CN1119431C - 超音速火焰熔滴喷涂方法 - Google Patents

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Abstract

一种超音速火焰熔滴喷涂方法，将块状的涂层材料散料，无需粉末或丝材，预先在坩埚中加热熔化，然后将所述熔化了的涂层材料的液滴匀速滴入HVOF喷枪枪管内，或滴到喷枪出口外，该液滴被前方来的高温高速燃气的焰流粉碎、雾化并加速喷涂到基体材料上，形成结合强度更高的致密涂层。该方法可使生产成本大大降低。

Description

超音速火焰熔滴喷涂方法
本发明涉及一种在零件表面喷涂各种材料涂层的超音速或高速火焰(HVOF)喷涂方法。
目前，任何一种传统的热喷涂方法，例如高速火焰喷涂方法，都是将预先制成的各种涂层材料的粉末或丝材送入喷枪枪管内或喷枪出口外，并将其熔化或熔融后喷涂到基体材料上，形成具有各种所需性质的涂层，然而这要求通过复杂的制粉或制丝工艺，从而使粉末、丝材本身就具有很高的成本，特别是超细粉末，这样一来，作为HVOF喷涂工艺生产成本的主要组成部分，粉末或丝材的高成本使得喷涂工艺的成本居高不下，以致难以推广应用。近年来出现了一种燃烧电弧喷涂(ComARC)工艺，它用电弧加热丝材形成液态金属，再由超音速丙烷气燃烧焰流雾化，从而在HVOF工艺提高了沉积效率并降低了成本。但是这种工艺仍需预先将涂层材料制成丝材，所以生产成本仍然很高。
本发明的目的是，省略复杂的制粉或制丝工艺，通过直接熔化块状涂层材料散料的方法，大幅度降低热喷涂工艺的生产成本，扩大超音速火焰喷涂设备的使用范围，从而在很大程度上取代昂贵的超音速等离子喷涂设备。
本发明的技术方案是：取代处于室温下的送粉、丝器，代之以加热块状涂层材料散料的坩埚，待喷涂的涂层材料散料，无需粉末或丝材，在其中加热到熔化，然后匀速送入喷枪枪管内或枪口外，再由高速高温气流将该涂层材料的液滴粉碎、雾化，加速并高速喷涂到离枪口一定距离处的基体材料上。
本发明的优点是，省略了复杂的高成本的制粉或制丝工艺，从而大大降低HVOF工艺的生产成本，技术方案简单、有效。使用时只需将所需喷涂的材料，不限于粉末或丝材的涂层材料放入坩埚中加热至熔化即可。这样，既继承了超音速火焰喷涂工艺涂层结合强度高的优点，又克服了其燃烧火焰温度不足的缺点，可以喷涂各种涂层材料，无论块状散料，粉末或丝材，也无论是金属材料，还是高熔点的陶瓷材料，从而大大扩大了其应用范围，可以在很大程度上取代超音速等离子喷涂设备，具有巨大的经济效益。
下面将结合具体实施例及附图对本发明作进一步的说明。
图1为枪内送料的喷枪主体示意图。
图2为枪外送料示意图。
参照图1，燃料和高压氧气分别从孔2和孔4进入燃烧室5，在其中混合，并由火花塞3点火燃烧，燃气穿过拉瓦尔喷管的喉部6、枪管7，从枪管的出口截面9喷出，形成若干个激波环10。待喷涂的涂层材料散料22在坩埚21中加热至熔化，温度由温度控制器23控制。熔化了的涂层材料的液滴由坩埚出料口24被定量送至枪管上的送料口12，该涂层材料的液滴25进入焰流中，被高温高速燃气粉碎，雾化并被加速从枪管口9高速喷出，打在离喷枪出口9一定距离的基体材料上。为了防止涂层材料的氧化，待喷涂的形态，不限于粉末或丝的涂层材料22在处于真空或隋性气体保护下的坩埚21中被加热至熔化，加热温度根据该涂层材料22的熔点确定，并由温度控制器23进行控制，该坩埚可以由电或其他方式加热。由于该涂层材料22已经被熔化，在枪管内或外部加速运行中只需保持这熔化或熔融状态即可，所以焰流只需具有不太高的温度，或者喷枪出口9离基体材料的距离可以更远些。
由于燃气温度和熔化了的涂层材料22的温度均很高，所以必须由冷却水从入口1进入喷枪的冷却通道8对喷枪进行冷却，然后冷却水从口11流出并循环使用。
参照图2，涂层材料22在真空或隋性气体保护下的坩埚21中加热，可以用电加热或其它加热器加热，由温度控制器23进行控温，加热到其中的涂层材料22熔化。熔化了的涂层材料22从坩埚出口24匀速流到处于枪口外的送料口12，该涂层材料的液滴25进入高速焰流中，被粉碎、雾化并被加速喷涂到离喷枪出口9一定距离的基体材料上，形成致密的涂层。
尽管上述实施例中说明的是本发明在超音速火焰喷涂中的应用，但是应当理解为本发明对于一切火焰喷涂都是适用的。例如在压集机叶片表面喷涂高温陶瓷材料Y-Zro2，在普通的HVOF喷涂工艺中，即使是燃烧温度达3500K也是不可能的，但现在只需将Y-Zro2装于坩埚中在2850℃以上进行熔化，然后在垂直于喷枪枪筒轴线，而且离出口平面10毫米处，使熔滴滴下，在燃烧温度2000K情况下，也可达到很好的喷涂效果。

Claims (4)

1、一种超音速火焰熔滴喷涂方法，其特征在于：块状的涂层材料散料，无需粉末或丝材，预先在坩埚中加热熔化，然后将所述熔化了的涂层材料的液滴匀速滴入超音速或高速火焰喷涂(HVOF)喷枪枪管内，或滴到喷枪出口外，该液滴被前方来的高温高速燃气的焰流粉碎、雾化并加速喷涂到基体材料上，形成结合强度更高的致密涂层。
2、根据权利要求1所述的超音速火焰熔滴喷涂方法，其特征在于：坩埚内的温度由温度控制器控制，所述的温度值由所需涂层材料的熔点来决定。
3、根据权利要求1所述的超音速火焰熔滴喷涂方法，其特征在于：坩埚可以用电弧来加热，也可以由其他方法来加热。
4、根据权利要求1所述的超音速火焰熔滴喷涂方法，坩埚加热涂层材料要在真空或惰性气体保护下进行。
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