高速火焰噴涂主要工藝參數

高速火焰噴涂主要工藝參數

以ＤＪ型高速火焰噴涂系統為例，介紹工藝參數對涂層性能的影響。
（１）粉末特性目前粉末供應商提供了品種繁多的碳化物粉末，而粉末特性往往因其制粉工藝方法的不同而表現出較大的差異。粉末特性包括：粉末粒度分布、顆粒形狀、表面粗糙度等。圖２１７為兩種不同制粉工藝生產的ＷＣ／１２Ｃｏ粉
末的掃描電鏡照片，粉末１為團聚燒結制得，粉末２為直接燒結制得。雖然粉末成分相同，但由于制粉工藝不同，其形貌存在較大差異：粉末１為球狀顆粒，表面粗糙多孔；粉末２為不規則塊狀顆粒，表面較光滑。兩種粉末粒度基本相同，約為１７～４５μｍ。研究表明：團聚燒結法生產的碳化物粉末，其粒度均勻、形狀規則（接近球形）、表面粗糙多孔、流動性好。該類型粉末用ＤＪ２７００設備噴涂，其涂層性能明顯優于其他類型粉末的涂層。對ＤＪ２７００設備來說，適宜的粉末粒度為１５～４０μｍ。
（２）氧燃氣流量和比例高速火焰噴涂的焰流溫度及特性取決于氧燃氣流量和混合比例。高速火焰噴涂時，首先應按照設備的規定要求確定氧氣和燃氣的流量，以保證噴槍焰流達到設計的功率水平。實際生產過程中有多種因素可導致氧燃氣比例的波動，而氧燃氣比例對確定最終的涂層組織十分重要。理論上，丙烷完全燃燒要求氧與丙烷的比例為５∶１（Ｃ３Ｈ８＋５Ｏ２＝４Ｈ２Ｏ＋３ＣＯ２），這一燃燒比例產生的是中性焰（即燃燒時氧與燃氣分子全部耗盡）。若燃氣比例下降，焰
流中未消耗盡的氧分子將產生“氧化”氣氛，導致熔融粉末粒子的過度氧化，涂層中氧化物含量增多?；旌蠚庵腥細膺^多會產生低溫貧氧的火焰，所得涂層中未熔粒子和孔洞增多，而氧化物含量降低。事實上，中性焰是不存在的，在高溫燃燒過程不是完全可逆的，反應物與反應產物以熱平衡和化學平衡方式共存。研究結果表明：對ＤＪ型高速火焰噴涂系統，當氧燃氣比例在４２～５６之間時，可獲得高性能的涂層。
（３）噴涂距離研究表明：ＤＪ型高速火焰噴涂系統，當粉末粒子在距噴槍出口１００ｍｍ以內即已達到了其最高溫度。隨著噴距的增加粒子溫度逐漸降低，在１００～２３０ｍｍ范圍內，粒子溫度大約降低了６０℃，其降低幅度并不大，粒子仍可保持約１７７５℃的高溫；而粒子速度在距噴槍出口大約１９０ｍｍ內是一個逐漸加速的過程，在距噴槍出口１９０～２００ｍｍ達到４８０ｍ／ｓ以上的最高速度，在１７０～２３０ｍｍ噴距上，粒子速度基本維持在４８０ｍ／ｓ以上?？紤]到高溫焰流對基體傳熱的不利影響，噴距在可能的情況下應盡量增大，故對ＤＪ型高速火焰噴涂系統來說，適宜的噴距應為１９０～２３０ｍｍ。與其他噴涂工藝相比，高速火焰噴涂噴距的可調整范圍是比較大的，這得益于粒子的高速度。較大的噴距可調范圍對實際生產十分有利，因為可以根據工件的形狀、大小、涂層厚度等要求選擇適宜的噴距，以得到綜合性能最好的涂層。
（４）送粉量對任何熱噴涂工藝來說，送粉量都是影響涂層性能的一個重要參數。某種粉末在某一具體的噴涂工藝條件下，都對應有一適宜的送粉量范圍。若送粉量過小，可能的不利影響有：
１）被噴涂粉末過熔，粉末燒損，煙霧大，易污染涂層。
２）每一遍噴涂不能完全覆蓋其掃過的路徑，造成涂層孔隙率增大。
３）延長了噴涂時間易造成工件過熱涂層開裂和生產成本的增大。若送粉量過大，可能的不利影響有：
１）粉末熔化不充分，涂層結合強度降低，孔隙率增大。
２）涂層應力增大，導致涂層開裂。
３）粉末沉積率下降，生產成本提高。
研究表明：使用ＤＪ系統噴涂ＷＣＣｏ涂層，當送粉量在３８～７０ｇ／ｍｉｎ之間變化時，涂層孔隙率在１１２％～２％之間，顯微硬度在１０００～１３００ＨＶ，粉末沉積率為４０％～５０％，涂層性能優。噴涂ＣｒＣＮｉＣｒ涂層，當送粉量在２７～４５ｇ／ｍｉｎ之間變化時，可獲得令人滿意的涂層質量。