高速热喷涂：HVOF 与 HVAF

高速热喷涂：HVOF 与 HVAF

超音速火焰喷涂 (HVOF) 和超音速空气燃料喷涂 (HVAF) 是先进的高速热喷涂技术。它们利用超音速射流的动能来制备具有极高结合强度的超致密涂层。

HVOF 和 HVAF 的工作原理

• 加压燃烧： 高压气体被连续供应到喷枪的封闭燃烧室中。

• HVOF： 使用气体或液体燃料（丙烷、丙烯、氢气或煤油）和纯氧。

• HVAF： 使用燃气和压缩空气。

• 超音速加速： 燃烧气体通过拉伐尔喷嘴膨胀，达到 1,000–2,000 m/s 的超音速。

• 粉末注入： 细粉末被送入喷嘴，颗粒在其中被加热至塑性状态，通常不会完全熔化。

• 撞击与变形： 颗粒以极高的速度撞击基体。它们巨大的动能产生了牢固的结合以及几乎没有孔隙的超致密涂层。

HVOF 与 HVAF 的主要区别

• 火焰温度： 由于使用纯氧，HVOF 的工作温度较高——最高可达 3,000°C。HVAF 的温度较低，约为 2,000°C，因为空气中含有约 78% 的氮气，这会起到冷却火焰的作用。

• 颗粒速度： HVAF 产生的颗粒速度更高，通过更大的撞击动能弥补了较低的温度。

• 粉末氧化： 由于工作温度较低且工艺空气中存在氮气，HVAF 中材料的氧化现象大大减少。因此，HVAF 涂层更纯净且硬度更高。

• 运行成本： HVAF 的运行成本大大降低，因为它不需要昂贵的工业级氧气。

优点

• 极高的结合强度： 附着力超过 70–80 MPa，通常大于拉拔试验中所用粘合剂的极限。

• 孔隙率极低： 涂层致密度可达 99.5% 或更高。

• 热应力低： 涂层内部会产生残余压应力，因此可以涂覆较厚的涂层而剥落风险很低。

• 保持相组成： 碳化物（如 WC-Co）在喷涂过程中不易发生降解和分解。

缺点与局限性

• 设备成本高： 该工艺需要复杂的气体控制系统、强大的机械手以及隔音室。

• 噪音： 超音速排气产生的声压级可达 130–140 分贝。

• 几何限制： 有效沉积通常需要与表面呈 45–90° 的喷涂角度。处理管道内径极其困难。

应用领域

• 石油和天然气： 保护球阀、闸阀和钻井工具免受水力磨料磨损。

• 水力发电： 在水轮机叶片上涂层以防止气蚀。

• 冶金： 在轧辊上涂层以防止严重的磨料磨损。

• 航空航天： 替代起落架和发动机轴上对环境有害的硬铬电镀工艺。