超音速火焰喷涂工艺流程
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超音速火焰喷涂设备操作手册第一章:设备概述1.1 设备简介超音速火焰喷涂设备是一种高效且灵活的喷涂设备,适用于金属表面的涂层喷涂。
设备采用了超音速喷嘴技术,可以产生高速的火焰喷流,将涂料喷涂于目标表面。
1.2 系统组成超音速火焰喷涂设备主要由以下组成部分构成:- 压缩空气供应装置:提供压缩空气作为火焰喷射喷涂的动力源。
- 燃料供应装置:提供适量的燃料以维持火焰喷射过程。
- 火焰喷射喷嘴:将压缩空气和燃料混合并点燃,形成高速火焰喷流。
- 控制系统:用于设备的启动、停止和调整操作。
第二章:设备操作2.1 安全事项- 在操作设备前,请确保已经穿戴好合适的个人防护装备,如手套、护目镜、防护服等。
- 严禁在设备运行过程中将手指或其他物体靠近喷嘴出口,以免造成严重伤害。
- 设备操作过程中,禁止随意调整燃料和空气的供应量,以避免发生喷火或爆炸等事故。
- 当设备出现异常情况时,立即停止使用,并及时修理或寻求专业人士的帮助。
2.2 设备准备- 确保设备电源已接通,并检查控制系统的显示是否正常。
- 检查燃料供应是否充足,确保压缩空气供应是否正常。
- 检查喷嘴是否清洁,并在需要时进行清理。
2.3 启动设备- 按下控制系统上的启动按钮,设备开始供应燃料和压缩空气。
- 观察火焰喷射喷嘴是否正常工作,确保喷射火焰稳定且呈高速喷流状。
2.4 进行喷涂- 将喷嘴对准待喷涂的目标表面,并通过手柄控制喷涂的方向和喷涂的面积。
- 在喷涂过程中,保持适当的距离和喷射速度,均匀覆盖整个表面。
- 根据需要,可以进行多次喷涂以达到更好的涂层效果。
2.5 停止设备- 当喷涂完成或需要暂停时,按下控制系统上的停止按钮,断开燃料和压缩空气供应。
- 等待设备完全停止工作后,进行后续的清洁和维护。
第三章:设备维护3.1 日常清洁- 在每次使用设备后,将喷嘴和喷涂相关部件用清洁剂进行彻底清洁,以防止堵塞和积存物的影响。
- 清洗喷嘴时应注意安全,确保设备已经完全停止工作并断开电源。
超音速火焰喷涂超音速火焰喷涂系统,工作原理:超音速火焰喷涂又称作高速氧燃料喷涂(High Velocity Oxygen Fuel-HVOF)。
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,又称作高压超音速火焰喷涂(HP-HVOF),其燃烧压力可达8.2巴,火焰速度7倍音速以上。
这类产品的代表是以航空煤油为燃料的JP5000型超音速火焰喷涂系统。
该设备由美国TAFA公司出品,性能特点如下:1、能量输入巨大,热焓输出相当于普通氧乙炔火焰的20余倍,火焰速度>7玛赫,温度约2600~3200℃,熔融粉末飞行速度>720米/秒,涂层性能卓越,适合喷涂碳化钨及部分合金。
2、涂层结合强度高,理论研究认为,涂层结合强度与喷涂速度成正比,JP-5000实现了这个热喷涂界多年的追求,且能与基体产生部分微区冶金结合相,克服了碳化钨涂层易脱落的固疾。
3、涂层呈压应力状态,熔融粉末高速撞击机件后,粉末颗粒形状改变,在JP-5000条件下近球形颗粒改变后,其长短轴比例可达>1/20,远大于普通火焰喷涂,这些形状改变后的颗粒的叠加所形成的涂层,具备了涂层应力状态由张应力向压应力转化的先决条件—理论研究认为—颗粒长短轴之比大于1/20时将出现压应力效果。
4、综合性能优异,涂层孔隙率更低,硬度更高,耐磨性能更强,使用寿命显著提高。
喷涂材料:为了克服WC高温性能欠佳缺点,美国研制了一种改良型WC,即在WC中加入一定量的CrC+Ni熔炼再结晶改性,使之在保持WC典型的耐磨粒磨损和硬面磨损性能的基础上,同时具备CrC高温性能优异和耐蚀性强的特点,所以,它比其它碳化钨基材料抗氧化和腐蚀性能优越,耐化学腐蚀性能好,耐磨性能优良,涂层更致密光滑,使用温度高达1400oF(760oC)。
超音速火焰喷涂设备操作手册超音速火焰喷涂设备操作手册是帮助操作员正确操作和维护超音速火焰喷涂设备的重要文档。
下面是一些相关参考内容,其中不包含链接。
1. 设备概述- 简要介绍超音速火焰喷涂设备的工作原理、主要组成部分和适用范围。
- 列出设备的基本参数和技术指标,包括喷涂速度、温度、喷涂面积等。
2. 设备结构与组成- 详细描述超音速火焰喷涂设备的主要组成部分,如功率源、喷嘴、控制系统、送粉装置等。
- 说明各部分的功能和作用,以及它们之间的关联关系。
3. 操作前的准备工作- 设备环境检查:确保设备工作区域干燥、通风良好,无易燃、易爆等危险物质。
- 设备检查与维护:检查喷涂系统、供电系统、传动系统等的运行情况,保证设备完好无损。
- 安全措施:列出操作人员需遵守的安全规范,如穿戴防护服、佩戴安全帽等。
4. 设备操作步骤- 接通设备电源:按照正确的操作步骤接通设备电源,并确保电源稳定。
- 超音速火焰喷涂参数设置:根据喷涂的需要,设置合适的喷涂速度、温度等参数。
- 启动设备:按照正确的顺序启动设备,如打开送粉装置、点火等。
- 喷涂操作:详细描述喷涂的操作步骤,如保持一定喷涂距离、均匀喷涂等。
5. 喷涂后的操作- 停止喷涂:按照正确的顺序关闭各部分设备,如熄灭火焰、关闭供粉装置等。
- 清洗设备:清洗超音速火焰喷涂设备,包括喷嘴、输粉管道、喷涂区域等。
- 维护保养:列出设备的日常维护保养事项,如润滑、更换零部件等。
6. 设备故障排除- 常见故障分析:列出常见故障现象,并进行简要分析。
- 故障排除方法:提供常见故障的处理方法和解决方案。
7. 安全注意事项- 提醒操作人员要始终保持注意力集中,避免因疏忽导致安全事故。
- 强调操作人员需严格按照操作手册中的操作流程进行操作,避免违规操作。
8. 应急措施- 针对可能发生的突发情况,如火警、设备损坏等,提供应急措施和紧急联系人信息。
操作手册还可根据具体设备的特点和使用要求进行补充,并包括详细的图示、表格等辅助说明。
高速火焰喷涂高速火焰喷涂国内习惯上称为超音速火焰喷涂,它的英文缩写为HVOF(High Velocity Oxygen Fuel的首写字母)。
高速火焰喷涂是在爆炸喷涂的基础上发展起来的一项新的热喷涂技术,是在上世纪八十年代初期,由美国Browning公司最先研制成功,并推出名为JET-KOTE的商用喷涂设备。
高速火焰喷涂技术一经问世,就以其超高的焰流速度和相对较低的温度,在喷涂金属碳化物和金属合金等材料方面显现出了明显优势。
在世界各大热喷涂公司的积极推动下,该技术发展很快,目前高速火焰喷涂技术在喷涂金属碳化物、金属合金等方面,已逐步取代了等离子喷涂和其它喷涂工艺,成为热喷涂的一项重要工艺方法。
1.高速火焰喷涂原理高速火焰喷涂是将助燃气体与燃烧气体在燃烧室中连续燃烧,燃烧的火焰在燃烧室内产生高压并通过与燃烧室出口联接的膨胀喷嘴产生高速焰流,喷涂材料送入高速射流中被加热、加速喷射到经预处理的基体表面上形成涂层的方法。
可使用乙炔、丙烷、丙烯、氢气等作为燃气,也可使用柴油或煤油等液体燃料。
煤油、氧气通过小孔进入燃烧室后混合,在燃烧室内稳定、均一地燃烧。
有监测器用来监控燃烧室内压力,以确保稳定燃烧,喷涂粉末的速度与燃烧室内压力成正比。
燃烧室的出口设计使高速气流急剧扩展加速,形成超音速区和低压区。
粉末在低压区域沿径向多点注入,粉末均一混合,在气流中加速喷出。
高速火焰喷涂焰流速度高达1500m/s-2000m/s,一般可观察到5-8个明显的马赫锥,粒子流速度高达300-650m/s。
2.设备构成高速火焰喷涂设备一般由喷枪、送粉器、控制系统、喷枪冷却系统、气体供应系统五部分构成。
目前我国在用的高速火焰喷涂设备绝大部分是进口的,使用最多的型号为:Sulzer Metco公司的DJ-2700和Praxair 公司的JP-5000,JP-5000 是原Hobart Tafa公司研制成功的,后该公司并入了Praxair公司。
永嘉县创优喷涂技术有限公司超音速火焰喷涂超音速火焰喷涂工艺流程:施工前的准备工作、表面预处理、喷涂、喷涂后处理四个主要步骤:一)准备工作:在编制工艺前首先应该了解被喷涂工件的实际状况和技术要求半进行分析1、确定涂层的厚度。
一般来讲,喷涂后必须进行机械加工,因此涂层厚度就要预留加工余量,同时还要考虑到喷涂时的热胀冷缩等。
2、涂层材料的确定。
选择依据是涂层材料应该满足被喷涂工件的材料,配合要求,技术要求及工作条件等,分别选择结合层与工作层材料3、确定参数:压力,粉末粒度,喷枪与工件的相对运动速度二)工件表面的预处理表面制备,是保证涂层与基体结合强度的重要工序1、凹切处理,表面存在疲劳层和局部严重拉伤的沟痕时,在强度允许的前提下可以进行车削处理,为热喷涂提供容纳的空间。
2、表面清理,清除油污,铁锈,漆层等,使工件表面洁净,油污油漆可以用溶剂清洗剂除去。
如果油渍已经渗入基体材料,可以用火焰加热除去,对锈层可以进行酸浸,机械打磨或喷砂除去。
3、表面粗化,目的是为了增强涂层与基体的结合力,消除应力效应,常用的有喷砂、开槽、车螺纹、拉毛。
A:喷砂是最常用的,砂料可以选择石英砂、氧化铝砂、冷硬铁砂等。
砂料以锋利坚硬为好,必须清洁干燥,有尖锐棱角。
其尺寸,空气压力的大小,喷砂角度、距离和时间应该根据具体情况确定。
B:开槽、车螺纹、辊花。
对轴、套类零件表面的粗化处理,可采用开槽、车螺蚊处理,槽与螺纹表面粗糙度以Ra6.3—12.5为宜,加工过程中不加冷却液与滋润剂,也可以在表面滚花纹,但避免出现尖角。
C:硬度较高的工件可以进行电火花拉毛进行粗化处理,但薄涂层工件应慎用。
电火花拉毛法是将细的镍丝或铝丝作为电极,在电弧的作用下,电极材料与基体表面局部熔合,产生粗糙的表面。
表面粗化后呈现的新鲜表面,应该防止污染,严禁用手触摸,保存在清洁,干燥的环境中,粗化后尽快喷涂,一般喷涂时间不超过二个小时。
4、非喷涂部位的保护喷涂表面附近的非喷涂需要加以保护,可以用耐热的玻璃布或石棉而屏蔽起来。
超音速火焰喷涂技术方案超音速火焰喷涂技术方案 (1)一、喷涂材料及主要技术指标 (1)1、涂层主要技术指标 (1)2、NiCr-Cr 3C2粉末材料说明 (1)二、施工工艺 (2)1、施工条件 (2)2、施工工艺流程: (2)三、超音速火焰喷涂设备与技术说明 (3)1、设备简介 (3)2、系统特点 (4)3、技术简介 (5)4、在电力系统中的应用 (5)四、质量要求 (6)五、监督与验收 (7)超音速火焰喷涂技术方案一、喷涂材料及主要技术指标1、涂层主要技术指标主要成份:NiCr 25% 左右Cr3C2 75% 左右厚度:0.15-0.20mm 左右焰流速度:2100m/s粒子速度:500-600m/s结合强度:≥70MPa硬度:HRC69孔隙率:≤1%喷涂温度:≤150 ℃工件变形性:不变形,不改变母材表面金相组织和理化性能2、NiCr-Cr 3C2粉末材料说明:NiCr-Cr 3C2 是由金属合金粘结相NiCr 与陶瓷硬质相Cr3 C2 组成的复合材料,因此具有陶瓷的硬度高、耐磨性好、抗高温氧化性能优越的特点,同时还具有金属基韧性高等特点,是最重要的高温耐磨涂层材料,而超音速火焰喷涂工艺是制备高性能NiCr-Cr 3 C2 涂层的最重要方法之一。
二、施工工艺1、施工条件为了作好施工准备工作,其施工需要具备以下条件:①电源:380V 20KW 三相交流电②冷却方式:水冷(到工作面时工作压力大于0.2MPa)③空气压力及流量:0.75MPa 440L/min④丙烷、氧气、氮气、氢气等⑤喷涂工件的位置离主机放置位置的距离不超过15m⑥ 提供施工部位所需的脚手架2、施工工艺流程:表面预处理→喷砂作业→喷涂作业→预测厚度→自查、清场2.1 表面预处理、喷砂作业:采用14 目-16 目金刚砂对工件表面进行喷砂,喷砂结束后,经厂方水压实验,如有漏水现象必须重复以上步骤进行修复处理,直至喷砂后无缺陷,达到表面干燥、无灰尘,表面清洁度达到GB8923 中规定的“Sa3.0 ”级,露出金属光泽,表面粗糙度达到GB11373 中规定的“Rz50-90 μm”。
超音速喷涂原理超音速喷涂原理一、引言超音速喷涂是一种高效的表面处理技术,广泛应用于航空、航天、汽车等领域。
本文将介绍超音速喷涂的原理。
二、超音速喷涂的定义超音速喷涂是指利用高温高压气体将粉末状材料加热成熔融状态,然后在高速气流中加速运动,最终以超音速冲击到基体表面,形成均匀致密的覆盖层。
三、超音速喷涂的设备超音速喷涂设备主要由以下组成部分:粉末供给系统、气体供给系统、火焰发生器、加热室和喷嘴等。
四、超音速喷涂的工艺流程1. 粉末供给系统将粉末输送到加热室;2. 气体供给系统提供氧气和惰性气体(如氮气);3. 火焰发生器提供火焰;4. 粉末在火焰中被加热成熔融状态;5. 氧气和惰性气体混合后形成高温高压气流;6. 熔融的粉末在高速气流中加速运动;7. 熔融的粉末以超音速冲击到基体表面。
五、超音速喷涂的原理1. 粉末加热成熔融状态超音速喷涂的第一步是将粉末加热成熔融状态。
火焰发生器提供高温火焰,将粉末加热至熔点以上。
此时,粉末开始熔化,并形成一定的表面张力。
2. 气流加速运动氧气和惰性气体混合后形成高温高压气流。
这个气流在喷嘴中被加速,达到超音速。
同时,喷嘴内部的设计也能够使气流产生旋转运动,使得粉末在运动过程中更为均匀。
3. 粉末冲击基体表面经过以上两个步骤后,熔融的粉末已经被加速到了超音速。
它们以极高的能量冲击到基体表面,并迅速冷却凝固。
由于喷涂过程中使用的惰性气体可防止材料与空气发生反应,因此形成的覆盖层具有很高的致密性。
六、超音速喷涂的优点1. 覆盖层致密由于超音速喷涂过程中使用的惰性气体可防止材料与空气发生反应,因此形成的覆盖层具有很高的致密性,能够有效防止基体受到外界环境的腐蚀和磨损。
2. 生产效率高超音速喷涂是一种高效的表面处理技术,可以在短时间内完成大面积覆盖。
同时,由于喷涂过程中使用的是粉末材料,因此可以根据需要进行不同材料之间的混合。
3. 可适用于多种材料超音速喷涂可以适用于多种不同类型和形状的材料,包括金属、陶瓷、塑料等。
超音速火焰喷涂工艺流程一、工艺准备为了作好施工准备工作,其施工需要具备以下条件:1.1电源:380V 20KW 三相交流电1.2 气源:气压>5kgf 流量>5m3/min1.3 喷涂工件的位置离主机放置位置的距离不超过15m1.4 搭设好施工部位所需的脚手架二、喷涂技术规范:1、喷涂准备:2.1.1 根据实际需要搭好脚手架。
2.1.2 清除受热面上的油脂、杂物等。
2、表面预处理:2.2.1 表面清理清除油污,铁锈,漆层等,使工件表面洁净,油污油漆可以用溶剂清洗剂除去。
如果油渍已经渗入基体材料,可以用火焰加热除去,对锈层可以进行酸浸,机械打磨或喷砂除去。
2.2.2 通过喷砂进行表面粗化,喷砂目的是为了增强涂层与基体的结合力,消除应力效应。
喷砂砂料可以选择石英砂、氧化铝砂、冷硬铁砂等。
砂料以锋利坚硬为好,必须清洁干燥,有尖锐棱角。
其尺寸,空气压力的大小,喷砂角度、距离和时间应该根据具体情况确定。
喷砂后达到Sn3级以上粗糙度2.2.3 非喷涂部位的保护喷涂表面附近的非喷涂需要加以保护,可以用耐热的玻璃布或石棉而屏蔽起来。
3、喷涂3.1 喷涂前,在表面预处理和喷涂工序之间需中间停留时,应对经预处理的有效表面采用干净牛皮纸或塑料膜等进行覆盖保护。
3.2 喷涂材料选用:镍铝合金粘结底层(厚度0.02~0.05mm);50%Ni50%Cr混合喷涂粉末(厚度0.5mm)Al喷涂粉末盖面(厚度0.2mm)3.3 洁净气路经冷冻式干燥机及三级过滤即可获得干燥洁净的压缩空气。
3.4 喷涂设备选用选用DF-3000型超音速喷涂设备。
3.5 喷枪选用选用超音速火焰喷涂,其雾化气流速度大于1500m/s,粒子速度达到500m/s以上,涂层孔隙率可控制在5%以内,涂层与基体的结合强度也得到了明显的改善。
3.6 喷涂工艺参数:3.6.1 粒子喷涂速度:>500m/s3.6.2 喷涂粉末粒度:300μm-400μm3.6.3 氧-燃气流量和比例:2-13.6.4 送粉量:10g/min3.6.5 雾化空气压力:8kg3.6.6 喷涂距离:250mm;喷涂角度:<45°3.7 喷涂方式:采用井字型喷涂方式,分层、分区作业,每区5-6m2,镍铝合金打底喷涂1遍;50%Ni50%Cr混合粉末喷涂3~4遍;Al粉末喷涂盖面1遍,粉末每遍的喷涂厚度控制在0.2㎜左右。
超音速火焰喷涂工艺流程:施工前的准备工作、表面预处理、喷涂、喷涂后处理四个主要步骤:一)准备工作:在编制工艺前首先应该了解被喷涂工件的实际状况和技术要求半进行分析1、确定涂层的厚度。
一般来讲,喷涂后必须进行机械加工,因此涂层厚度就要预留加工余量,同时还要考虑到喷涂时的热胀冷缩等。
2、涂层材料的确定。
选择依据是涂层材料应该满足被喷涂工件的材料,配合要求,技术要求及工作条件等,分别选择结合层与工作层材料3、确定参数:压力,粉末粒度,喷枪与工件的相对运动速度二)工件表面的预处理表面制备,是保证涂层与基体结合强度的重要工序1、凹切处理,表面存在疲劳层和局部严重拉伤的沟痕时,在强度允许的前提下可以进行车削处理,为热喷涂提供容纳的空间。
2、表面清理,清除油污,铁锈,漆层等,使工件表面洁净,油污油漆可以用溶剂清洗剂除去。
如果油渍已经渗入基体材料,可以用火焰加热除去,对锈层可以进行酸浸,机械打磨或喷砂除去。
3、表面粗化,目的是为了增强涂层与基体的结合力,消除应力效应,常用的有喷砂、开槽、车螺纹、拉毛。
A:喷砂是最常用的,砂料可以选择石英砂、氧化铝砂、冷硬铁砂等。
砂料以锋利坚硬为好,必须清洁干燥,有尖锐棱角。
其尺寸,空气压力的大小,喷砂角度、距离和时间应该根据具体情况确定。
B:开槽、车螺纹、辊花。
对轴、套类零件表面的粗化处理,可采用开槽、车螺蚊处理,槽与螺纹表面粗糙度以RA6.3—12.5为宜,加工过程中不加冷却液与滋润剂,也可以在表面滚花纹,但避免出现尖角。
C:硬度较高的工件可以进行电火花拉毛进行粗化处理,但薄涂层工件应慎用。
电火花拉毛法是将细的镍丝或铝丝作为电极,在电弧的作用下,电极材料与基体表面局部熔合,产生粗糙的表面。
表面粗化后呈现的新鲜表面,应该防止污染,严禁用手触摸,保存在清洁,干燥的环境中,粗化后尽快喷涂,一般喷涂时间不超过二个小时。
4、非喷涂部位的保护喷涂表面附近的非喷涂需要加以保护,可以用耐热的玻璃布或石棉而屏蔽起来。
超音速火焰喷涂工艺流程:施工前的准备工作、表面预处理、喷涂、喷涂后处理四个主要步骤:一)准备工作:在编制工艺前首先应该了解被喷涂工件的实际状况和技术要求并进行分析1、确定涂层的厚度。
一般来讲,喷涂后必须进行机械加工,因此涂层厚度就要预留加工余量,同时还要考虑到喷涂时的热胀冷缩等。
2、涂层材料的确定。
选择依据是涂层材料应该满足被喷涂工件的材料,配合要求,技术要求及工作条件等,分别选择结合层与工作层材料。
3、确定参数:压力,粉末粒度,喷枪与工件的相对运动速度。
二)工件表面的预处理表面制备,是保证涂层与基体结合强度的重要工序1、凹切处理,表面存在疲劳层和局部严重拉伤的沟痕时,在强度允许的前提下可以进行车削处理,为热喷涂提供容纳的空间。
2、表面清理,清除油污,铁锈,漆层等,使工件表面洁净,油污油漆可以用溶剂清洗剂除去。
如果油渍已经渗入基体材料,可以用火焰加热除去,对锈层可以进行酸浸,机械打磨或喷砂除去。
3、表面粗化,目的是为了增强涂层与基体的结合力,消除应力效应,常用的有喷砂、开槽、车螺纹、拉毛等。
A:喷砂是最常用的,砂料可以选择石英砂、氧化铝砂、冷硬铁砂等。
砂料以锋利坚硬为好,必须清洁干燥,有尖锐棱角。
其尺寸,空气压力的大小,喷砂角度、距离和时间应该根据具体情况确定。
B:开槽、车螺纹、辊花。
对轴、套类零件表面的粗化处理,可采用开槽、车螺蚊处理,槽与螺纹表面粗糙度以RA6.3—12.5为宜,加工过程中不加冷却液与滋润剂,也可以在表面滚花纹,但避免出现尖角。
C:硬度较高的工件可以进行电火花拉毛进行粗化处理,但薄涂层工件应慎用。
电火花拉毛法是将细的镍丝或铝丝作为电极,在电弧的作用下,电极材料与基体表面局部熔合,产生粗糙的表面。
表面粗化后呈现的新鲜表面,应该防止污染,严禁用手触摸,保存在清洁,干燥的环境中,粗化后尽快喷涂,一般喷涂时间不超过二个小时。
4、非喷涂部位的保护喷涂表面附近的非喷涂需要加以保护,可以用耐热的玻璃布或石棉来屏蔽起来。
必要时按零件开关制作相应的夹具保护,但是要注意夹具材料要有一定的强度,且不能使用低熔点的合金,以免污染涂层。
对于基体表面上的键槽、油孔等不允许喷涂的部位,可以用石墨块或粉笔堵平或略高于表面。
喷后清除时,注意不要碰伤涂层,棱角要倒钝。
三)喷涂工艺及参数(1)粉末特性:目前粉末供应商提供了品种繁多的碳化物粉末,而粉末特性往往因其制粉工艺方法的不同而表现出较大的差异。
粉末特性包括:粉末粒度分布、颗粒形状、表面粗糙度等。
对ZB-2700设备来说,适宜的粉末粒度为:15μm-40μm。
(2)氧-燃气流量和比例喷涂的焰流温度及特性取决于氧-燃气流量和混合比例。
喷涂时,首先应按照设备的规定要求确定氧气和燃气的流量,以保证喷枪焰流达到设计的功率水平。
实际生产过程中有多种因素可导致氧-燃气比例的波动,而氧-燃气比例对确定最终的涂层组织十分重要.理论上,丙烷完全燃烧要求氧与丙烷的比例为5∶1(C3H8+5O2=4H2O+3CO2),这一燃烧比例产生的是中性焰(即,燃烧时氧与燃气分子全部耗尽)。
若燃气比例下降,焰流中未消耗尽的氧分子将产生“氧化”气氛,导致熔融粉末粒子的过度氧化,涂层中氧化物含量增多。
混合气中燃气过多会产生低温贫氧的火焰,所得涂层中未熔粒子和孔洞增多,而氧化物含量降低。
事实上,中性焰是不存在的,在高温,燃烧过程不是完全可逆的,反应物与反应产物以热平衡和化学平衡方式共存。
ZB-2700型超音速火焰喷涂系统,当氧-燃气比例在4.2-5.6之间时,可获得高性能的涂层。
(3)喷涂距离:ZB-2700型超音速火焰喷涂系统,当粉末粒子在距喷枪出口100mm以内即已达到了其最高温度,随着喷距的增加粒子温度逐渐降低,在100-230mm范围内,粒子温度大约降低了60℃,其降低幅度并不大,粒子仍可保持约1775℃的高温;而粒子速度在距喷枪出口大约190mm内是一个逐渐加速的过程,在距喷枪出口190-200mm左右达到580m/s以上的最高速度,在170-230mm喷距上,粒子速度基本维持在580m/s以上。
考虑到高温焰流对基体传热的不利影响,喷距在可能的情况下应尽量增大,故对ZB-2700型超音速火焰喷涂系统来说,适宜的喷距应为:190-230mm。
与其它喷涂工艺相比,喷涂喷距的可调整范围是比较大的,这得益于粒子的高速度。
较大的喷距可调范围对实际生产十分有利,因为可以根据工件的形状、大小、涂层厚度等要求选择适宜的喷距,以得到综合性能最好的涂层。
(4)送粉量:对任何热喷涂工艺来说,送粉量都是影响涂层性能的一个重要参数。
某种粉末在某一具体的喷涂工艺条件下,都对应有一适宜的送粉量范围。
若送粉量过小,可能的不利影响有:1)被喷涂粉末过熔,粉末烧损,烟雾大,易污染涂层。
2)每一遍喷涂不能完全覆盖其扫过的路径,造成涂层孔隙率增大。
3)延长了喷涂时间易造成工件过热涂层开裂和生产成本的增大。
若送粉量过大,可能的不利影响有:1)粉末熔化不充分,涂层结合强度降低,孔隙率增大。
2)涂层应力增大,导致涂层开裂。
3)粉末沉积率下降,生产成本提高。
使用ZB系统,喷涂WC-Co涂层时,当送粉量在38-60g/min之间变化时,涂层孔隙率在0.55—1.2%之间,显微硬度在HV1000-1300, 粉末沉积率为40-50%,涂层性能优。
喷涂CrC-NiCr涂层时:当送粉量在27-45g/min之间变化时,可获得令人满意的涂层质量。
四)喷涂后处理封孔,机械加工等工序。
涂层的孔隙率约占体积的百分之五,而且有的孔隙可由表及里。
零件为摩擦副时,可在喷后趁热将零件放在润滑油中,利用孔隙储油有利于润滑。
但对于随液压的零件,孔隙而容易产生泄露,对于喷涂后,应该用封孔剂进行封孔处理。
对封孔剂要求:浸透性好,耐化学作用,不溶解,不变质。
在工作温度下性能稳定,能增强涂层性能,常用的有石蜡,环氧,酚醛等。
当喷涂后的尺寸精度与表面粗糙度不能满足要求时,需要对其进行机械加工,可采用车削或磨削加工。
超音速火焰喷涂设备技术参数:ZB-2700超音速火焰喷涂设备(HVOF) - 技术性能参数表:超音速火焰喷涂涂层评析传统的火焰喷涂工艺以氧-乙炔火焰来熔化待喷涂的粉末,由于焰流速度慢,热量不集中,粉末在空气中飞行时间长,因而形成的涂层粗糙多孔(孔隙率多为10%~15%),氧化物和未熔颗粒多,涂层的硬度和结合强度(多为20~30MPa)较低而且易产生裂纹和剥落。
等离子喷涂工艺以等离子弧作为热源将粉末熔化,高速喷到零件表面形成涂层。
由于等离子弧温度高(弧柱中心温度可达15000~33000K),能量大,粉末粒子飞行速度快,而且采用氩气作为等离子气体、氢气作为辅助气体,又具有还原气氛,因而粉末的氧化程度低,所形成的涂层致密,孔隙率(3%~8%)和氧化物含量都很低,结合强度(40~50MPa)和硬度较高,但由于残余应力的存在,涂层不能过厚,否则会产生裂纹和剥落。
此外,等离子喷涂还有一个明显的缺点,就是使用和维护费用较为昂贵。
20世纪80年代以来,随着超音速火焰(High Velocity Oxygen Flame,HVOF)喷涂工艺的研发,涂层的性能产生了质的飞跃。
超音速喷枪的结构独特,在燃烧室的末端即咽喉部位采用了拉瓦尔曲线设计,使得燃烧室的压力增加,通过该处的焰流获得数倍于音速的速度;而且采用了径向内送粉的方式,使得粉末在10~30cm的枪管内得到充分的加热和加速,虽然温度不是很高(2870℃),但由于能量集中,受热均匀,因此熔化得非常好;此外,由于粉末粒子的动能大,速度快,粒子在空气中的飞行时间极短,被氧化的机会极少,再加上喷枪系统本身的温度不高(2870℃),所以涂层中几乎没有氧化物,空隙率也极低(小于2%),涂层致密,剪切强度和结合强度都非常高(可达到60MPa以上),而且涂层内的残余应力几乎都是压应力,这样就使得涂层可以具有很大的厚度而不至于产生裂纹和剥落,例如316不锈钢涂层的厚度可以达到1.2mm。
尤其是WC-Co涂层,HVOF喷涂更具优越性。
本课题以等离子喷涂、火焰喷涂、HVOF喷涂3种工艺分别喷涂了WC/12Co 、WC/17Co、NiCrBSi 3种涂层,并对涂层的各项性能进行了分析和研究。
1 试验材料(粉末)热喷涂涂层的性能和微观结构与所使用的粉末有较大的关系,不同的粉末粒度、化学成分都会对涂层性能造成影响。
WC-Co涂层是一种典型的抗磨损涂层,WC-Co粉末有铸造/粉碎型、烧结/粉碎型、团聚/烧结型和钴包覆型4种形式。
试验采用的粉末是美国TAFA公司生产的烧结/粉碎型粉末。
NiCrBSi自粘涂层也是一种高质量的抗摩擦磨损涂层,试验采用的是TAFA公司生产的1276NiCrBSi粉末。
用GSL-100激光粒度分析仪对粉末进行粒度分析,粒度分布非常好,范围集中,90%在5×10-3~10×10-3mm之间且颗粒均匀,可以肯定,这3种粉末具有非常好的流动性。
2 喷涂工艺2.1 吹砂首先对所有的试样进行吹砂,吹砂用的磨料为白刚玉砂,压缩空气压力为0.2~0.3MPa,吹砂距离为100~120mm,吹砂后表面粗糙度为R a3.0~3.5μm。
2.2 喷涂设备及参数采用METCO6P火焰喷涂设备、METCO-7M等离子喷涂设备和JP-5000超音速火焰(HVOF)喷涂设备进行喷涂。
3 涂层性能试验3.1 结合强度和剪切强度试验采用胶接法进行结合强度试验,试样尺寸为6.5mm×25.4mm,粘接剂为FM-1000胶,所有试样的涂层厚度均为0.25~0.30 mm;剪切强度试验设备为单摆刮削磨损试验机。
3.2 残余应力试验由于在喷涂过程中具有不同机械性能的材料有着很高的温度梯度,因此在涂层中会产生残余应力,这种残余应力对涂层的性能有很大的影响,最明显的就是引起涂层裂纹和剥落,它直接限制着喷涂层的厚度。
涂层的残余应力状况是评价涂层性能的一个极其重要的指标,本课题采用修正的艾尔曼(Almen)法完成对涂层的残余应力测试。
测试用的试片材料为65Mn,规格为120mm×15mm×1mm;采用BHP-700温度补偿应变片,规格为16mm×7mm,电阻值为120Ω,应变极限温度为700℃。
δ为涂层厚度,σc为涂层残余应力,正值表示拉应力,负值表示压应力。
从表中可以看出,随着涂层厚度的增加,应力值也增加。
对于NiCrBSi涂层来说,火焰喷涂和等离子喷涂产生的都是拉应力,而HVOF喷涂产生的是压应力。
对于WC-12Co涂层来说,虽然3种喷涂方法产生的都是压应力,但HVOF喷涂产生的压应力值要远远高于另外两种喷涂方法。
拉应力是造成涂层裂纹和剥落的主要原因,因此对于涂层来讲,残余应力最好是压应力,而不是拉应力。