[發(fā)明專利]高速燃?xì)?電弧復(fù)合熱噴涂方法及其使用的噴槍

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201510001740.1
• 申請日: 2015-01-04
• 公開（公告）號: CN104498862B
• 公開（公告）日: 2017-01-25
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 陳永雄;梁秀兵;徐濱士
• 申請（專利權(quán)）人: 中國人民解放軍裝甲兵工程學(xué)院
• 主分類號: C23C4/131
• 分類號: C23C4/131;C23C4/129;B05B17/04
• 代理公司: 北京北新智誠知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司11100
• 代理人: 滿靖

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種高速燃?xì)?電弧復(fù)合熱噴涂方法，以及該熱噴涂方法所使用到的噴槍，屬于熱噴涂技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

目前因熱噴涂可以制備出種類繁多的金屬基和陶瓷基涂層材料，故其被廣泛用來實(shí)現(xiàn)各種基體零件的尺寸恢復(fù)和表面改性，其中的高速燃?xì)鈬娡渴抢萌剂显谌紵覂?nèi)劇烈燃燒產(chǎn)生高速燃?xì)饧铀?、加熱噴涂材料的一種重要的熱噴涂技術(shù)。按助燃劑種類來分，高速燃?xì)鈬娡考夹g(shù)通常包括以氧氣助燃的高速氧氣火焰(HVOF)噴涂和以空氣助燃的高速空氣火焰(HVAF)噴涂，按燃料種類來分，高速燃?xì)鈬娡考夹g(shù)可分為氣體燃料、液體燃料的噴涂技術(shù)。

HVOF噴涂技術(shù)適宜的燃料眾多，例如以丙烷、甲烷、丙烯、天然氣、氫氣等為代表的氣體燃料和以煤油為代表的液體燃料。燃料和氧氣在燃燒室完成快速的燃燒反應(yīng)后，產(chǎn)生的燃?xì)庋杆倥蛎?，?jīng)特殊設(shè)計(jì)的縮擴(kuò)型噴嘴加速后以超音速的速度推動噴涂粒子高速沉積，同時HVOF噴涂產(chǎn)生的火焰溫度很高，例如丙烷和氧氣的理論燃燒溫度可達(dá)2800℃，因此可以加熱熔化絕大多數(shù)包含金屬和陶瓷在內(nèi)的高熔點(diǎn)材料。HVOF噴涂裝置最初由James?A.Browning在1982年發(fā)明，請參見美國專利號為4342551和4343605的專利中的相關(guān)描述。后來為了改善其噴涂性能，增大其噴涂粒子的飛行速度，又出現(xiàn)了許多對HVOF噴涂裝置(噴槍)進(jìn)行改進(jìn)的技術(shù)，請參見美國專利號為4370538、4416421、4540121、4568019、4634611、4836447、5019686、5206059、5535590以及中國專利號為01128773.X的專利中的描述，這些改進(jìn)技術(shù)從既無燃燒室也無加速噴嘴的開放式結(jié)構(gòu)逐步完善成為現(xiàn)今的封閉式噴槍結(jié)構(gòu)，燃燒室和加速噴嘴的共同作用使得其可以使用更大流量的氧氣和燃料，焰流速度也大大提高，噴涂粒子的飛行速度也達(dá)到2倍以上音速的水平。目前國際市場上先后出現(xiàn)了以Jet-kote、Top-Gun、DJ-2700、JP-5000、θ-Gun、Aerospray等為代表的HVOF噴涂設(shè)備產(chǎn)品。

HVOF噴涂技術(shù)通常需要消耗大流量的氧氣和燃料，工業(yè)應(yīng)用成本也較高，對于氣體燃料在運(yùn)輸、儲存和使用過程中還存在爆炸的風(fēng)險。為了擺脫對高成本氧氣的依賴，以空氣助燃的HVAF噴涂技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生(請參見美國專利號為5120582、5405085、5520334的專利)。HVAF噴涂技術(shù)主要發(fā)展模式是以煤油和空氣的燃燒方式，煤油通過高效霧化的噴嘴霧化成液滴，同時和壓縮空氣摻混后著火燃燒，為噴涂提供高溫高速的燃?xì)饽芰俊＿@種HVAF噴涂技術(shù)和煤油為燃料的HVOF噴涂技術(shù)在原理上存在相似處，但是在具體的技術(shù)實(shí)現(xiàn)方法上卻存在很大的不同，這主要是因?yàn)槊河秃涂諝獾母咚偃紵让河秃脱鯕庵g的燃燒困難得多，具體包括：1)HVAF噴涂技術(shù)要求煤油具備更高質(zhì)量的霧化效果；2)在高速狀態(tài)下實(shí)現(xiàn)煤油和空氣的點(diǎn)火非常困難，例如煤油燃料的HVOF噴涂技術(shù)使用火花塞就可點(diǎn)燃，而用在HVAF噴涂技術(shù)上基本是很難實(shí)現(xiàn)的；3)煤油和空氣混合物著火后極易熄滅，需要專門的穩(wěn)焰措施；4)空氣和煤油的混合比波動范圍比較小，使得噴涂工藝參數(shù)的調(diào)節(jié)范圍小。針對這些困難，已出現(xiàn)了很多嘗試克服的辦法，也因此派生出了一些新工藝，例如專門設(shè)計(jì)的煤油-空氣霧化噴嘴及燃燒室，并先通過氣體燃料點(diǎn)燃火焰產(chǎn)生的熱量引燃空氣和煤油的混合物，但此種外加小火焰的方法需增配氣體燃料供應(yīng)裝置，一定程度上增加了設(shè)備的復(fù)雜程度；又例如出現(xiàn)的活性燃燒HVAF噴涂方法及設(shè)備，其拓展了HVAF噴涂技術(shù)的研究和應(yīng)用，但該方法對活性燃燒核心裝置(附著催化劑的多孔陶瓷材料)的性能要求較高。

在熱噴涂技術(shù)中，還包括一種重要的噴涂工藝就是電弧(Arc)噴涂，它曾是工業(yè)應(yīng)用中繼高速燃?xì)鈬娡亢偷入x子噴涂之后的第三大熱噴涂技術(shù)。電弧噴涂是通過兩根金屬絲得電起弧，電弧產(chǎn)生的高熱量迅速熔化絲材，并通過高速空氣或其它氣體霧化熔滴的一種噴涂工藝，與HVOF和HVAF噴涂技術(shù)相比，電弧噴涂最大的優(yōu)勢就是生產(chǎn)效率高、設(shè)備投資和運(yùn)行成本低，例如使用碳鋼絲作為噴涂材料的電弧噴涂效率可達(dá)6-8kg/h，是常規(guī)粉末HVOF和HVAF噴涂技術(shù)的4倍以上，空氣霧化的電弧噴涂主要使用電能，其運(yùn)行成本通常不到HVOF噴涂技術(shù)的1/10。但是，電弧噴涂技術(shù)的最大瓶頸就是粒子沉積速度和涂層結(jié)合強(qiáng)度低、使用空氣霧化時金屬氧化嚴(yán)重，這些問題嚴(yán)重制約了該技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展。