女生出門總是要美美的，化妝是必備的技能。清洗皮膚，涂乳液，撲粉底，畫眼線，刷睫毛，描眉毛，抹口紅，最后點(diǎn)一點(diǎn)腮紅，整個(gè)妝容就大功告成了。航空金屬零件的表面也是需要“化妝”的，而且這程序啊比起女生化妝，一點(diǎn)也不少。
圖1 撲粉底
圖2 超音速火焰噴涂系統(tǒng)
零件的涂層就好比女生化妝時(shí)的粉底，好讓零件變得“美美的”。不過這“美美的”不是指零件長得好看，而是應(yīng)該使得零件表面具有耐磨損、抗腐蝕、耐高溫、抗氧化等等諸多功能，提高產(chǎn)品質(zhì)量和可靠性。女生化妝有粉撲，有眉筆，有睫毛刷，金屬零件“化妝”有啥技術(shù)、工藝呢？今天小編就和大家一起去看看給零件“化妝”的涂層技術(shù)——超音速火焰噴涂工藝。
一、何為超音速火焰噴涂工藝
其實(shí)從該工藝的名字中，就大概可以知曉這是一種怎樣的噴涂工藝。還是先來看一下專業(yè)的描述。
超音速火焰噴涂是使得材料在火焰束流的加速后來達(dá)到或者超過聲音傳播的速度并撞擊基體，以其高的動(dòng)能來實(shí)現(xiàn)高的結(jié)合。利用可燃?xì)怏w燃料（氫氣、丙烷或者丙烯等）或可燃性液體燃料（如航空煤油）等與作為助燃?xì)獾难鯕猓ɑ蛘邏嚎s空氣）混合，在高壓的燃燒室中被點(diǎn)燃并燃燒，劇烈燃燒并膨脹的燃燒氣體收到噴嘴的約束并壓縮而形成超音速火焰束流，被噴涂的粉末材料沿燃燒室的軸心或者噴管周圍由送粉氣體送入并在火焰中被加熱和加速后噴出。
圖3 超音速火焰噴涂術(shù)示意圖
下面小編給大家翻譯成白話，簡單來講，超音速火焰噴工藝就是利用噴槍以幾倍于音速的速度把粉末狀的涂料噴涂到工件表面，形成涂層，而加速的動(dòng)力來源就是火焰，也就是燃?xì)饬鳌?/span>
二、超音速火焰噴涂噴槍
超音速火焰噴槍設(shè)備最重要的部分就是噴槍，它是匯合燃料、助燃?xì)夂蛧娏系牟考?。其結(jié)構(gòu)是按照流體力學(xué)原理設(shè)計(jì)的，其流道由細(xì)的喉管和逐漸擴(kuò)張的錐形管組成，稱之為拉瓦爾噴嘴，它可以把燃燒的火焰壓縮為超音速流。這就和現(xiàn)代廣泛應(yīng)用的噴氣式發(fā)動(dòng)機(jī)的核心原理相似。
圖4 拉瓦爾噴嘴截面形狀示意圖
圖5 目前國際上流行的主要超音速火焰噴涂噴槍
三、超音速火焰噴涂涂層材料
1.碳化鎢類材料
碳化鎢涂層材料一般有WC/10Ni、WC/10Co、WC/10Co4Cr等，這些涂層材料可以提供非常好的抗磨損和抗腐蝕性能。
圖6 碳化鎢粉末
2.碳化鉻類材料
由于碳化鎢涂層在使用中有一定的溫度限制，因此其它耐熱涂層材料如碳化鉻類材料得到了發(fā)展，例如Cr3C2- 25NiCr材料。
圖7 碳化鉻粉末
3.金屬類材料
大體積零件一般用NiCr合金或其它高合金/超合金組合金屬材料，如各種類型的MCrAlY涂層材料，包括CoNiCrAlY、NiCoCrAlY、NiCrAlY及Fe-CrA1Y等。固定式燃?xì)鈾C(jī)中的葉片均噴涂上MCrA1Y涂層。
圖8 金屬粉末涂層
4.陶瓷類材料
超音速火焰噴涂工藝制備的三氧化二鋁基涂層比用等離子噴涂的涂層密度更高，更能形成光滑的噴涂表面。采用超音速火焰噴涂工藝的某些陶瓷涂層實(shí)質(zhì)上是無空隙的，并且表現(xiàn)出優(yōu)異的性能。
5.塑料
超音速火焰噴涂工藝允許粒子熱比率到粒子動(dòng)能(速度)的柔性變化，這種雙重控制適應(yīng)噴涂塑料。熱塑性塑料和熱固性塑料均可以作為完整的涂層應(yīng)用而不影響它們的基本化學(xué)結(jié)構(gòu)及特異性能。
四、超音速火焰噴涂設(shè)備
1. Sulzer Metco公司的DJ-2700高速氧氣一燃?xì)鈬娡肯到y(tǒng)，是較早實(shí)現(xiàn)工業(yè)化應(yīng)用的比較成熟的超音速噴涂設(shè)備，可燃?xì)夂椭細(xì)夥謩e使用的是丙烷和氧氣，使用水和壓縮空氣分別冷卻槍體的燃燒室和槍管。
圖9 DJ-2700噴槍
圖10 DJ-2700噴涂設(shè)備
2. praxiarTAFA公司的JP-5000高壓高速氧氣一燃?xì)鈬娡肯到y(tǒng)，由于其火焰的速度和溫度都較高，所以在噴涂某些材料時(shí)可以獲得高質(zhì)量的涂層，它的可燃液體和助燃?xì)夥謩e使用的是航空煤油和氧氣，并用水來冷卻槍體的燃燒室和槍管。
圖11 JP-5000噴槍
圖12 JP-5000噴涂設(shè)備
3. Unique Coat公司的Intel li一Jet AC一HVAF活性燃燒高速氧氣一燃?xì)鈬娡肯到y(tǒng)所使用的可燃?xì)夂椭細(xì)夥謩e是丙烷和壓縮空氣，不用氧氣作為助燃?xì)?，在噴槍的設(shè)計(jì)上引進(jìn)了二次助燃技術(shù)，并同時(shí)用壓縮空氣對噴槍進(jìn)行冷卻。
圖13 AC-HVAF噴槍
圖14 AC-HVAF噴涂設(shè)備
五、超音速火焰噴涂工藝的優(yōu)缺點(diǎn)
1.主要優(yōu)點(diǎn)
粉末粒子的飛行速度高，沖擊能量大，可以形成致密的、結(jié)合強(qiáng)度高而無分層現(xiàn)象的高質(zhì)量涂層；火焰溫度不高，粉末粒子在火焰中停留和加熱的時(shí)間短，因此，材料的相變、氧化和分解收到抑制，特別適合噴涂在高溫下極易分解和退化的碳化鎢等金屬陶瓷材料；噴涂距離可以在較大的范圍內(nèi)變化而不影響涂層質(zhì)量。
2. 主要缺點(diǎn)
噴涂消耗的燃料和助燃?xì)饬看螅O(shè)備價(jià)格昂貴，運(yùn)行成本很高；
噴涂噪聲大，需要在隔音室中操作；
火焰溫度不高，不適于噴涂高熔點(diǎn)的材料；
噴涂所使用的粉末粒度要求高，一般只能噴涂細(xì)粒且粒度范圍窄的粉末。
六、在航空制造中的應(yīng)用
由于超音速噴涂工藝火焰溫度并不高，且對粉末的加熱時(shí)間很短，可以防止粉末的過分氧化、燒損、蒸發(fā)和分解，制備的涂層具有很好的耐磨和抗氧化性能，所以備受航空航天界的青睞，并很快得到了應(yīng)用。
1.飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)的渦輪葉片
飛機(jī)發(fā)動(dòng)及渦輪葉片處于高轉(zhuǎn)速，高溫度的工作環(huán)境中，對于材料的要求很高，對于零件表面質(zhì)量的要求也很高。葉片涂層要耐高溫、耐燒蝕、耐高壓等。應(yīng)用超音速火焰噴涂工藝可以達(dá)到要求，而且該工藝還可用于噴氣渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)部件的修復(fù)。
圖15 飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪葉片
圖16 飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)
MeteoPerkin-Elmer和GeneralPlasma曾制定了聯(lián)合研究計(jì)劃，應(yīng)用超音速火焰噴涂Cu-Ni-nI，增加了沉積效率，改善了涂層的性能并提高了涂層的可靠性。他們還聯(lián)合開發(fā)了HVOF噴涂AI-PE涂層，用于提供燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)的間隙控制。
1986年，G.E.AcrarftEngines使用超音速火焰噴涂wc涂層合格，開始評定鉆基T-800在飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)部件上的應(yīng)用及T-400涂層的應(yīng)用。
另外，Metco公司用于航空工業(yè)的超音速火焰噴涂部件還有壓縮機(jī)葉片、軸承座和迷宮式密封墊。
圖17 迷宮式密封結(jié)構(gòu)
Peter O.Buzby等報(bào)道了超音速火焰噴涂用于經(jīng)氮化的部件。例如GE-T38渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)的空轉(zhuǎn)螺旋齒輪軸，氮化層0.3mm，氮化表面上有兩個(gè)磨損區(qū)需要修理。G.E.AireraftEn-gine Group and Plasma Teehnology Inc聯(lián)合開發(fā)用超音速火焰噴涂方法噴涂WC-12%Co涂層來修理氮化件。試驗(yàn)結(jié)果達(dá)到了要求。
2. 在飛機(jī)起落架上的應(yīng)用
近年來，超音速火焰噴涂工藝已經(jīng)開始在飛機(jī)起落架的制造中應(yīng)用，并在一些零件制造中代替鍍硬鉻工藝。能夠有效的提高起落架零部件的抗摩擦磨損、耐腐蝕等性能。
圖18 作業(yè)設(shè)備
圖19 對零件進(jìn)行噴涂
圖20 噴涂完成的起落架支柱
圖21 飛機(jī)起落架支柱
