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热喷涂技术的核心

 

 热喷涂技术的核心是对热喷涂材料进行加热使之熔化或半熔化并加速沉积到经过预处理的工件表面形成涂层。因此热源的应用和控制对热喷涂过程至关重要。目前热喷涂采用的热源主要有气(液)体燃烧火焰、电弧和等离子弧等。

一、燃烧火焰

1.燃烧原理 将燃料气体或液体与助燃气体按一定比例混合燃烧而产生热量。常用的燃料气体或液体有:乙炔、丙烷、丙烯、天然气、煤油等。由于乙炔和氧气燃烧可产生较高的燃烧温度和火焰速度,因此在火焰喷涂方法中氧-乙炔火焰最为常用, 几种气体的燃烧温度


热源 

温度/℃ 

热源 

温度/℃ 

乙炔,氧气 

3100

丙烷,氧气 

2650

氢气,氧气 

2600

天然气,氧气 

2700


2.火焰的形貌特点 火焰由焰芯、内焰、外焰三部分组成。通过控制燃料气体与氧气的流量和比例,可改变燃烧火焰的性质和功率。火焰的性质分为中性焰、还原焰(碳化焰)和氧化焰三种。 (1)中性焰。中性焰是氧气-乙炔完全燃烧的状态。焰芯呈蓝白色圆锥形,有明显的轮廓。焰芯外面是淡白色的外焰。 (2)还原焰(碳化焰)。碳化焰是乙炔与氧气的比例相对偏大的燃烧状态。焰芯较长,呈蓝白色,内焰呈淡蓝色,外焰呈橘红色。 (3)氧化焰。氧化焰是氧气与乙炔的比例相对偏大的燃烧状态。焰芯短而尖,呈青白色,内焰难以分辨,外焰呈蓝紫色。 几种主要燃料和氧混合燃烧的火焰特性如表所示。 燃料和氧混合燃烧的火焰特性

 

燃烧 
气体 

 

燃烧所需氧量 

 

燃料和氧 
混合的比例 

 

体积热值(标准)KJ/M2

中性燃烧所产生的体积热值KJ/M2

 

与氧燃烧的火焰速度m/s

 

火焰热流量密度KW/M2

 

火焰燃烧温度℃ 

 

应用说明 

完全 
燃烧 

中性 
燃烧 

C2H2+O2

2C2H2+5O2

1:2.5

1:1.1

5.65*107

1.85*107

135

4.48*105

3100

适用 

C3H8

C3H8+5O2

1:5

1:3.1

9.36*107

1.26*107

3.7

1.07*105

2650

适用 

H2

2H2+O2

2:1

4:1

1.076*107

 

8.9

1.40*105

2600

产生水蒸气 

二、电弧

1.电弧原理 在两电极之间的气体介质中,强烈而持久的放电现象称为电弧。电弧放电时,整个弧区产生强烈的光和热。

2.喷涂用电弧 电弧的高温高热足以使作为电极的材料熔化,电弧喷涂就是用两根被喷涂的金属丝作自耗电极,当两金属丝短接而引燃电弧后,后续金属丝不断连续送进,补充熔化掉的部分,以维持电弧的稳定燃烧。 为保持两金属丝端部之间电弧的稳定燃烧,一方面需外加气流使熔化的金属从端部脱离,另一方面需要在电弧电压、电弧电流、送丝速度之间建立平衡关系。 三、等离子弧 1.等离子体 等离子体是指气体部分或全部电离,形成正、负离子数量相等而整体呈中性的导电体,是继固态、液态、气态之后的物质第四态。 作为物质的一种独立形态,它具有以下基本特点: (1)导电性。由于气体原子被电离成正离子和负离子,气体中充满带电粒子,等离子体具有很强的导电性。 (2)电中性。虽然等离子体内部具有很多荷电粒子,但粒子所带的正电荷数与负电荷数量相等,整体而言是电中性体。 (3)与磁场可作用性。由于等离子体是由荷电粒子组成的导电体,因此可用磁场控制它的位置、形状和运动 。如电弧的旋转、电弧的稳定等。 2.等离子弧 用于喷涂的等离子电弧(简称等离子弧)一般都是利用等离子弧发生器产生的压缩电弧。一般阴极采用钨铈或钨钍合金材料,喷嘴阳极采用紫铜,压缩电弧的形成是所谓热收缩效应、自磁压缩和机械压缩效应联合作用的结果。与自由电弧相比,等离子弧具有能量集中、温度高(7000-30000℃),燃烧稳定、气氛可控的特点。

3.等离子弧的形式 等离子弧有三种作用形式。 (1)非转移型弧。喷嘴接电源正极,钨极接电源负极,电弧建立在钨极和喷嘴内表面之间,等离子焰流从喷嘴内喷出。非转移型弧可用于喷涂、切割等。 (2)转移型弧。工件接电源正极,钨极接电源负极,电弧建立在钨极与工件之间。转移型弧可用于金属切割、粉末喷焊等。 (3)联合型弧。喷嘴和工件接电源正极,钨极接电源负极,非转移型弧和转移型弧并存的等离子弧。联合型弧用于喷焊亦可用于喷涂。

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