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超音速火焰喷涂(HVOF)的用途及相关介绍

 

       超音速喷涂(HVOF)

      
超音速火焰喷涂是利用丙烷、丙稀等碳氢系燃气与高压氧气在燃烧室内,或在特殊的喷嘴中燃烧产生的高温高速燃烧焰流,燃烧焰流速度可达5马赫(1500m/s)以上。目前,通常被称作HVOF(High Velocity Oxy-Fuel的略写)。将粉末轴向送进该火焰,可以将喷涂粒子加热至熔化或半熔化状态,并加速到高达300-500m/s,甚至更高的速度,从而获得结合强度高、致密的高质量涂层。超音速火焰由于温度低,约3000℃,速度高,对于WC-Co系硬质合金,可以有效地抑制WC在喷涂过程中的分解,涂层不仅结合强度高,且致密,耐磨损性能优越,其耐磨性能大幅度超过等离子喷涂层,与爆炸喷涂层相当,也超过了电镀铬层、喷焊层,应用极其广泛。
一、涂层和工艺特点 高速火焰喷涂工艺因其鲜明的特点:超高的焰流速度和相对较低的温度,使其涂层性能和喷涂工艺具有许多特点: (1)火焰及喷涂粒子速度高。火焰速度达到1800m/s以上,粒子速度:300-650m/s。 (2) 粉粒受热均匀。喷涂粉粒沿轴向或径向注入燃烧室,使粉末在火焰中停留时间相对较长,熔融充分,产生集中的喷射束流。 (3)粉粒与周围大气接触时间短,粉末粒子飞行速度高,和周围大气接触时间短,很少与大气发生反应,喷涂材料中活泼元素烧损少。这对碳化物材料尤为有利,可避免分解和脱碳。 (4)喷涂粉末细微,涂层光滑 用于高速火焰喷涂的粉末粒度一般为:10-45μm,属于细粒度粉末,同时喷涂粒子速度高,熔融充分,形成涂层时变形充分,使得涂层表面粗糙度小。 (5)涂层致密,结合强度高 一般高速火焰喷涂涂层的孔隙率<2%,结合强度>70MPa。
二、涂层性能:
1、用超音速火焰喷涂(HVOF)工艺,制备高硬度WC-12Co涂层
涂层中主要物相为WC和粘结相Co,另有少量WC分解产生的W2C;涂层平均显微硬度1256 HV0.2,孔隙率约为0.74%;涂层与基体的结合强度高(大于70 MPa),。超音速喷涂WC-12Co涂层是有效延长耐磨件使用寿命的重要方法。
      几种WC-Co涂层的硬度

涂层

成分

硬度(HV0.3

HVOF

WC-12Co

1100-1270

HVOF

WC-27NiCr

1000-1100

电镀硬铬层

Cr

800-900

爆炸喷涂

WC-13Co

1100-1200

2、钴铬钨涂层
 喷涂WC-10Co-4Cr涂层具有其他工艺无法比拟的优势。其可见金相孔隙率<0.05%,对碳钢的结合强度超过75Mpa,硬度为1180-1300HV300,抗裂系数超过100a/c,表面精加工Ra好于0.01微米。
 16Mn钢的磨粒磨损质量损失是WC-10Co-4Cr涂层的266倍,这表明HVAF制备的WC-10Co-4Cr涂层具有优异的抗磨粒磨损性能。
3、镍铬碳化铬耐磨涂层
 NiCr-Cr3C2是由两种不同性能的组份构成。其中NiCr合金具有良好的耐热耐蚀性。
Cr3C2的熔化温度为1810°C,它的特点是,在金属碳化物中抗氧化能力最强,在空气中只有在1100-1400度才开始显著氧化。在高温条件下依然保持相当高的硬度。Cr3C2还具有很强的耐蚀性和耐磨性,在稀硫酸溶液中是1Crl8Ni9Ti不锈钢耐蚀性的30倍,而在蒸汽中则是Co-WC合金的50倍。
 通常用NiCr作为耐热合金粘结相与Cr3C2硬质相近热喷涂形成涂层,就构成了优良的抗高温耐磨材料。采用HVOF或等离子喷涂工艺,使NiCr合金与Cr3C2陶瓷能有充分的条件形成均质的金属陶瓷涂层。用NiCr-Cr3C2喷涂电厂锅炉炉管,管壁磨损量由1.5-2.0mm/年减少到0.03mm/年,使其工作寿命延长至七年以上。
 这种涂层在高温条件下具有耐磨损、耐冲蚀、气蚀和微振等功能,同时也抗高温气体(即使是含S气体)腐蚀及高温氧化等特性。
 典型的应用是:燃煤锅炉炉管(电厂、造纸厂)、冶金退火炉辊、热成型模、液压机阀门、燃杆芯轴,透平机气封环、风档、内喷咀支撑,泵套、 热碎辊、活塞导轨、拨叉、压气机气密封、伸缩接头、水轮机喷咀、假造工具、透平排气支撑等。
典型应用
喷涂WC-10Co-4Cr涂层替代镀硬铬,强化辊子表面。
喷涂WC-12Co抗磨涂层用于采油钻杆套。
喷涂WC-12Co抗磨涂层用于采油钻头
喷涂WC-10Co-4Cr抗磨涂层用于水轮机阀及阀座
喷涂CoNiCrAlY涂层用于美国GE公司燃机部件
喷涂NiCrAlSiY涂层用于燃气轮机叶片
喷涂WC-10Co4Cr抗磨涂层用于螺旋轴
喷涂WC-10Co4Cr防腐抗磨涂层替代镀硬铬,用于印刷辊
喷涂WC-CoCr防滑涂层用于造纸机卷纸辊
喷涂Cr3C2-NiCr涂层用于柴油机活塞环
喷涂Cr3C2-NiCr涂层用于转炉烟罩的抗粘连和冲蚀
四、例图

张力棍

热喷涂粉体在造纸设备中做表面耐磨防护

球阀喷涂耐磨图层


风机叶轮

拉丝辊(卷筒)

橡胶机械喷涂

水泵叶轮

油井钻杆传动部位

煤粉机出口

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