HVOF热喷涂技术

高速氧燃料(HVOF)工艺是基于一高压内燃系统,与微型火箭引擎相似。喷涂过程中,燃料与氧混合产生
温度为2 800℃的超声气流(大于2 000 m/s),燃料包括煤油,氢气,丙烯,丙烷,乙炔,甲基乙炔,天然气。
将粉末引入燃烧出料室热焰中,可在几乎无限制的各种基体上产生涂层。此涂层具有较高硬度和耐久性,与基
体结合坚固,厚度范围大。
可用于HVOF热喷技术的材料主要有以下几类:
1) WC材料  WC-Co是最早用于HVOF工艺的WC材料,目的是为获得耐磨性。由于不需显著熔化就能
沉积形成有效耐磨面,几乎所有类型的WC材料都适合HVOF工艺。典型的组成成分包括8%~30%的基体合
金,为碳化物颗粒充当粘结剂,粉末颗粒需要吸收足够热能以“软化”金属间结合,确保内部颗粒在冲击下粘
着。碳化物在过热条件下会分解产生有害相,使涂层耐磨性下降,而HVOF成功的一个重要原因是其加速粒子
非常有效,不会产生过热现象。HVOF工艺另一优点是能喷射高速率的半熔化粒子,产生低残余应力、高结合
能、低氧含量和高密度的涂层。过去20年间,许多新型碳化物被成功地应用于HVOF工艺,除最初的碳化物
粉外,还发展了一些高合金结合材料,包括: WC-10Ni、WC-10Co-Cr,此类材料既耐磨损,又抗腐蚀,主要
应用于诸如飞机着陆架元件等特殊领域。
2)碳化铬 由于碳化钨涂层有服役温度的限制,因此又发展了其它耐热涂层,最著名的是Cr3C2-NiCr。
3)金属材料  NVOF设备在市场上繁荣以后,用户也不断寻求其它HVOF热喷涂材料。这之前,金属粉
末已应用于等离子装置中, AISI316L不锈钢、Ni625、MCrAlY等也应用于燃烧喷涂中,粉末制造商为HVOF
优选这些金属粉末、而应用者则生产出致密、低氧的耐磨耐蚀涂层。
4)陶瓷 颗粒小于840μm的陶瓷粉末可通过HVOF工艺产生A1203基涂层,其密度和表面光滑程度都
较等离子喷涂涂层高。通过HVOF工艺生产的某陶瓷致密无孔,表现出极好的性能。
5)塑料  HVOF工艺可灵活改变粒子热率来获得粒子的动能(速率),此双重控制适合喷涂塑料材料,另
一方面,HVOF的特别能量转换机制还特别适合低熔点的塑料材料,不会产生由于长时间处于熔化温度产生的
变质现象,因此热塑塑料和热固材料可作为整体涂层应用,并不影响其基本的化学结构和独特性能。
达到较高的设备安全性、可靠性和相容性是未来HVOF设备的主要目标。HVOF设备中,气体与电路控
制台分离,气罐及元件采用防爆设计,电路区采用空气清洗并延时以防有害气体进入。包括喷口和燃烧室的磨
损元件设计目的是延长寿命、降低维护和操作(损失)费用。
最佳的热喷技术是将等离子喷涂的独特的高热能优点与HVOF涂层的超声速率结合起来,达到近无孔、低
氧结构、操作无限控制。但在此系统未发展之前, HVOF热喷技术仍以其易达到的耐磨性及耐蚀性等优点,不
断扩展其应用领域。