高速火焰喷涂主要工艺参数

高速火焰喷涂主要工艺参数

以ＤＪ型高速火焰喷涂系统为例，介绍工艺参数对涂层性能的影响。
（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。图２１７为两种不同制粉工艺生产的ＷＣ／１２Ｃｏ粉
末的扫描电镜照片，粉末１为团聚烧结制得，粉末２为直接烧结制得。虽然粉末成分相同，但由于制粉工艺不同，其形貌存在较大差异：粉末１为球状颗粒，表面粗糙多孔；粉末２为不规则块状颗粒，表面较光滑。两种粉末粒度基本相同，约为１７～４５μｍ。研究表明：团聚烧结法生产的碳化物粉末，其粒度均匀、形状规则（接近球形）、表面粗糙多孔、流动性好。该类型粉末用ＤＪ２７００设备喷涂，其涂层性能明显优于其他类型粉末的涂层。对ＤＪ２７００设备来说，适宜的粉末粒度为１５～４０μｍ。
（２）氧燃气流量和比例高速火焰喷涂的焰流温度及特性取决于氧燃气流量和混合比例。高速火焰喷涂时，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。研究结果表明：对ＤＪ型高速火焰喷涂系统，当氧燃气比例在４２～５６之间时，可获得高性能的涂层。
（３）喷涂距离研究表明：ＤＪ型高速火焰喷涂系统，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达到４８０ｍ／ｓ以上的最高速度，在１７０～２３０ｍｍ喷距上，粒子速度基本维持在４８０ｍ／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ＤＪ型高速火焰喷涂系统来说，适宜的喷距应为１９０～２３０ｍｍ。与其他喷涂工艺相比，高速火焰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。
研究表明：使用ＤＪ系统喷涂ＷＣＣｏ涂层，当送粉量在３８～７０ｇ／ｍｉｎ之间变化时，涂层孔隙率在１１２％～２％之间，显微硬度在１０００～１３００ＨＶ，粉末沉积率为４０％～５０％，涂层性能优。喷涂ＣｒＣＮｉＣｒ涂层，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。