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
超音速火焰喷涂工艺流程：施工前的准备工作、表面预处理、喷涂、喷涂后处理四个主要步骤：
一）准备工作：
在编制工艺前首先应该了解被喷涂工件的实际状况和技术要求半进行分析
1、确定涂层的厚度。
一般来讲，喷涂后必须进行机械加工，因此涂层厚度就要预留加工余量，同时还要考虑到喷涂时的热胀冷缩等。
2、涂层材料的确定。
选择依据是涂层材料应该满足被喷涂工件的材料，配合要求，技术要求及工作条件等，分别选择结合层与工作层材料
3、确定参数：压力，粉末粒度，喷枪与工件的相对运动速度
二）工件表面的预处理
表面制备，是保证涂层与基体结合强度的重要工序
1、凹切处理，表面存在疲劳层和局部严重拉伤的沟痕时，在强度允许的前提下可以进行车削处理，为热喷涂提供容纳的空间。
2、表面清理，清除油污，铁锈，漆层等，使工件表面洁净，油污油漆可以用溶剂清洗剂除去。
如果油渍已经渗入基体材料，可以用火焰加热除去，对锈层可以进行酸浸，机械打磨或喷砂除去。
3、表面粗化，目的是为了增强涂层与基体的结合力，消除应力效应，常用的有喷砂、开槽、车螺纹、拉毛。
A：喷砂是最常用的，砂料可以选择石英砂、氧化铝砂、冷硬铁砂等。
砂料以锋利坚硬为好，必须清洁干燥，有尖锐棱角。
其尺寸，空气压力的大小，喷砂角度、距离和时间应该根据具体情况确定。
B：开槽、车螺纹、辊花。
对轴、套类零件表面的粗化处理，可采用开槽、车螺蚊处理，槽与螺纹表面粗糙度以Ra6.3—12.5为宜，加工过程中不加冷却液与滋润剂，也可以在表面滚花纹，但避免出现尖角。
C：硬度较高的工件可以进行电火花拉毛进行粗化处理，但薄涂层工件应慎用。
电火花拉毛法是将细的镍丝或铝丝作为电极，在电弧的作用下，电极材料与基体表面局部熔合，产生粗糙的表面。
表面粗化后呈现的新鲜表面，应该防止污染，严禁用手触摸，保存在清洁，干燥的环境中，粗化后尽快喷涂，一般喷涂时间不超过二个小时。
4、非喷涂部位的保护
喷涂表面附近的非喷涂需要加以保护，可以用耐热的玻璃布或石棉而屏蔽起来。
必要时按零件开关制作相应的夹具保护，但是要注意夹具材料要有一定的强度，且不能使用低熔点的合金，以免污染涂层。
对于基体表面上的键槽、油孔等不允许喷涂的部位，可以用石墨块或粉笔堵平或略高于表面。
喷后清除时，注意要要碰伤涂层，棱角要倒钝。
三）喷涂工艺及参数
（1）粉末特性：
目前粉末供应商提供了品种繁多的碳化物粉末，而粉末特性往往因其制粉工艺方法的不同而表现出较大的差异。
粉末特性包括：粉末粒度分布、颗粒形状、表面粗糙度等。
对ZB-2700设备来说，适宜的粉末粒度为：15μm-40μm。
（2）氧-燃气流量和比例
喷涂的焰流温度及特性取决于氧-燃气流量和混合比例。
喷涂时，首先应按照设备的规定要求确定氧气和燃气的流量，以保证喷枪焰流达到设计的功率水平。
实际生产过程中有多种因素可导致氧-燃气比例的波动，而氧-燃气比例对确定最终
的涂层组织十分重要.
理论上，丙烷完全燃烧要求氧与丙烷的比例为5∶1
（C3H8+5O2=4H2O+3CO2），这一燃烧比例产生的是中性焰（即，燃烧时氧与燃气分子全部耗尽）。
若燃气比例下降，焰流中未消耗尽的氧分子将产生“氧化”气氛，导致熔融粉末粒子的过度氧化，涂层中氧化物含量增多。
混合气中燃气过多会产生低温贫氧的火焰，所得涂层中未熔粒子和孔洞增多，而氧化物含量降低。
事实上，中性焰是不存在的，在高温，燃烧过程不是完全可逆的，反应物与反应产物以热平衡和化学平衡方式共存。
ZB-2700型超音速火焰喷涂系统，当氧-燃气比例在4.2-5.6之间时，可获得高性能的涂层。
（3）喷涂距离：
ZB-2700型超音速火焰喷涂系统，当粉末粒子在距喷枪出口100mm以内即已达到了其最高温度，随着喷距的增加粒子温度逐渐降低，在100-230mm范围内，粒子温度大约降低了60℃，其降低幅度并不大，粒子仍可保持约1775℃的高温；而粒子速度在距喷枪出口大约190mm内是一个逐渐加速的过程，在距喷枪出口190-200mm左右达到580m/s以上的最高速度，在170-230mm 喷距上，粒子速度基本维持在580m/s以上。
考虑到高温焰流对基体传热的不利影响，喷距在可能的情况下应尽量增大，故对ZB-2700型超音速火焰喷涂系统来说，适宜的喷距应为：190-230mm。
与其它喷涂工艺相比，喷涂喷距的可调整范围是比较大的，这得益于粒子的高速度。
较大的喷距可调范围对实际生产十分有利，因为可以根据工件的形状、大小、涂层厚度等要求选择适宜的喷距，以得到综合性能最好的涂层。
（4）送粉量：
对任何热喷涂工艺来说，送粉量都是影响涂层性能的一个重要参数。
某种粉末在某一具体的喷涂工艺条件下，都对应有一适宜的送粉量范围。
若送粉量过小，可能的不利影响有：
1）被喷涂粉末过熔，粉末烧损，烟雾大，易污染涂层。
2）每一遍喷涂不能完全覆盖其扫过的路径，造成涂层孔隙率增大。
3）延长了喷涂时间易造成工件过热涂层开裂和生产成本的增大。
若送粉量过大，可能的不利影响有：
1）粉末熔化不充分，涂层结合强度降低，孔隙率增大。
2）涂层应力增大，导致涂层开裂。
3）粉末沉积率下降，生产成本提高。
使用ZB系统，喷涂WC-Co涂层时，当送粉量在38-60g/min之间变化时，涂层孔隙率在0.55—1.2%之间，显微硬度在HV1000-1300, 粉末沉积率为40-50%，涂层性能优。
喷涂CrC-NiCr涂层时：当送粉量在27-45g/min之间变化时，可获得令人满意的涂层质量。
四）喷涂后处理
封孔，机械加工等工序。
涂层的孔隙率约占体积的百分之五，而且有的孔隙可由表及里。
零件为摩擦副时，可在喷后趁热将零件放在润滑油中，利用孔隙储油有利于润滑。
但对于随液压的零件，孔隙而容易产生泄露，对于喷涂后，应该用封孔剂进行封孔处理。
对封孔剂要求：浸透性好，耐化学作用，不溶解，不变质。
在工作温度下性能稳定，能增强涂层性能，常用的有石蜡，环氧，酚醛等。
当喷涂后的尺寸精度与表面粗糙度不能满足要求时，需要对其进行机械加工，可采用车削或磨削加工。