超音速火焰噴涂技術的認識和發展應用

超音速火焰噴涂也稱為高速氧燃料噴涂（HVOF，HighVelocityOxy-fuel），是在20世紀80年代初在普通火焰噴涂和爆炸噴涂的基礎上發展起來的一種新型熱噴涂技術，發揮了傳統的火焰噴涂在提供動能方面具有潛在優勢而發展起來的一種高能高速噴涂方法。

超音速火焰噴涂的熱源是利用可燃性氣體（如H2、C3H3或C3H6等）與高壓O2，或利用煤油與酒精等液體燃料與高壓O2在特制的燃燒室內混合并點燃，或在特殊的噴嘴中燃燒產生的高溫高速火焰流，劇烈膨脹的氣體受水冷噴嘴的約束形成超音速高溫火焰流，其燃燒焰流速度可達1500--2000m/s以上。在典型的超音速火焰中，可以觀察到馬赫錐的存在。粉末由氮氣經粉末送入口送到燃燒室中心的粉末通道，將粉末軸向或側向送進火焰流中，經火焰流加速可以達到超音速，即可以實現粉末粒子的加熱與加速、涂層的沉積。由于火焰流的速度極高，噴涂粒子在被加熱至熔化或半熔化狀態的同時，可以被加速到高達300-- 650m/s，從而獲得結合強度高、致密的高質量涂層。

在HVOF技術中，噴槍是產生穩定的高速火焰的必要保證，是保證涂層質量的關鍵。HVOF噴槍主要由三部分組成：供空氣與燃料混合后燃燒的燃燒室，將焰流加速到超音速的Laval噴嘴和使噴涂材料粒子得到充分加熱、加速的等截面長噴管。 超音速火焰由于受燃燒焰流溫度的限制，與等離子熱源相比，溫度低（約3000℃）而速度高，對于 WC-Co系硬質合金，可以有效地抑制在噴涂過程中WC的分解，涂層不僅結合強度高、致密，而且可以最大限度地保留粉末中的硬質耐磨WC相，因此，涂層耐磨損性能優越，與爆炸噴涂層相當，大幅度超過等離子噴涂層，也優于電鍍硬鉻層與噴焊層，目前已獲得了廣泛的應用。