超音速火焰喷涂工艺优点及缺点

超声速火焰喷涂系统的焰流具有很高飞行速度和相对较低的温度，在制备耐磨涂层中显出了独特优势,其主要特点如下。

(1)火焰及喷涂粒子速度很高，高速区范围大，喷射粒子撞击能量大。火焰速度可达2000m/s，喷涂粒子速度可达450m/s~650m/s甚至更高，可操作喷涂距离范围大( 150mm ~ 380mm)，工艺性好。

(2)火焰温度低，粒子与周围大气接触时间短，粉末氧化、烧损小。超声速火焰喷涂火焰温度一般在2900℃ ~ 3300℃之间，相比等离子喷涂和电弧喷涂来说温度较低；且颗粒在焰流中的飞行时间短，和周围大气接触时间短，因而和大气几乎不发生反应，喷涂材料微观组织变化小，能保持其原有的特点。因而粉末的氧化、烧损小，特别适合喷涂碳化物等易氧化粉末材料，如WC-Co、WC-Co-Cr、NiCr-Cr3C2等。

(3)超声速火焰喷涂制备的涂层结合强度高，喷涂WC-Co涂层结合强度可达70MPa~ 90MPa；涂层非常致密，孔隙率很低(小于1% ) ；涂层硬度高，喷涂WC-Co涂层的显微硬度(HV)最高可达1600，和烧结材料相当；涂层应力为压应力，且残余应力低，可喷涂厚涂层。

(4)与爆炸喷涂相比,超声速火焰喷涂虽然也是采用燃料燃烧形成超声速气流,但后者是连续、均匀的高速焰流，前者则是脉动的，还必须同步脉动地用惰性气体清除枪管中的残余燃气。

超声速火焰喷涂涂层虽然有较高的致密度、结合强度和硬度，而且涂层中的氧化物含量较低。但是HVOF仍然存在以下其自身难以克服的缺陷。

1)适宜喷涂的材料较少

超声速火焰喷涂技术具有高速低温的特点，在喷涂WC-Co、WC-Co-Cr和NiCr-Cr3C2等粉末时，高速度及较低的温度，颗粒飞行时间短，保证了粉末在喷涂中更少的氧化和失碳，从而使涂层有更高的硬度和更好的耐磨损性。但其无法熔融高熔点陶瓷粉末材料；喷涂金属或合金粉末时，成本太高，体现不出优越性。

目前，超声速火焰喷涂主要用于喷涂WC-Co、WC-Co-Cr、NiCr-Cr3C2等碳化物类金属陶瓷涂层材料；不适于喷涂其他陶瓷涂层材料；不推荐用于喷涂金属及合金粉末材料。

2)对喷涂粉末的粒度要求高

由于HVOF喷涂时颗粒飞行速度很高，火焰温度又较低，粉末被加热时间仅数千分之一秒，且粗颗粒粉末会在高速射流中出现明显的滞后，影响其沉积效率和涂层的均匀性，因此对喷涂粉末的粒度要求很高。

3)热效率低，成本高

燃料高强度燃烧产生的热能大量被冷却水或冷却用空气带走；高速焰流的热能，因粉末在焰流中停留时间短，热交换并不充分，也影响热能利用率。这样，使涂层成本升高，一般高于气稳等离子喷涂的成本。

4)沉积效率较低

沉积效率不仅影响到涂层的生成速度，更直接影响生产成本。超声速火焰喷涂WC-Co粉末时，沉积效率通常低于45%，而喷涂NiCr-Cr3C2时，沉积效率仅为30% ~40%左右，大大增加了涂层材料的消耗和成本。

虽然由于超声速火焰喷涂形成压应力涂层，因而理论上能喷涂厚涂层，但实际上，如喷涂第一层WC-Co涂层后，由于涂层硬度高，对随后喷涂的WC-Co颗粒的反弹力大，会使沉积效率进一步下降。

5)供气系统庞大，操作不方便

超声速火焰喷涂气体消耗量大(通常大于90m3/h)，通常为普通火焰喷涂的数倍至10倍，即使采用液体燃料如煤油，氧气用量也很大，需采用“汇流排”管网供气。若用气体燃料，供气装置就更大了。

6)工件受热大

工件受大流量燃气连续喷射，使工件基体受热量大。

7)枪管容易结瘤

JP-500配有长度不等的枪管，如果选用的喷涂材料品质不好或长时间喷涂,它也会经常出现结瘤。

新发展的超声速火焰喷枪，采用压缩空气作助燃气体，称为高速空气燃料喷涂(HVAF)，它可以大大减少氧气消耗和成本，简化供氧设备，不需水冷却，而且燃烧火焰温度降低，喷涂WC-Co类易氧化高耐磨涂层时，碳化物的烧损减少，涂层质量更好,但是要配10m3以上的空气压缩机。