金结合时属于化学键之间的结合，通常有两种方式。一种是涂层与基材之间形成过渡层化合物，从而实现结合。另外一种是过渡层中形成固溶物形成结合。冶金结合相比其它的结合方式而言，具有最高的结合强度。
2）机械结合：又称机械铆合。高速飞行的熔融态粒子飞行到经粗化处理后的基材表面，与基材发生撞击。熔融粒子在撞击的作用下发生扁平化，在基材表面铺展开来。熔融粒子在随后的冷凝过程中收缩咬住基材表面的凸点，从而形成机械结合。
3）扩散结合：熔融的颗粒与基材发生激烈的碰撞后，大量的动能转化为热能，使得局部接触点的温度达到了基材的熔点以上，发生局部熔化。粒子中的元素和基材的元素在微熔点的部位发生相互的扩散，从而形成扩散结合。
4）物理结合：高速飞行的粒子与极其干净的基材表面接触时，粒子的高速使得其可能飞行到原子晶格常数的范围内（<0.5nm），粒子充分润湿基材，粒子在范德华力的作用下形成物理结合。

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