超音速火焰喷涂(HVOF)

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超音速火焰喷涂(HVOF)
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楼主发表于 2014/7/21 22:09:38 编辑

超音速火焰喷涂超音速氧气火焰喷涂(HVOF: High Velocity Oxygen Fuel) 和超音速空气火焰喷涂(HVAF: High Velocity Air Fuel) 两种。超音速火焰喷涂是将气态或液态燃料与高压氧气混合后在特定的燃烧室或喷嘴中燃烧，产生的高温、高速的燃烧焰流被用来喷涂。由于燃烧火焰的速度是音速的数倍，目视可见焰流中明亮的“马赫节”，因而一般都称HVOF为超音速火焰喷涂。超音速火焰喷涂是在20世纪80年代研发成功的，与常规火焰喷涂不同的是超音速火焰喷涂采用特殊设计的燃烧室和喷嘴，驱动大流量的燃料并用高压氧气助燃，从而获得了极高速度的燃烧焰流。采用液态燃料的喷枪，其燃烧压力可达8.2巴，火焰速度是7倍音速以上。该技术及设备在上世纪80年代初期首先由美国SKS公司的Browning. J. A 公司研制成功, 至今已经历了3 个发展阶段。第一代的HVOF 喷涂系统以“JET-KOTE”为代表, 第二代超音速火焰喷涂系统以1989年出现的Top-Gun, Diamond2-J et和CDS (Continuous Detonation Spray gun) 为代表, 第三代超音速火焰喷涂系统以JP25000 喷涂系统为代表。第一、二代设备的功率偏小, 粒子速度偏低, 涂层的整体性能不够理想。第三代在设计上有了较大改进, 使粒子飞行速度大幅度提高,涂层质量显著改善。国内西安交通大学在这方面开展的研究较多。
在此基础上，我所考察德国、瑞士、美国的技术，主要从涂层制备手段上改进和涂层配方上改进了技术改进，具体改进如下：
1.之前很多都是用燃气型的超音速火焰设备，这个设备，往往温度比较高，容易造成涂层失碳，造成涂层硬度降低，尤其是局部降低，实际应用效果表现为：局部先剥离，造成冲击破坏源和汽蚀破坏源，逐步造成更大面积的破坏。这个喷涂技术的喷涂速度有限，一般只有400MM/s，速度远远不够，造成结合力往往比较低，只有50-60MPa,结合强度不够，自然就容易导致剥落。我们所采用的，改进的煤油喷涂设备，温度低，速度达到800MM/s，结合力达到75-80多MPa。其实，结合力还不远止这样，因为目前测试结合力的粘胶才70-80MPa，超过这个结合强度，就很难测试；
2.我们用的机器人喷涂，精细化编程，保证每个地方喷涂角度，距离及喷涂速度。虽然，也有人家用机械手，但是由于编程不专业，他们只是近似编程，不能保证我说的上述几个参数。距离、角度都是影响结合的关键，喷速度不均匀就会有厚有薄，厚度不均匀容易产生内应力，在水、砂子的作用下，容易产生应力腐蚀，表现为局部剥落，所以机械手编程专业不专业，喷涂效果差距也很大；
3.再一个就是配方上的改进：配方问题，其实是比较复杂的问题，水、砂子、还有杂质，导致水体环境其实很复杂，要求涂层，抗磨、抗汽蚀、抗撞击、抗腐蚀、抗应力破坏等，上述要求，涂层，具有高的硬度、高的抗腐蚀性能、高的抗电化学腐蚀性能、高的韧性，高的抗疲劳性能等等，这个问题很复杂，因此，我所结合荷兰专家、德国洪堡专家，对此进行了攻关，我们对涂层配方专业化设计成分，专业化烧结，破碎。保证高的硬度、韧性就非常难，因为韧性和硬度往往是一对矛盾的。国内和国外都很难做到，我们用的纳米技术。而且纳米技术控制也非常难，一不小心就容易团聚成微米，失去纳米特性，这个也是我们独门技术。
经过长期试验认证，我所研发的HVOF技术喷涂纳米WC材料完全达到国际标准。涂层中氧化物含量小，孔隙率低于0.9%，结合强度更是高达75MP以上，不易剥落，抗高温腐蚀性能、高温抗冲蚀性能及抗裂性能极优。
上次有幸去参观紫金港校区内的加州加州国际纳米技术研究院，故在此希望浙大师生也能来本本实验室参观，互相交流技术。

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