超音速火焰喷涂
超音速火焰喷涂设备操作手册
超音速火焰喷涂设备操作手册第一章：设备概述1.1 设备简介超音速火焰喷涂设备是一种高效且灵活的喷涂设备，适用于金属表面的涂层喷涂。
设备采用了超音速喷嘴技术，可以产生高速的火焰喷流，将涂料喷涂于目标表面。
1.2 系统组成超音速火焰喷涂设备主要由以下组成部分构成：- 压缩空气供应装置：提供压缩空气作为火焰喷射喷涂的动力源。
- 燃料供应装置：提供适量的燃料以维持火焰喷射过程。
- 火焰喷射喷嘴：将压缩空气和燃料混合并点燃，形成高速火焰喷流。
- 控制系统：用于设备的启动、停止和调整操作。
第二章：设备操作2.1 安全事项- 在操作设备前，请确保已经穿戴好合适的个人防护装备，如手套、护目镜、防护服等。
- 严禁在设备运行过程中将手指或其他物体靠近喷嘴出口，以免造成严重伤害。
- 设备操作过程中，禁止随意调整燃料和空气的供应量，以避免发生喷火或爆炸等事故。
- 当设备出现异常情况时，立即停止使用，并及时修理或寻求专业人士的帮助。
2.2 设备准备- 确保设备电源已接通，并检查控制系统的显示是否正常。
- 检查燃料供应是否充足，确保压缩空气供应是否正常。
- 检查喷嘴是否清洁，并在需要时进行清理。
2.3 启动设备- 按下控制系统上的启动按钮，设备开始供应燃料和压缩空气。
- 观察火焰喷射喷嘴是否正常工作，确保喷射火焰稳定且呈高速喷流状。
2.4 进行喷涂- 将喷嘴对准待喷涂的目标表面，并通过手柄控制喷涂的方向和喷涂的面积。
- 在喷涂过程中，保持适当的距离和喷射速度，均匀覆盖整个表面。
- 根据需要，可以进行多次喷涂以达到更好的涂层效果。
2.5 停止设备- 当喷涂完成或需要暂停时，按下控制系统上的停止按钮，断开燃料和压缩空气供应。
- 等待设备完全停止工作后，进行后续的清洁和维护。
第三章：设备维护3.1 日常清洁- 在每次使用设备后，将喷嘴和喷涂相关部件用清洁剂进行彻底清洁，以防止堵塞和积存物的影响。
- 清洗喷嘴时应注意安全，确保设备已经完全停止工作并断开电源。
科技成果——超音速火焰喷涂技术
科技成果——超音速火焰喷涂技术成果简介随着现代工业的高速发展，对各种机械设备的表面性能要求越来越高。
很多机械零部件往往因为表面局部的损坏而导致整个零件失效乃至报废。
摩擦会导致大量机械能的损耗，并且磨损是机械零件失效的一个很重要的原因。
据统计，工业化国家有30%的能源消耗于摩擦。
对于一个高度工业化的国家，每年因摩擦磨损造成的经济损失几乎占到国民经济年产总值的1-2%。
因此为了提高机械零件的可靠性，延长其使用寿命，国内外都在提高零件表面性能方面进行了大量的研究和探索。
表面工程是经表面预处理后，通过表面涂覆，表面改性或者多种表面技术复合处理，改变固体金属表面或者非金属表面的形态、化学成分、组织结构和应力状况，从而获得所需要表面性能的系统工程。
表面工程的最大优势在于可以用多种方法制备出优于基体材料性能的表面功能薄层。
技术原理超音速火焰喷涂是利用丙烷，丙烯等碳氢系燃气或氢气与高压氧气在燃烧室内，或者在特殊的喷嘴中燃烧产生的高温、高速燃烧焰流，燃烧焰流速度可达五马赫（1500m/s）以上，将粉末送进该火焰，可以将喷涂粒子加热至熔化或半熔化状态，并加速到高达300-500m/s 的速度，甚至更高的速度，从而获得高结合强度、致密的高质量的涂层。
（1）超音速火焰喷涂系统特点1、焰流速度达到2000m/s，火焰功率100kW；2、径向送粉和轴向送粉一体化设计；3、自动化程度高，稳定性能可靠；4、对冷却水压力实行实时监控，安全可靠；5、直接用丙烷点火，不用外加氢气；6、燃料气可为丙烷或丙烯等燃气，压力为当前国际同类设备一半。
（2）所制备WC-12Co涂层特点涂层致密、涂层的孔隙率低于1%。
由于涂层内部应力为压应力，涂层厚度可达五毫米以上。
技术水平100千瓦级TJ-9100型HVA/OF超音速火焰喷涂系统由热喷涂实验室开发研制，是拥有独立“自主知识产权”的新一代热喷涂技术。
适用于喷涂制备耐磨损高硬度WC-Co、Cr3C2-NiCr硬质合金涂层和耐腐蚀、耐高温氧化性能优越的镍基自熔合金涂层。
等离子热喷涂和超音速火焰喷涂
调研报告：等离子热喷涂与超音速火焰喷涂的区别、优缺点及成本对比一、工艺原理1. 等离子热喷涂：等离子热喷涂是一种通过将喷涂材料加热到熔融状态，然后以高速喷射到工件表面形成涂层的工艺。
等离子体作为一种高温热源，能够将涂料加热至熔融状态，使其在被喷涂时具有较高的流动性。
2. 超音速火焰喷涂：超音速火焰喷涂是一种利用高温燃气和高速喷射技术将喷涂材料喷射到工件表面的工艺。
该工艺使用燃气燃烧产生的高温高速气流将涂料加热并加速，使其以极高的速度喷射到工件表面。
二、涂料特性1. 等离子热喷涂：等离子热喷涂的涂料种类较多，包括金属、合金、陶瓷等材料。
由于等离子体的高温特性，能够保证涂料在熔融状态下的流动性，因此适用于喷涂较厚的涂层。
2. 超音速火焰喷涂：超音速火焰喷涂的涂料种类包括金属、非金属陶瓷等材料。
由于高速喷射的特性，适用于喷涂较薄的涂层。
三、涂层性能1. 等离子热喷涂：等离子热喷涂形成的涂层具有较高的结合强度、硬度和耐磨性。
同时，由于涂料在熔融状态下流动性较好，能够形成较致密的涂层结构。
2. 超音速火焰喷涂：超音速火焰喷涂形成的涂层具有较高的结合强度和硬度。
由于高速喷射的特性，形成的涂层具有较小的孔隙率，具有较好的防腐蚀性能。
四、优缺点1. 等离子热喷涂：优点：形成的涂层结合强度高、硬度较好；适用于喷涂较厚的涂层；可用于不同材料的喷涂。
缺点：设备成本较高；操作过程中需要消耗大量能源；高温下容易引起材料氧化。
2. 超音速火焰喷涂：优点：高速喷射形成的涂层结合强度高、防腐蚀性能好；设备成本相对较低；操作过程中能源消耗较少。
缺点：形成的涂层较薄，需多次喷涂才能达到预期效果；对于某些材料，易引起氧化和热损伤。
五、成本对比1. 等离子热喷涂：由于设备成本较高，操作过程中需要消耗大量能源，因此等离子热喷涂的成本相对较高。
2. 超音速火焰喷涂：设备成本相对较低，操作过程中能源消耗较少，因此超音速火焰喷涂的成本相对较低。
超音速火焰喷涂设备操作手册
超音速火焰喷涂设备操作手册超音速火焰喷涂设备操作手册是帮助操作员正确操作和维护超音速火焰喷涂设备的重要文档。
下面是一些相关参考内容，其中不包含链接。
1. 设备概述- 简要介绍超音速火焰喷涂设备的工作原理、主要组成部分和适用范围。
- 列出设备的基本参数和技术指标，包括喷涂速度、温度、喷涂面积等。
2. 设备结构与组成- 详细描述超音速火焰喷涂设备的主要组成部分，如功率源、喷嘴、控制系统、送粉装置等。
- 说明各部分的功能和作用，以及它们之间的关联关系。
3. 操作前的准备工作- 设备环境检查：确保设备工作区域干燥、通风良好，无易燃、易爆等危险物质。
- 设备检查与维护：检查喷涂系统、供电系统、传动系统等的运行情况，保证设备完好无损。
- 安全措施：列出操作人员需遵守的安全规范，如穿戴防护服、佩戴安全帽等。
4. 设备操作步骤- 接通设备电源：按照正确的操作步骤接通设备电源，并确保电源稳定。
- 超音速火焰喷涂参数设置：根据喷涂的需要，设置合适的喷涂速度、温度等参数。
- 启动设备：按照正确的顺序启动设备，如打开送粉装置、点火等。
- 喷涂操作：详细描述喷涂的操作步骤，如保持一定喷涂距离、均匀喷涂等。
5. 喷涂后的操作- 停止喷涂：按照正确的顺序关闭各部分设备，如熄灭火焰、关闭供粉装置等。
- 清洗设备：清洗超音速火焰喷涂设备，包括喷嘴、输粉管道、喷涂区域等。
- 维护保养：列出设备的日常维护保养事项，如润滑、更换零部件等。
6. 设备故障排除- 常见故障分析：列出常见故障现象，并进行简要分析。
- 故障排除方法：提供常见故障的处理方法和解决方案。
7. 安全注意事项- 提醒操作人员要始终保持注意力集中，避免因疏忽导致安全事故。
- 强调操作人员需严格按照操作手册中的操作流程进行操作，避免违规操作。
8. 应急措施- 针对可能发生的突发情况，如火警、设备损坏等，提供应急措施和紧急联系人信息。
操作手册还可根据具体设备的特点和使用要求进行补充，并包括详细的图示、表格等辅助说明。
超音速火焰喷涂原理
超音速火焰喷涂原理
超音速火焰喷涂是一种利用超音速气流将液态或粉状的火焰喷涂材料喷射到被涂表面的技术。
其原理可以概括为以下几点：
1. 喷涂材料的制备：将火焰喷涂材料以液态或粉状形式储存在高压容器中。
液态材料一般需要通过加热使其变为气态，而粉状材料则直接进入喷涂设备。
2. 气流产生：在喷涂设备中，利用压缩空气或氧气等气体通过高压喷嘴加速排出，形成超音速气流。
超音速气流具有非常高的动能和冲击力。
3. 火焰生成：喷涂设备中通过点火机构将气体与可燃物质混合，并点燃产生火焰。
火焰的燃烧产生高温、高能量的气体。
4. 喷涂作用：当火焰燃烧时，超音速气流通过喷嘴将火焰喷涂材料从喷射出，形成一个喷涂射流。
火焰的高温能使液体材料蒸发或粉状材料熔化，并将其析出到射流中。
5. 沉积：喷涂射流与被涂表面相碰撞，产生冲击和磨擦作用。
火焰喷涂材料将沉积在被涂表面上，与基材粘结。
6. 火焰喷涂层形成：随着火焰喷涂材料的沉积，一层薄的火焰喷涂层逐渐形成。
这层火焰喷涂层具有很高的致密性和附着力，能够提供保护和改良被涂表面的性能。
总结：超音速火焰喷涂利用超音速气流将火焰喷涂材料喷射到
被涂表面，通过火焰的燃烧以及超声速气流的动能和冲击力，将液态或粉状材料沉积到表面形成薄的火焰喷涂层。
这种技术可以实现高效、快速和高附着力的涂层制备。
超音速喷涂火焰不稳定的原因
超音速喷涂火焰不稳定的原因
超音速喷涂火焰的不稳定性是由多种因素共同作用导致的。
主要原因包括以下几个方面：
1. 组分不均匀：超音速喷涂火焰中的燃料和氧化剂的组分分布不均匀，会导致火焰的稳定性下降。
这可能是由喷涂设备的不良设计、燃料和氧化剂实际投入量与理论需求量之间的不匹配以及喷嘴的堵塞等原因造成的。
2. 燃料/氧化剂流动不均匀：超音速喷涂火焰中的燃料和氧化剂在喷嘴中的流动也会影响火焰的稳定性。
由于流速的不均匀分布，可能会导致火焰燃烧过程中的剧烈涡旋和湍流，进一步加剧不稳定性。
3. 燃烧速率变化：超音速喷涂火焰中的燃料氧化剂的燃烧速率也会导致火焰不稳定。
燃烧速率的不稳定性可能是由于局部的温度和压力变化、燃料和氧化剂的输入变化以及燃料和氧化剂的化学反应等原因引起的。
4. 超音速射流效应：超音速喷涂火焰中，燃料和氧化剂流在喷嘴中加速，然后突然膨胀。
这种射流效应会导致火焰的不稳定性增强，因为射流流动的速度和剧烈的湍流扰动会干扰火焰的形成和维持。
综上所述，超音速喷涂火焰的不稳定性主要源于组分不均匀、燃料/氧化剂流动不均匀、燃烧速率变化以及超音速射流效应等因素的相互作用。
为了提高超音速喷涂火焰的稳定性，需要优化喷涂设备的设计、严格控制燃料和氧化剂的输入量、改善喷嘴的流动性以及应用湍流控制等措施。
超音速喷涂
高速火焰喷涂高速火焰喷涂国内习惯上称为超音速火焰喷涂，它的英文缩写为HVOF（High Velocity Oxygen Fuel的首写字母）。
高速火焰喷涂是在爆炸喷涂的基础上发展起来的一项新的热喷涂技术，是在上世纪八十年代初期，由美国Browning公司最先研制成功，并推出名为JET-KOTE的商用喷涂设备。
高速火焰喷涂技术一经问世，就以其超高的焰流速度和相对较低的温度，在喷涂金属碳化物和金属合金等材料方面显现出了明显优势。
在世界各大热喷涂公司的积极推动下，该技术发展很快，目前高速火焰喷涂技术在喷涂金属碳化物、金属合金等方面，已逐步取代了等离子喷涂和其它喷涂工艺，成为热喷涂的一项重要工艺方法。
1．高速火焰喷涂原理高速火焰喷涂是将助燃气体与燃烧气体在燃烧室中连续燃烧，燃烧的火焰在燃烧室内产生高压并通过与燃烧室出口联接的膨胀喷嘴产生高速焰流，喷涂材料送入高速射流中被加热、加速喷射到经预处理的基体表面上形成涂层的方法。
可使用乙炔、丙烷、丙烯、氢气等作为燃气，也可使用柴油或煤油等液体燃料。
煤油、氧气通过小孔进入燃烧室后混合，在燃烧室内稳定、均一地燃烧。
有监测器用来监控燃烧室内压力，以确保稳定燃烧，喷涂粉末的速度与燃烧室内压力成正比。
燃烧室的出口设计使高速气流急剧扩展加速，形成超音速区和低压区。
粉末在低压区域沿径向多点注入，粉末均一混合，在气流中加速喷出。
高速火焰喷涂焰流速度高达1500m/s-2000m/s，一般可观察到5-8个明显的马赫锥，粒子流速度高达300-650m/s。
2．设备构成高速火焰喷涂设备一般由喷枪、送粉器、控制系统、喷枪冷却系统、气体供应系统五部分构成。
目前我国在用的高速火焰喷涂设备绝大部分是进口的，使用最多的型号为：Sulzer Metco公司的DJ-2700和Praxair 公司的JP-5000，JP-5000 是原Hobart Tafa公司研制成功的，后该公司并入了Praxair公司。
HVOF技术简介
• 5、 HVOF 涂层与其它方法制备的涂层的性能比较
5.1 与其它热喷涂方法的比较 HVOF WC-Co 涂层的硬度可以达到 1100 — 1300Hv ，与爆炸喷涂层相 当，显著高于等离子喷涂层，一般等离子 WC-Co 涂层的显微硬度为 800 — 1000Hv 。表 2 为文献 [30] 所报导的几种涂层的硬度值。 表 2 几种 WC-Co 涂层与电镀硬铬层的硬度 [30] 涂层 HVOF HVOF 电镀硬铬层 爆炸喷涂 成分 WC-12Co WC-27NiCr Cr WC-13Co 硬度（ Hv 0.3 ） 1100~1270 1000~1100 800~900 1100~1200
但是，涂层的重熔工艺要求将工件表面加热到1000℃以上，加热温 度高，不仅容易引起基体组织和性能的变化，而且，还会产生巨大的热
应力，从而引起变形，对于要求比较严格的近终成形的零件，就难以适 用。HVOF涂层的优越性能为取代喷焊层提供了可能。
图 4各类HVOF喷涂层与NiCrBSi喷焊层，电镀硬铬层的耐磨料磨损性能 试验结果的比较例[33]。HVOF采用DJ系统喷制。图中，NiCrBSi（相当于 Ni60）喷焊层的耐磨损性作为1进行相对比较，该结果也说明通过选择合 适的涂层材料，可以得到性能优于喷焊与电镀硬铬层的HVOF涂层。
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超音速火焰喷涂
超音速火焰喷涂系统，工作原理:
超音速火焰喷涂又称作高速氧燃料喷涂（High Velocity Oxygen Fuel-HVOF）。
超音速火焰喷涂是将气态或液态燃料与高压氧气混合后在特定的燃烧室或喷嘴中燃烧，产生的高温、高速的燃烧焰流被用来喷涂。
由于燃烧火焰的速度是音速的数倍，目视可见焰流中明亮的“马赫节”，因而一般都称HVOF为超音速火焰喷涂。
超音速火焰喷涂是在20世纪80年代研发成功的，与常规火焰喷涂不同的是超音速火焰喷涂采用特殊设计的燃烧室和喷嘴，驱动大流量的燃料并用高压氧气助燃，从而获得了极高速度的燃烧焰流。
采用液态燃料的喷枪，又称作高压超音速火焰喷涂（HP-HVOF），其燃烧压力可达8.2巴，火焰速度7倍音速以上。
这类产品的代表是以航空煤油为燃料的JP5000型超音速火焰喷涂系统。
该设备由美国TAFA公司出品，性能特点如下：
1、能量输入巨大，热焓输出相当于普通氧乙炔火焰的20余倍，火焰速度＞７玛赫，温度约2600～3200℃，熔融粉末飞行速度＞720米/秒，涂层性能卓越，适合喷涂碳化钨及部分合金。
2、涂层结合强度高，理论研究认为，涂层结合强度与喷涂速度成正比，JP-5000实现了这个热喷涂界多年的追求，且能与基体产生部分微区冶金结合相，克服了碳化钨涂层易脱落的固疾。
3、涂层呈压应力状态，熔融粉末高速撞击机件后，粉末颗粒形状改变，在JP-5000条件下近球形颗粒改变后，其长短轴比例可达＞1/20，
远大于普通火焰喷涂，这些形状改变后的颗粒的叠加所形成的涂层，具备了涂层应力状态由张应力向压应力转化的先决条件—理论研究认为—颗粒长短轴之比大于1/20时将出现压应力效果。
4、综合性能优异，涂层孔隙率更低，硬度更高，耐磨性能更强，使用寿命显著提高。
喷涂材料：为了克服WC高温性能欠佳缺点，美国研制了一种改良型WC，即在WC中加入一定量的CrC＋Ｎｉ熔炼再结晶改性，使之在保持WC典型的耐磨粒磨损和硬面磨损性能的基础上，同时具备CrC高温性能优异和耐蚀性强的特点，所以，它比其它碳化钨基材料抗氧化和腐蚀性能优越，耐化学腐蚀性能好，耐磨性能优良，涂层更致密光滑，使用温度高达1400oF(760oC)。
尤其是这种粉末材料制造工艺十分讲究，近球形的颗粒和粒度分布特别针对JP5000。
我公司依此所喷涂球阀类产品最多开合次数超过５０００次。
Plazjet高能等离子喷涂系统（目前在烟台）
该设备由美国TAFA公司出品，性能特点如下：
1、能量巨大，最大输入功率320KW，最大输出功率270KW，相当于7把普通等离子枪的能量总和，火焰速度＞2900米/秒，温度约13000～15000℃，熔融粉末飞行速度＞700米/秒，涂层性能卓越，适合喷涂氧化物陶瓷和部分合金。
2、涂层结合强度高，原理与JP-5000近似，所获得的陶瓷涂层非常值得信赖。
3、涂层呈压应力状态，原理与JP-5000近似。
4、综合性能优异，孔隙率相当于普通等离子喷涂1/5～1/10，同样材料显微硬度可提高50～100%，据理工大学检测Cr２O３HV最高达1680，而普通等离子喷涂HV950～1000。
德国Cr２O３的Plazjet涂层技术曾成功的在四色印刷机械和球阀上应用。
喷涂材料氧化铬（Cr２O３）是一种墨绿色粉末，化学性能十分稳定，不溶于酸、碱、盐及各种溶剂，对高温腐蚀气体（SO2、H2S）极稳定，硬度HRC＞70，摩擦系数小，是氧化物陶瓷中最优异的抗腐蚀磨损涂层材料。
复合氧化铬是以氧化铬为基础，添加SiO２和TiO２制成，与纯Cr２O３相比，由于SiO２和TiO２加入，喷涂工艺性能改善，涂层更加致密，其抗磨粒磨损能力比纯Cr２O３提高1.5倍。
由于其防粘着性能优于碳化钨，摩擦系数比碳化钨小，抗腐蚀能力远优于碳化钨，两者硬度相当，但其使用性能有时甚至优于碳化钨基材料。
为了克服氧化铬涂层热膨胀性能和耐冲击性能不如碳化钨的缺陷，复合梯度结构涂层
是有效选择。
所谓复合—是指将氧化铬与合金按不同比例混合同时送入焰流中形成涂层，在此过程中合金熔粒对陶瓷涂层有孔隙封合作用，两者相互交融，金属基组份使涂层的热胀系数有较大提高，裂纹敏感性降低，致密度和强度提高，兼有合金涂层良好的结合特性和氧化铬陶瓷涂层的高耐磨性，形成独特的“金属陶瓷”涂层。
所谓梯度—是指喷涂时，涂层自下而上氧化铬与合金混合比例呈梯度渐变，随厚度增加合金含量由多变少，氧化铬含量由少变多。
这样的结构能非常有效地削减涂层应力，使涂层的热胀系数均匀过渡，能最大程度与
基体趋于一致，从而克服氧化铬涂层缺陷。
梯度结构氧化铬是我公司的保留技术，在对付特殊综合工况的机配件方面有许多成功案例。
尽管目前尚未见该技术应用在球阀上的报道，但理论和实践都表明，应用于球阀是完全可行的。
若试验成功，必定开此技术球阀应用的先河，相信这种涂层会以其独特的外观和使用性能在球阀界独树一帜，非常值得考虑。