高速氧燃料 (HVOF) 工艺是基于一高压内燃系统, 与微型火箭引擎相似。喷涂过程中, 燃料与氧混合产生温度为2800℃的超声气流(大于2000 m/s) , 燃料包括煤油, 氢气, 丙烯, 丙烷, 乙炔, 甲基乙炔, 天然气。将粉末引入燃烧出料室热焰中, 可在几乎无限制的各种基体上产生涂层。此涂层具有较高硬度和耐久性, 与基体结合坚固, 厚度范围大。
可用于HVOF热喷技术的材料主要有以下几类:
1) WC材料, WC-Co是最早用于HVOF工艺的WC材料, 目的是为获得耐磨性。由于不需显著熔化就能沉积形成有效耐磨面, 几乎所有类型的WC材料都适合HVOF工艺。典型的组成成分包括 8%～ 30% 的基体合金, 为碳化物颗粒充当粘结剂, 粉末颗粒需要吸收足够热能以“软化”金属间结合, 确保内部颗粒在冲击下粘着。碳化物在过热条件下会分解产生有害相, 使涂层耐磨性下降, 而HVOF成功的一个重要原因是其加速粒子非常有效, 不会产生过热现象。HVOF工艺另一优点是能喷射高速率的半熔化粒子, 产生低残余应力、高结合能、低氧含量和高密度的涂层。过去 20年间, 许多新型碳化物被成功地应用于HVOF工艺, 除最初的碳化物粉外, 还发展了一些高合金结合材料, 包括: WC-10Ni、WC-10Co2Cr, 此类材料既耐磨损, 又抗腐蚀, 主要应用于诸如飞机着陆架元件等特殊领域。
2) 碳化铬, 由于碳化钨涂层有服役温度的限制, 因此又发展了其它耐热涂层, 最著名的是Cr3C2-NiCr。
3) 金属材料, HVOF 设备在市场上繁荣以后, 用户也不断寻求其它HVOF热喷涂材料。这之前, 金属粉末已应用于等离子装置中, AlSl316L 不锈钢、Ni625、M C rA lY 等也应用于燃烧喷涂中, 粉末制造商为HVOF优选这些金属粉末、而应用者则生产出致密、低氧的耐磨耐蚀涂层。
4) 陶瓷, 颗粒小于 840Λm 的陶瓷粉末可通过HVO F 工艺产生A 1203 基涂层, 其密度和表面光滑程度都较等离子喷涂涂层高。通过HVOF工艺生产的某陶瓷致密无孔, 表现出极好的性能。
5) 塑料 HVOF工艺可灵活改变粒子热率来获得粒子的动能 (速率) , 此双重控制适合喷涂塑料材料, 另一方面, HVOF的特别能量转换机制还特别适合低熔点的塑料材料, 不会产生由于长时间处于熔化温度产生的变质现象, 因此热塑塑料和热固材料可作为整体涂层应用, 并不影响其基本的化学结构和独特性能。
达到较高的设备安全性、可靠性和相容性是未来HVOF设备的主要目标。HVOF设备中, 气体与电路控制台分离, 气罐及元件采用防爆设计, 电路区采用空气清洗并延时以防有害气体进入。包括喷口和燃烧室的磨损元件设计目的是延长寿命、降低维护和操作(损失) 费用。
最佳的热喷技术是将等离子喷涂的独特的高热能优点与HVOF涂层的超声速率结合起来, 达到近无孔、低氧结构、操作无限控制。但在此系统未发展之前, HVOF热喷技术仍以其易达到的耐磨性及耐蚀性等优点, 不断扩展其应用领域。
