超音速火焰噴涂(high velocity oxyfuel spraying， HVOF)是20世紀80年代初在普通火焰噴涂的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一種新型熱噴涂技術(shù)。它是利用氫、乙炔、丙烯、煤油等做燃料，用氧氣作助燃劑，在燃燒室或特殊的噴嘴中燃燒，產(chǎn)生2100m/s以上速度的超音速燃焰，同時將粉末送進火焰中，產(chǎn)生熔化或半熔化的粒子，高速撞擊在基體表面上沉積形成涂層。超音速火焰噴涂具有火焰速度高、溫度低、涂層結(jié)合強度高、致密性好、硬度高，孔隙率低、氧化物含量低等優(yōu)點。該工藝現(xiàn)在已發(fā)展到航空、冶金、紡機、汽車、鐵路等領(lǐng)域的大量應用，代表了現(xiàn)代熱噴涂技術(shù)發(fā)展的方向。超音速火焰噴涂技術(shù)在帶來顯著社會效益的同時也具有顯著的經(jīng)濟效益。據(jù)市場估計，2015年超音速火焰噴涂工藝將在熱噴涂業(yè)擁有25%的市場。該技術(shù)具有火焰溫度相對較低(約 2600~3000℃)、焰流速度高，噴涂過程中可有效抑制和減少碳化鎢的分解，所獲涂層可保留碳化鎢相的耐磨特性，因此該工藝特別適合于噴涂耐磨性能良好的碳化鎢類材料，所獲碳化鎢涂層材料可以提供非常好的抗磨損和抗腐蝕性能。
中南大學近期報道了采用超音速火焰噴涂法在45#鋼表面制備碳化鎢基涂層的工作，取得了較好的效果。他們以WC、Co 、Cr 等為原料，根據(jù)WC10Co4Cr 成分配制原料，原料經(jīng)攪拌球磨、噴霧造粒和真空燒結(jié)制得各粉末塊體，然后通過破碎篩分、分級和合批控制噴涂粉末粒度為 15~45μm。經(jīng)檢測，所得噴涂粉末球形度高，流動性好(~13 s/50g)，粉末松裝密度相近(4.8~5.0 g/cm3)，單顆粉末呈疏松結(jié)構(gòu)；粉末物相均為 WC 和 Co 相。涂層試樣基體材料為 45#鋼，噴涂前基體表面經(jīng) 50~70目白剛玉噴砂處理，然后用壓縮空氣吹掃樣品表面。采用機械手固定的 Praxair JP8000超音速火焰噴槍制備碳化鎢基涂層。
對所獲涂層的檢測表明，涂層厚度達到300微米，沉積效率達到55.15%，孔隙率為0.32%；涂層物相主要由 WC 相組成，還含有少量 W2C相和非晶相或納米晶相，未出現(xiàn) W 或η相(Co6W6C、Co3W3C)，表明顆粒在焰流中停留時間極短，粉末脫碳程度小，涂層中保存了粉末中的 WC 硬質(zhì)相，有利于涂層耐磨性的提高。實驗中氧氣和煤油流量設(shè)定不變即噴涂時控制火焰溫度一致；加之采用新型噴槍和高效率的冷卻系統(tǒng)，減少了脫碳程度。涂層脫碳程度小的主要原因有：（1）粉末中無η相；（2）該實驗氧氣流量和煤油流量設(shè)計有利于獲得相對較低的火焰溫度，（3）噴槍移動速度快和噴涂過程壓縮空氣的冷卻，使涂層受熱程度較低。
硬度、磨粒磨損和抗鹽霧腐蝕性能測試表明，涂層顯微硬度達到近1300HV，體積磨損量相當??；涂層在中性鹽霧腐蝕環(huán)境下360小時，仍然保持表面光滑并具有金屬光澤，未發(fā)生腐蝕，說明涂層耐腐蝕能力強。由于添加 Cr 后易于在涂層表面形成很薄的 Cr2O3陶瓷層，因而提高了該涂層的耐腐蝕性能。
|
