超音速热喷涂技术的发展与现状第3卷第4期2011年12月热喷涂技术ThermalSpray热喷涂Technology技术Vol.3，No.4Dec.，20113卷鲍君峰，崔颖，侯玉柏，张康（北京矿冶研究总院，北京102206）摘要：本文简要介绍了超音速火焰喷涂和超音速等离子喷涂技术的国内外研究现状与技术特点。关键词：超音速火焰喷涂；超音速等离子喷涂；特性；研究现状；应用：TG174.442文献标识码：A：1674-7127（2011）04-0018-04PerspectiveandApplicationofNanophaseWC-CoPowderBAOJun-feng，CUIYing，HOUYu-bai，ZHANGKang（Bei激ngGeneralResearchInstituteofMiningandMetallurgy，Bei激ng102206，China）Abstract:Supersonicflamespayingandsupersonicplasmaspayingpreparationtechniqueareintroduced,emphasisonperspectiveandtechnicalcharacterathomeandabroad.Keywords:SupersonicFlamespaying；SupersonicPlasmaSpaying；Character；Perspective；Application热喷涂技术作为一种较好的金属材料表面防护和强化技术，以其独特的优势，在提高产品可靠性和延长部件使用寿命方面起着越来越重要的作用。随着航空、航天等尖端技术的飞速发展，迫切需要高熔点、高强度、高硬度和低摩擦系数的涂层，热针喷涂技术正是为了适应这种需要不断发展起来。对热喷涂工艺中影响涂层质量的基本因素，喷涂材料的加热温度、喷涂材料撞击到基体材料上的速度喷涂和冷却时，喷涂材料和基体的氧以及在加热、化程度，人们对热喷涂装置在提高热喷涂气氛等方面进行不断的探索，如何使喷涂过程产生最大的热能及动能，从而使热喷涂材料达到最佳的熔化状态及尽可能高的飞行速度，是热喷涂设备进行改进和发展的重要依据。近些年来，国际上热喷涂技术已向高能高速喷涂方向发展。从而出现了超音速火焰喷涂和超音速等离子喷涂等喷涂设备，它们都是通过大幅度提高喷涂的速度来获得高质量的涂层。1.超音速火焰喷涂技术1.1超音速火焰喷涂的发展状况近年来世界上许多发达国家都致力于对超音速火焰（HVOF）喷涂技术进行研究和开发。八十年代末九十年代初期，先后有多种喷涂系统研制成功，并投入市场，如Top-Gun、Diamond-Jet、JP-5000、JP-8000等。由于HVOF系统工作使用气体燃料和氧气来产生超音速射流，其成本很高。例如JP-5000，按TAFA公司所采用的典型工艺参数需氧气流量为0.9438m3·min-1，则每瓶氧气仅可维持5～6分钟。因此开发空气超音速火焰喷涂系统（HVAF即HighVelocityAir-Fuel）成为近年来各国竞相研究的热点，但燃烧效率较低，射流速度较低。目前，美国、英国、日本等发达日家己成功研制了HVAF系统[1]。超音速火焰喷涂都是利用超音速焰流来加热、加速喷涂粒子的。在喷枪结构上都是将燃料（气体作者简介：鲍君峰（1980-），男，辽宁营口市人，工程师。Email:bao_jf@bgrimm或液体）和助燃剂（氧气或空气）送进燃烧室燃烧，并使其沿着喷嘴喷出，在瑞利流和范诺流效应下，对于等截面喷嘴在喷嘴出口或对于拉伐尔喷嘴在喷嘴内部焰流达到阻塞状态，从而可获得超音速火焰射流[2]。这类似火箭发动机燃烧所喷出的焰流。图1为两种超音速火焰喷枪（DJ-2700和JP-5000）的结构图，其中DJ-2700是Metco公司在推出Dia-mondJet（DJ）标准型后投放市场的复合型超音速火压缩空气焰喷枪，该喷枪以丙烷为燃料、氧气为助燃气体，燃烧部位气冷，其余部份水冷，不设热交换器，从而减少了热损失，而JP-5000型超音速火焰喷枪是TAFA公司推出的产品，该喷枪是以安全的航空煤油为燃料，吸入式送粉，热效率高，将氧气和液体燃料送进喷枪后部的燃烧室，并用火花塞点燃，粉末沿径向双孔加入到内喷嘴喉管后的过渡膨胀负压区，从而不需要高压送粉系统。喷射流冲击钻压缩空气粉末+携氮气体煤油冷却水冷却水冷却水氧气火花塞图1两种超音速火焰喷枪的结构比较Fig.1Structurecomparisonoftwokindsofsupersonicflamesprayinggun1.2超音速火焰喷涂（HVOF）的特点喷涂粒子的极高飞行速度和相对较低的温度是HVOF的最显著的两个特点，因此HVOF喷涂涂层具有非常高的密度、结合强度和硬度，相对于普通亚音速燃气火焰喷涂HVOF喷涂涂层中的氧化物含量也较低。但是HVOF仍然存在以下其...