超音速火焰喷涂技术的认识和发展应用

超音速火焰喷涂也称为高速氧燃料喷涂（HVOF，HighVelocityOxy-fuel），是在20世纪80年代初在普通火焰喷涂和爆炸喷涂的基础上发展起来的一种新型热喷涂技术，发挥了传统的火焰喷涂在提供动能方面具有潜在优势而发展起来的一种高能高速喷涂方法。

超音速火焰喷涂的热源是利用可燃性气体（如H2、C3H3或C3H6等）与高压O2，或利用煤油与酒精等液体燃料与高压O2在特制的燃烧室内混合并点燃，或在特殊的喷嘴中燃烧产生的高温高速火焰流，剧烈膨胀的气体受水冷喷嘴的约束形成超音速高温火焰流，其燃烧焰流速度可达1500--2000m/s以上。在典型的超音速火焰中，可以观察到马赫锥的存在。粉末由氮气经粉末送入口送到燃烧室中心的粉末通道，将粉末轴向或侧向送进火焰流中，经火焰流加速可以达到超音速，即可以实现粉末粒子的加热与加速、涂层的沉积。由于火焰流的速度极高，喷涂粒子在被加热至熔化或半熔化状态的同时，可以被加速到高达300-- 650m/s，从而获得结合强度高、致密的高质量涂层。

在HVOF技术中，喷枪是产生稳定的高速火焰的必要保证，是保证涂层质量的关键。HVOF喷枪主要由三部分组成：供空气与燃料混合后燃烧的燃烧室，将焰流加速到超音速的Laval喷嘴和使喷涂材料粒子得到充分加热、加速的等截面长喷管。 超音速火焰由于受燃烧焰流温度的限制，与等离子热源相比，温度低（约3000℃）而速度高，对于 WC-Co系硬质合金，可以有效地抑制在喷涂过程中WC的分解，涂层不仅结合强度高、致密，而且可以最大限度地保留粉末中的硬质耐磨WC相，因此，涂层耐磨损性能优越，与爆炸喷涂层相当，大幅度超过等离子喷涂层，也优于电镀硬铬层与喷焊层，目前已获得了广泛的应用。